CN108139503A - 用于执行标准贯入试验的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于执行标准贯入试验的系统，包括：具有锤和锤提升设备的锤组件、用于升高和降低锤组件的升降机组件、用于感测锤在锤组件内的位置的锤传感器、以及用于感测锤组件相对于升降机组件的位置的升降机传感器。一种用于执行标准贯入试验的方法，包括：将锤组件定位在锤组件预备位置、使用升降机传感器感测锤组件相对于升降机组件的参考位置、使用锤传感器感测锤的零位置、使用锤提升设备将锤从锤的零位置提升到降落位置、使用锤传感器感测降落位置、以及使锤降落到砧座上。

Description

用于执行标准贯入试验的设备和方法

技术领域

一种用于执行标准贯入试验(SPT)的设备和方法。

背景技术

标准贯入试验(SPT)是一种用于提供关于土壤性质的信息的动态原位试验。用于进行SPT的过程要遵从诸如ASTM D1586和ISO 22476-3等工程标准。

一般而言，SPT涉及通过使具有标准锤重量的锤从标准降落高度降落来推进取样器进入地面一段标准试验距离，以使取样器前进。使取样器前进标准试验距离所需的锤的冲击次数(即，锤击次数)以三个相等的距离增量被记录。第二和第三距离增量内的锤击次数的和为“N”值。

根据ASTM D1586，标准试验距离为18英寸，标准锤重量为140磅±2磅，标准降落高度为30英寸±1英寸，并且，三个距离增量中的每一个都是6英寸。

根据ISO 22476-3，标准试验距离为450毫米，标准锤重量为63.5千克±0.5千克，标准降落高度为760毫米±10毫米，并且，三个距离增量中的每一个都是150毫米。

在进行SPT试验时，通常使用油脂标记物将三个距离增量标记到取样器串(sampler string)上，使得当所述取样器前进通过所述距离增量的每一个时操作者可以观察到。由操作者对三个距离增量中的每一个距离增量内的锤击次数进行计数和记录。

向取样器传递锤击通常是通过将锤提升起来并且使其降落到位于取样器串的近端的砧座上而进行的，所述取样器串包括位于其远端处的取样器。因此，作为锤击结果的使取样器前进进入地面可以通过砧座向下的前进来表示。通过手动提升和降落锤来输送锤击，或者利用在一定程度上自动操作锤的提升和降落的装置来输送锤击。

一种这样的装置是“自动锤系统”，其自动地将锤提升起来并且使其降落到位于取样器串的近端处的砧座上，所述取样器串包括位于其远端处的取样器。在典型的自动锤系统中，包括驱动竖直定向的链条的马达的链条驱动器周期性地将锤提升到砧座上方并且释放锤，从而使锤降落到砧座上。

典型的SPT试验中存在许多潜在的误差源，包括：

1.距离增量——由于操作者沿着被井眼干扰的地面工作，可能难以确定地表面的准确位置。此外，通常用于标记距离增量的油脂标记物仅仅提供粗略指示，并且经常在可能损害精度的情况下来快速地进行距离增量的标记。这些问题在距离增量的起点和终点、距离增量的长度以及SPT试验的起点和终点中都引入了潜在的误差；

2.锤击次数——锤的冲击计数通常由操作者在内心里进行。在SPT试验期间的干扰或者注意力分散可能在锤击计数中引入潜在的误差，并且，随着锤击次数的增加，误差的可能性增加；以及

3.降落高度——在操作者手动实施锤的提升和降落的情况下，如果操作者在确保用于锤的每次冲击的标准降落高度时既不小心也不一致，则可能出现潜在的误差。在借助自动化装置(诸如自动锤系统)来实施锤的提升和降落的情况下，如果在SPT期间当取样器前进时没有调整锤被提升的高度，和/或如果自动化装置提升锤的速度不被控制并且不一致，则可能出现潜在的误差。

SPT执行过程中的误差损害了试验结果的可靠性和有效性，并且可能会导致依赖于试验结果的项目的过度设计或者设计不足。

发明内容

本文中所提到的方位、操作参数、范围、范围下限以及范围上限并不旨在为本发明的范围提供严格的边界，而是应当在本文教导的范围内理解为“大致”或者“约”或者“基本上”，除非另外明确指明。

本发明涉及用于执行标准贯入试验的系统和方法。

在示例性系统方面中，本发明是一种用于执行标准贯入试验的系统，包括：

(a)包括锤的锤组件和用于提升锤的锤提升设备；

(b)用于提升和降低锤组件的升降机组件；

(c)用于感测锤在锤组件内的位置的锤传感器；以及

(d)用于感测锤组件相对于升降机组件的位置的升降机传感器。

所述系统可以构造成使用英制单位和/或公制单位来操作。在一些实施方式中，所述系统可以构造成能够为执行标准贯入试验和/或为处理和/或呈现试验数据的目的而选择英制单位和/或公制单位。

所述升降机组件可以包括用于将所述升降机组件与所述锤组件连接在一起的支架。该支架可以包括一个或者多个合适的结构、设备或者装置。所述支架可以沿着所述升降机组件垂直地往复运动。所述支架可以直接或者间接地与所述锤组件连接在一起。

所述升降机组件可以包括升降机驱动器，所述升降机驱动器用于使所述支架沿着所述升降机组件垂直地往复运动。所述升降机驱动器可以包括一个或者多个合适的结构、设备或者装置。在一些实施方式中，所述升降机驱传器可以包括升降机气缸和可往复地容纳在所述升降机气缸内的升降机活塞。

所述升降机传感器可以与所述升降机组件相关联。所述升降机传感器可以以任何合适的方式与所述升降机组件相关联。在一些实施方式中，所述升降机传感器可以与所述升降机气缸及升降机活塞相关联，从而感测所述锤组件相对于所述升降机组件的位置包括感测所述升降机活塞相对于所述升降机气缸的位置。

所述升降机传感器可以包括一个或者多个结构、设备或者装置，所述结构、设备或者装置适合于感测所述锤组件相对于所述升降机组件的位置。在一些实施方式中，所述升降机传感器可以包括线性位移传感器。

在一些实施方式中，所述升降机组件可以包括用于感测升降机速度(即，所述锤组件相对于所述升降机组件的位置的变化的速度)的升降机速度传感器。所述升降机速度传感器可以包括适合于感测升降机速度的一个或者多个结构、设备或者装置。在一些实施方式中，升降机速度传感器可以由升降机传感器组成。在一些实施方式中，升降机速度传感器可以与升降机传感器分离。

升降机速度传感器可以在所述锤组件相对于所述升降机组件移动时在任意点、多个点、任意间隔和/或多个间隔感测升降机速度。在一些实施方式中，升降机速度传感器可以在所述锤组件相对于所述升降机组件下降时感测升降机速度。

锤提升设备可以包括适合于提升锤的一个或者多个结构、设备或者装置。

在一些实施方式中，锤提升设备可以与锤接合以提升锤并且可以与锤脱离以使锤降落。

在一些实施方式中，锤提升设备可以包括链条驱动器。在一些实施方式中，所述链条驱动器可以包括用于与所述锤接合以提升锤的提升杆。

在一些实施方式中，锤组件可以包括用于容纳锤的锤外壳。

锤传感器可以与锤组件相关联。锤传感器可以以任何合适的方式与锤组件相关联。在一些实施方式中，所述锤传感器可以与所述锤外壳及所述锤相关联，从而感测所述锤组件内的所述锤的位置包括感测所述锤相对于所述锤外壳的位置。

锤传感器可以包括一个或者多个结构、设备或者装置，所述结构、设备或者装置适合于感测锤在锤组件内的位置。在一些实施方式中，锤传感器可以包括线性位移传感器。

在一些实施方式中，锤组件可以包括提升计数器。在一些实施方式中，锤的提升可以包括提升事件，并且提升计数器可以对提升事件进行计数。

提升计数器可以包括一个或者多个合适的结构、设备或者装置。

在一些实施方式中，提升计数器可以由锤传感器组成。在一些实施方式中，提升计数器可以与锤传感器分离。在一些实施方式中，提升计数器可以包括接近传感器。在一些其中锤提升设备包括链条驱动器和提升杆的实施方式中，所述提升计数器可以感测所述提升杆，以便对所述提升事件进行计数。

锤组件可以构造成使锤降落到砧座上。在一些实施方式中，砧座可被提供作为用于执行标准贯入试验的系统的部件。在一些实施方式中，砧座可以与用于执行标准贯入试验的系统分离。在一些实施方式中，锤组件可以包括砧座位置传感器，用于感测砧座相对于锤组件的位置。

砧座位置传感器可以包括任何合适的传感器或者传感器的组合。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以由锤传感器构成。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以与锤传感器分离。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以包括一个或者多个接近传感器。

在一些实施方式中，砧座位置传感器可以包括第一接近传感器，用于提供关于砧座是否定位在相对于锤组件的期望位置的指示。

在一些实施方式中，砧座可以限定凹部。砧座可以被制造成包括凹部，或者砧座可以被改造成提供凹部。在一些实施方式中，所述第一接近传感器可以构造成使得所述砧座是或者可以被认为是当所述第一接近传感器感测所述凹部时被定位在相对于所述锤组件的期望位置。

在一些实施方式中，砧座位置可以包括第二接近传感器，用于提供关于所述砧座是否容纳在所述锤组件内的指示。在一些实施方式中，第二接近传感器可以构造成使得砧座是或者可以被认为是当所述第二接近传感器感测所述砧座时被容纳在所述锤组件内。

在一些实施方式中，锤组件可以包括用于感测锤速度(即，锤组件内的锤的速度)的锤速度传感器。锤速度传感器可以包括适合于感测锤速度的一个或者多个结构、设备或者装置。在一些实施方式中，锤速度传感器可以由锤传感器构成。在一些实施方式中，锤速度传感器可以与锤传感器分离。

锤速度传感器可以在锤被提升和/或降落时在任意点、多个点、任意间隔和/或多个间隔感测锤速度。在一些实施方式中，锤速度传感器可以感测砧座接触速度(即，锤与砧座接触时的锤速度)。在一些实施方式中，当锤被提升和/或降落时，锤速度传感器可以感测最大锤速度。在一些实施方式中，当锤被提升和/或降落时，锤速度传感器可以感测平均锤速度。

在一些实施方式中，锤组件可以包括能量传感器，用于感测当所述锤接触所述砧座时从所述锤传递到所述砧座的砧座接触能量。所述能量传感器可以包括适合于感测砧座接触能量的一个或者多个结构、设备或者装置。在一些实施方式中，所述能量传感器可以由锤传感器组成。在一些实施方式中，所述能量传感器可以与锤传感器分离。

在一些实施方式中，所述系统可以使用软件、算法和/或控制回路而不是机械限动器来向系统提供范围限制或者限动功能。作为非限制性实例，可以机械地或者使用软件、算法和/或控制回路来控制与所述系统的液压系统相关联的一个或者多个阀门的阀芯行程，以从液压系统获得期望的流速和压力。对于不同的液压系统和阀门配置，机械控制可能需要不同的设置，而软件、算法或者控制回路控制可以潜在地更适合于不同的液压系统和阀门配置。

在一些实施方式中，系统可以包括用于存储与标准贯入试验相关的数据的存储介质。存储介质可以包括一个或者多个合适的结构、设备或者装置。

在一些实施方式中，系统可以包括与存储介质连接的计算机网络，用于能够远程访问所存储的数据。计算机网络可以包括一个或者多个合适的结构、设备或者装置。

在示例性方法方面中，本发明是一种用于执行标准贯入试验的方法，包括：

(a)提供：

(i)锤组件，包括锤和用于提升锤的锤提升设备；

(ii)用于升高和降落锤组件的升降机组件；

(iii)用于感测锤在锤组件内的位置的锤传感器；以及

(iv)用于感测锤组件相对于升降机组件的位置的升降机传感器；

(b)将所述锤组件定位在锤组件预备位置，其中，砧座定位在相对于所述锤组件的期望位置处，并且，所述锤安置在所述砧座上；

(c)当所述锤组件定位在所述锤组件预备位置时，用所述升降机传感器感测所述锤组件相对于所述升降机组件的参考位置；

(d)当所述锤组件定位在所述锤组件预备位置时，用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的零位置；

(e)用所述锤提升设备将锤从锤的零位置提升到锤的降落位置；

(f)用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的降落位置；以及

(g)将锤从降落位置降落到砧座上。

该方法可以使用英制单位或者公制单位来执行。

在一些实施方式中，所述方法可以包括确定所述锤的实际降落高度。可以以任何合适的方式确定实际降落高度。在一些实施方式中，可以从锤的降落位置和锤的零位置确定所述实际降落高度。

在一些实施方式中，该方法可以包括比较锤的实际降落高度和用于标准贯入试验的所需降落高度。在一些实施方式中，该方法可以包括将所述实际降落高度识别为与所需降落高度相符或者不相符。

锤可通过锤提升设备以任何合适的方式提升。在一些实施方式中，将锤从锤的零位置提升到锤的降落位置可以包括将锤提升设备与锤在零位置处接合，使锤提升设备在最大提升高度处与锤脱离，以及允许惯性以便将锤从最大提升高度提升到降落位置。

锤可以由锤提升设备以锤提升速度提升。锤提升速度可以是恒定的或者是可变的。

在一些实施方式中，将锤从锤的零位置提升到锤的降落位置可以包括：在锤到达最大提升高度之前，减小锤提升速度，从而减小锤的惯性。

锤提升速度可以呈单级减速或者渐进式地降低。在一些实施方式中，锤提升速度可以在位于锤组件内的锤的斜降位置和最大提升高度之间渐进式地降低。

在一些实施方式中，该方法可以包括确定砧座是否相对于锤组件定位在期望位置。可以以任何合适的方式来确定砧座是否定位在期望位置。

锤可以在锤组件内具有底部位置。底部位置可以低于零位置。锤的底部位置可以由位于锤组件上的支撑件限定，所述支撑件支撑所述锤并且防止所述锤在所述锤组件内在所述底部位置下方运动。在一些实施方式中，确定砧座是否相对于锤组件定位在期望位置可以包括使用锤传感器感测锤相对于底部位置的位置。

在一些实施方式中，确定砧座是否相对于锤组件定位在期望位置可以包括使用砧座位置传感器感测砧座相对于锤组件的位置。砧座位置传感器可以包括一个或者多个合适的传感器。在一些实施方式中，砧座位置传感器可由锤传感器构成。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以与锤传感器分离。

在一些实施方式中，砧座位置传感器可以包括一个或者多个接近传感器。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以包括第一接近传感器和第二接近传感器。

砧座可以限定凹部。砧座可以制造成包括凹部，或者砧座可以被改造成提供凹部。在一些实施方式中，凹部可以用于确定砧座是否相对于锤组件位于期望位置。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以构造成：当砧座位置传感器感测到凹部时砧座是或者可以被认为是相对于锤组件位于期望位置，并且当砧座位置传感器未感测到凹部时砧座不是或者不被认为是相对于锤组件位于期望位置。在一些这样的实施方式中，砧座位置传感器可以包括第一接近传感器。

砧座可以具有上端。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以构造成使得如果砧座的上端低于砧座位置传感器，则砧座位置传感器未感测到砧座。在一些实施方式中，砧座位置传感器可以构造成：当砧座位置传感器感测到砧座时砧座是或者可以被认为是容纳在锤组件内，并且当砧座位置传感器未感测到砧座时砧座不是或者不被认为是容纳在锤组件内。在一些这样的实施方式中，砧座位置传感器可以包括第二接近传感器。

在一些实施方式中，该方法可以包括将锤的提升作为提升事件来计数。可以以任何合适的方式对提升事件进行计数。在一些实施方式中，可以使用锤传感器对提升事件进行计数。在一些实施方式中，可以使用与锤传感器分离的提升计数器对提升事件进行计数。

在一些实施方式中，对锤的提升进行计数可以包括感测锤在锤组件内的位置。在一些这样的实施方式中，可以用锤传感器来感测锤在锤组件内的位置。在一些这样的实施方式中，可以使用与锤传感器分离的提升计数器来感测锤在锤组件内的位置。

在一些实施方式中，对锤的提升进行计数可以包括感测锤提升设备的位置。在一些实施方式中，感测锤提升设备的位置可以包括感测锤提升设备的组件的位置，所述组件诸如是链条驱动器中的提升杆。在一些实施方式中，可以由提升计数器来感测锤提升设备或者锤提升设备的组件的位置。

在一些实施方式中，所述方法可以包括当锤被提升和/或降落时在一个或者多个点和/或间隔感测锤速度。可以以任何合适的方式来感测锤速度。在一些实施方式中，可以由锤传感器来感测锤速度。在一些实施方式中，可以由与锤传感器分离的传感器来感测锤速度。

在一些实施方式中，感测锤速度可以包括感测砧座接触速度。在一些实施方式中，感测锤速度可以包括感测最大锤速度。在一些实施方式中，感测锤速度可以包括感测平均锤速度。在一些实施方式中，锤速度可以用于测定锤的动能。

在一些实施方式中，锤提升设备与锤脱离时用于锤降落的锤速度和用于锤降落的锤的零位置可以用作为了实现锤的兼容降落高度的目的的反馈，用于锤的后续降落。在一些实施方式中，可以基于锤的以前的单次降落来调节锤速度。在一些实施方式中，可以基于锤的以前的多次降落来调节锤速度。在一些实施方式中，可以对与锤的之前降落次数相关的数据取平均值，以便调节锤的锤速度，用于锤的后续降落。在一些实施方式中，与锤的一次或者多次降落相关的数据可以用在比例-积分-微分(PID)回路中，从而为锤的后续降落提供反馈。

在锤降落后，锤可以将砧座接触能量传递给砧座。在一些实施方式中，该方法可以进一步包括感测砧座接触能量。可以以任何合适的方式感测砧座接触能量。在一些实施方式中，可以由锤传感器来感测砧座接触能量。在一些实施方式中，可以由与锤传感器分离的传感器来感测砧座接触能量。在一些实施方式中，可以由附接到砧座的传感器、连接到砧座的传感器或者以其他方式与砧座相关联的传感器来感测砧座接触能量。

在一些实施方式中，所述方法可以包括当锤组件相对于升降机组件运动时在一个或者多个点和/或间隔感测升降机速度。可以以任何合适的方式来感测升降机速度。在一些实施方式中，可以由升降机传感器来感测升降机速度。在一些实施方式中，可以由与升降机传感器分离的传感器来感测升降机速度。

在一些实施方式中，感测升降机速度可以包括当锤组件相对于升降机组件下降时感测升降机速度。

在一些实施方式中，当锤组件相对于升降机组件下降时的升降机速度和/或锤组件行进的距离可以用作为了在后续降低锤组件期间增大降低锤组件的效率的目的的反馈。在一些实施方式中，可以根据将要相对于升降机组件降低锤组件的距离来调节升降机速度。在一些实施方式中，可以随着将要相对于升降机组件降低锤组件的距离的增大而增大升降机速度，并且，可以随着将要相对于升降机组件降低锤组的距离的减小而减小升降机速度。在一些实施方式中，与相对于升降机组件降低锤组件的一个或者多个序列有关的数据可以用在比例-积分-微分(PID)回路中，从而为后续的相对于升降机组件降低锤组件的序列提供反馈。

在一些实施方式中，所述方法可以包括：

(h)在锤降落到砧座上之后，将锤组件重新定位在锤组件预备位置；

(i)当锤组件重新定位在锤组件预备位置时，使用升降机传感器来感测锤组件相对于升降机组件的更新的参考位置；

(j)当锤组件重新定位在锤组件预备位置时，使用锤传感器来感测锤在锤组件中的零位置；

(k)使用锤提升设备将锤从锤的零位置提升到锤的降落位置；

(1)使用锤传感器来感测锤在锤组件内的降落位置；

(m)使锤从降落位置降落到砧座上；以及

(n)重复进行(h)至(m)，直至完成标准贯入试验。

在一些实施方式中，该方法可以包括在存储介质上存储与标准贯入试验相关的数据。数据可以以任何合适的方式存储在任何合适的存储介质上。

在一些实施方式中，所述方法可以包括从远程位置访问所存储的数据。可以使用一个或者多个合适的结构、设备或者装置以任何合适的方式访问所存储的数据。

在一些实施方式中，所述方法可以包括：

(h)在锤降落到砧座上之后，将锤组件重新定位在锤组件预备位置；

(i)当锤组件重新定位在锤组件预备位置时，使用升降机传感器来感测锤组件相对于升降机组件的更新的参考位置；

(j)当锤组件重新定位在锤组件预备位置时，使用锤传感器来感测锤在锤组件中的零位置；

(k)使用锤提升设备以锤提升速度将锤从锤的零位置提升到锤的降落位置，其中考虑锤之前降落的实际降落高度来选择锤提升速度；

(1)使用锤传感器来感测锤在锤组件内的降落位置；以及

(m)使锤从降落位置降落到砧座上。

可以选择锤提升速度，以提供符合标准贯入试验所需的降落高度的实际降落高度。在一些实施方式中，锤提升速度可以被选择为在锤的零位置和最大提升高度之间是恒定的。在一些实施方式中，锤提升速度可以被选择为在锤的零位置和最大提升高度之间是可以变化的。在一些实施方式中，可以选择锤提升速度和/或选择在锤的斜降位置和最大提升高度之间锤提升速度的减小量，以提供符合标准贯入试验所需的降落高度的实际降落高度。

在一些实施方式中，反馈可被提供给系统，使得可以基于锤的以前的一次或者多次降落的实际降落高度来调节锤提升速度和/或用于降落锤的锤提升速度的减小量。

在一些实施方式中，锤传感器可以感测由于来自锤的冲击导致的砧座向下的前进量。在一些实施方式中，砧座的前进量可以用于测定提升设备的速度，所述提升设备将在提升设备为了下一次冲击而开始提升锤时允许锤组件返回预备位置。在其中砧座的前进量相对较小的一些实施方式中，提升设备的速度可以相对较快。在其中砧座的前进量相对较大的一些实施方式中，提升设备的速度可以相对较慢。

在一些实施方式中，系统可以构造成使得一旦提升设备开始提升锤系统就不能暂停。在这些实施方式中，如果向系统发出暂停命令，则在执行暂停命令之前，系统可以等待直到锤已经被完全提升并且降落。在一些实施方式中，可以通过紧急停止命令来撤销对暂停命令执行的延迟。

在一些实施方式中，如果升降机组件感测到锤组件被认为是相对于升降机组件处于底部位置并且在试验过程中锤已经行进足够的距离以完成试验，则可以认为试验完成。

在一些实施方式中，如果升降机传感器感测到锤组件被认为是相对于升降机组件处于底部位置，砧座传感器检测到缺失的砧座，并且在试验过程中锤没有行进足够的距离以完成试验，则该系统可以阻止标准贯入试验继续进行。在这样的实施方式中，可以基于砧座或者取样器在试验期间移动的距离的视觉确认来向操作者提供中止试验的选项或者认为试验完成的选项。

在一些实施方式中，如果升降机传感器感测到锤组件被认为是相对于升降机组件处于底部位置，砧座传感器没有检测到缺失的砧座，并且在试验过程中锤没有行进足够的距离以完成试验，则可以向操作者提供增加杆延伸部以完成试验的选项。

在一些实施方式中，可以跟踪、监测和/或记录执行标准贯入试验的钻孔深度。可以以任何合适的方式跟踪、监控和/或记录钻孔的深度。在一些实施方式中，可以将与钻孔深度相关的数据和与标准贯入试验相关的试验数据相结合，使得所述试验数据可以与所述深度数据相关联。

在一些实施方式中，如果对于钻孔深度的测定看起来是错误的或者由于其他任何原因，则操作者能够否决该测定。在一些实施方式中，这样的否决可能被认为是偏见。在一些实施方式中，可以在进行钻孔的持续时间内保留这样的否决。

在一些实施方式中，钻孔深度的测定可以考虑附加的工具或者结构，所述工具或者结构可以存在于位于正在执行标准贯入试验的杆柱(rod string)下方的钻孔中。这种附加的工具或者结构的非限制性实例是谢尔贝管取样器(Shelby Tube Sampler)。在一些实施方式中，可以手动地、半自动地或者自动地将附加工具或者结构的长度添加到深度测定中。作为非限制性实例，可以设置按钮，当按动所述按钮时所述按钮将在深度测定上自动增加一定长度(诸如18英寸)，以考虑标准谢尔贝管取样器的长度。

在一些实施方式中，可以跟踪、监控和/或记录作为时间函数的一个或者多个锤击速度。可以以任何合适的方式跟踪、监控和/或记录作为时间函数的锤击速度。作为非限制性实例，可以通过将由提升计数器所计数的锤击次数与系统所提供的经过时间测量值相关联或者以其他一些方式来跟踪、监测和/或记录作为时间函数的锤击速度。作为时间函数的锤击速度可以用任何合适的单位来表达，所述单位诸如为每分钟的锤击次数。在一些实施方式中，可以随着标准贯入试验的进展来更新作为时间函数的锤击速度。

在一些实施方式中，可以跟踪、监控和/或记录作为距离函数的一个或者多个锤击速度。可以以任何合适的方式跟踪、监控和/或记录作为距离函数的锤击速度。作为非限制性实例，可以通过将由提升计数器所计数的锤击的次数与锤传感器测定的砧座行进的距离相关联或者以其他一些方式来跟踪、监测和/或记录作为距离函数的锤击速度。作为距离函数的锤击速度可以用任何合适的单位来表达，所述单位诸如砧座行进每英寸的锤击次数。在这样的实施方式中，系统可以提供独立的箱子用于存储作为砧座行进的距离的函数的试验数据。作为非限制性实例，如果锤击速度表达为每英寸的锤击次数，则可以提供十八个箱子，使得能够在标准贯入试验的持续时间内跟踪、监控和/或记录作为距离的函数的锤击速度。

在一些实施方式中，可以跟踪、监控和/或记录锤的平均降落高度。可以以任何合适的方式跟踪、监控和/或记录锤的平均降落高度。在一些实施方式中，可以通过对由锤传感器获得的、与用于每次锤击的降落高度有关的数据进行平均和/或进行处理来跟踪、监测和/或记录平均降落高度。

在一些实施方式中，可以跟踪、监控和/或记录标准贯入试验的地理位置。可以以任何合适的方式跟踪、监控和/或记录地理位置。在一些实施方式中，可以将有关标准贯入试验的位置的地理数据与试验数据相结合，使得所述试验数据能够与所述地理数据相关联。在一些实施方式中，可以由全球定位系统(GPS)接收器提供所述地理数据。

在一些实施方式中，所述方法可以以“软土启动模式”执行。所述软土启动模式可以用于允许标准贯入试验开始，而不需首先确保锤组件处于锤组件预备位置。软土启动模式允许系统跟踪锤的任何下沉，所述下沉可能由锤在软土中的砧座上的重量引起。在这样的实施方式中，如果操作者确定不可能将锤组件定位在锤组件预备位置而不会使砧座在软土中下沉，则操作者可以使用软土启动模式以启动标准贯入试验。在这样的实施方式中，操作者要负责确保在开始标准贯入试验之前锤就与砧座接触。

在一些实施方式中，如果砧座在其自身的重量作用下或者在锤的重量作用下在能够开始标准贯入试验之前就在软土中下沉，则可以向操作者提供以下选项：输入砧座已经下沉的测量距离或者估计距离，然后对砧座必须前进以完成所述试验的剩余距离执行标准贯入试验。

在一些实施方式中，可以实施该方法用于除了执行标准贯入试验以外的目的。作为一个非限制性实例，该方法可用于执行其它土工试验，诸如连续锥体贯入试验，在该试验中，由锤驱动锥体并且记录锤击次数作为距离的函数。作为另一个非限制性实例，该方法可用于执行与外部系统的校准和/或能量比较。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1是用于执行标准贯入试验的系统的第一示例性实施方式的示意图。

图2是图1所描绘系统的纵剖面组件视图。

图3是图1所描绘系统中的砧座、砧座传感器以及砧座缺失传感器的孤立的纵剖面组件视图。

图4是图1所描绘系统中的提升杆传感器的孤立的纵剖面组件视图。

图5是用于执行标准贯入试验的系统的第二示例性实施方式的示意图。

图6是图5所描绘系统的纵剖面组件视图。

图7是图1和图5所描绘系统中的锤传感器的特征的孤立的纵剖面组件视图。

图8是图1和图5所描绘系统中的升降机传感器的特征的孤立的纵剖面组件视图。

图9是包括存储介质和计算机网络的系统的示例性实施方式的示意性框图，所述存储介质用于存储与标准贯入试验相关的数据，所述计算机网络与所述存储介质相关联，用于实现对所述存储数据的远程访问。

具体实施方式

本发明涉及用于执行标准贯入试验的系统和方法。

图1至图4描绘了用于执行标准贯入试验的系统的第一示例性实施方式。图5至图6描绘了用于执行标准贯入试验的系统的第二示例性实施方式。图7描绘了在用于执行标准贯入试验的系统的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式中的锤传感器的特征。图8描绘了在用于执行标准贯入试验的系统的第一示例性实施方式和第二示例性实施方式中的升降机传感器的特征。图9描绘了包括存储介质和计算机网络的系统的示例性实施方式，所述存储介质用于存储与标准贯入试验相关的数据，并且，所述计算机网络与所述存储介质相关联，用于实现对所存储数据的远程访问。

图1至图9以及对示例性实施方式的描述仅仅是示例性的。在下面对图1至图9和示例性实施方式的描述中，使用相同的附图标记识别图1至图9和示例性实施方式中相同或者等同的特征。

参见图1至图9，在每个示例性实施方式中，系统(20)包括：

(a)锤组件(30)，其包括锤(32)和用于提升锤(32)的锤提升设备(34)；

(b)升降机组件(40)，用于升高和降低锤组件(30)；

(c)锤传感器(50)，用于感测锤(32)在锤组件(30)内的位置和/或速度；以及

(d)升降机传感器(52)，用于感测锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置和/或速度。

在示例性实施方式中，锤组件(30)包括用于容纳锤(32)的锤外壳(60)，并且锤传感器(50)与锤外壳(60)及锤(32)相关联。在示例性实施方式中，锤传感器(50)包括线性位移传感器，诸如线性位移转换器(LDT)、线性可变差动变压器/转换器(LVDT)，或者类似的传感器。

在示例性实施方式中，锤提升设备(34)包括链条驱动器。链条驱动器包括提升杆(62)，提升杆(62)与锤(32)接合以提升锤(32)，以及与锤(32)脱离以允许锤(32)降落到砧座(36)上。在示例性实施方式中，链条驱动器由链条传动马达(未示出)驱动，链条传动马达又由液压系统(未示出)驱动，所述液压系统包括液压泵(未示出)。

在示例性实施方式中，升降机组件(40)包括支架(70)和升降机驱动器(72)。支架(70)与锤组件(30)连接在一起并且可通过升降机驱动器(72)沿着升降机组件(40)垂直地往复运动。在第一示例性实施方式和第二示例性实施方式中，升降机驱动器(72)包括升降机气缸(74)和升降机活塞(76)，升降机传感器(52)与升降机气缸(74)及升降机活塞(76)相关联。在示例性实施方式中，升降机传感器(52)包括线性位移传感器，诸如线性位移转换器(LDT)或者线性可变差动变压器/转换器(LVDT)。

在第一示例性实施方式中，锤组件(30)进一步包括砧座位置传感器(80)和提升计数器(82)。在第一示例性实施方式中，砧座位置传感器(80)包括第一接近传感器(84)和第二接近传感器(86)，第一接近传感器(84)用于感测砧座(36)是否相对于锤组件(30)定位在期望位置，第二接近传感器(86)用于感测砧座(36)是否被容纳在锤组件(30)中。在第一示例性实施方式中，提升计数器(82)包括接近传感器，接近传感器感测链条驱动器的提升杆(62)，以便对提升事件进行计数。

在第二示例性实施方式中，省略了砧座位置传感器(80)和提升计数器(82)。在第二示例性实施方式中，使用锤传感器(50)来执行砧座位置传感器(80)和提升计数器(82)的大部分或者全部功能。

在示例性实施方式中，系统(20)可以进一步包括锤速度传感器(90)和/或能量传感器(92)，锤速度传感器(90)用于感测锤(32)的锤速度，能量传感器(92)用于感测当锤(32)接触砧座(36)时从锤(32)传递给砧座(36)的砧座接触能量。在示例性实施方式中，锤传感器(50)可以起到锤速度传感器(90)的作用。

在示例性实施方式中，系统(20)可以进一步包括升降机速度传感器(94)，用于感测升降机组件(40)的升降机速度。在示例性实施方式中，升降机传感器(52)可以起到升降机速度传感器(94)的作用。

参考图9，在示例性实施方式中，系统(20)可以进一步包括：用于存储由系统(20)记录的数据的存储介质(100)；用于处理由系统(20)记录的数据的处理器(102)；用于控制系统(20)的操作的控制器(104)；用于实现从远程位置(108)访问由系统(20)记录的数据的计算机网络(106)；和/或用于增强系统(20)的操作的其它仪器或者装置(未示出)。

通过将系统(20)的升降机组件(40)安装在车辆、制轮器或者其它结构(未示出)上，示例性实施方式可以用在所述车辆、制轮器或者其它结构上。

在下面的对示例性实施方式的描述中，所标明的操作参数仅仅是示例性的，并且是基于系统(20)的当前发展状态并会对其进行进一步的发展和/或优化。

第一示例性实施方式

用于执行标准贯入试验的系统(20)的第一示例性实施方式包括3个接近传感器和2个线性位移传感器。系统(20)的第一示例性实施方式可以用于执行标准贯入试验的方法的第一示例性实施方式。

第一接近传感器(84)在本文中称为“砧座传感器”，其感测何时砧座(36)就位。第二接近传感器(86)在本文中称为“砧座缺失传感器”，其感测砧座(36)是否容纳在锤组件(30)内。第三接近传感器感测每一次提升杆(62)围绕链条驱动器的顶部链轮行进，因此起到提升计数器(82)的作用。

锤传感器(50)包括第一线性位移传感器，锤传感器(50)跟踪锤组件(30)内的锤(32)，并且，升降机传感器(52)包括第二线性位移传感器，升降机传感器(52)跟踪升降机气缸(74)内的升降机活塞(76)。

所有的接近传感器(84，86，82)都是常闭传感器，这意味着它们总是处于“接通”状态，除非它们检测到了什么。这个特征允许有缺陷的传感器将被检测出来，并且阻止由有缺陷的传感器执行标准贯入试验。

系统(20)的第一示例性实施方式的目的是严格地满足由ASTM标准D1586-11所设定的参数。

参考图1至图4和图7至图9，系统(20)的第一示例性实施方式可以如下操作，以提供用于执行标准贯入试验的方法的第一示例性实施方式：

1.为标准贯入试验做准备，锤(32)安置在其在锤壳体(60)内的底部位置；

2.将砧座(36)(具有凹部(120))插入到具有静置在其上的锤(32)的锤壳体(60)内，直到砧座传感器(84)和砧座缺失传感器(86)都能够感测到砧座(36)。在第一示例性实施方式中，如果砧座传感器(84)(或者在替换的配置中，砧座缺失传感器(86)不能感测到砧座(36)，则系统(20)将阻止试验开始或者阻止试验继续进行。该特征防止在砧座(36)没有容纳在锤组件(30)内的情况下不慎启动系统(20)；

3.在第一示例性实施方式中，如果砧座传感器(84)感测到砧座(36)(从而指示砧座(36)容纳在锤组件(30)内)，则操作者可以按动启动按钮以便借助升降机组件(40)来降低锤组件(30)，直到砧座传感器(84)感测到砧座(36)内的凹部(120)，指示砧座(36)相对于锤组件(30)处于其期望位置。此时，向升降机组件(40)发送停止命令并且记录由升降机传感器(52)感测到的位置，作为锤组件(30)相对于升降机组件(40)的初始参考位置。由于使用液压系统，因此总是出现少量溢流。由于这种溢流，因此增加300毫秒的时间延迟以允许系统(20)稳定下来并且允许借助锤传感器(50)记录精确的锤位置。这一锤位置就是锤(32)的零位置；

4.命令链条传动马达开始转动链条驱动器，这导致提升杆(62)接合并提升锤(32)。在第一示例性实施方式中，初始时以链条传动马达的最大速度的70％驱动链条传动马达，以提供初始锤提升速度。当锤(32)被提升时，借助锤传感器(50)来跟踪锤(32)在锤组件(30)内的位置。在第一示例性实施方式中，当锤(32)被提升至零位置上方24.4英寸时，链条传动马达的速度和锤提升速度开始降低；

5.在第一示例性实施方式中，锤(32)在锤组件(30)内的位置控制锤提升速度以每英寸20％的速率斜降至最小链条传动速度，即，链条传动马达的最大速度的20％。重要的是，为了使锤提升速度的斜降是可靠的，驱动链条传动马达的液压系统的阀门产生恒定的流量。由于依赖于液压流量，在第一示例性实施方式中，当标准贯入试验开始时，将钻机发动机(rig engine)(未示出)的RPM自动设定为最小值，即，最大允许RPM的50％。在其它实施方式中，可以采取其它步骤以确保足够和恒定流量的液压流体被提供给系统(20)的部件，诸如链条传动马达；

6.在第一示例性实施方式中，锤提升速度的斜降减小了锤(32)的惯性，使得当提升杆(62)在最大提升高度处脱离锤(32)时，锤(32)被向上“甩出”约0.75英寸至锤(32)的降落位置。当提升杆(62)越过链条驱动器的顶部链轮时，提升计数器(82)感测到提升杆(62)并且将该情况作为提升事件进行计数。锤传感器(50)在锤(32)降落之前感测降落位置。降落位置和零位置之间的差值代表实际降落高度，并且将该差值记录为锤(32)降落到砧座(36)上的实际降落高度。将实际降落高度与ASTM标准(D1586-11)的29-31英寸的范围进行对比。如果实际降落高度落在标准范围内，则该降落被记录为合格的降落。如果实际降落高度在标准范围之外，则该降落被记录为失败的降落；

7.在第一示例性实施方式中，在锤传感器(50)感测到锤(32)的降落之后，链条传动马达的最终降低的斜降速度持续600毫秒，这为锤(32)冲击砧座(36)提供了时间，以便砧座传感器(84)感测砧座(36)是否相对于锤组件(30)保持在其期望位置，并且如果需要的话，以便升降机组件(40)将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置处。如果锤组件预备位置在600毫秒结束时尚未建立，则链条传动马达被命令停止。如果锤组件预备位置在600毫秒结束时已经建立，则链条传动马达恢复全速行进(即，以最大速度的70％的速度行进)；

8.在第一示例性实施方式中，当锤(32)碰撞砧座(36)时，砧座(36)向下前进。如果砧座(36)向下前进地足够多从而触发砧座传感器(84)，则命令被发送给升降机组件(40)，以将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置。锤组件(30)继续由升降机组件(40)降低，直到砧座传感器(84)感测到砧座(36)已经返回到其相对于锤组件(30)的期望位置，然后停止。再次提供300毫秒的时间延迟，以考虑液压溢流。锤(32)在锤组件(30)内的位置由锤传感器(50)感测并被记录为锤(32)的新的零位置。锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置由升降机传感器(52)感测并被记录为锤组件(30)相对于升降机组件(40)的更新的参考位置；

9.在第一示例性实施方式中，重复上述过程，直到升降机传感器(52)感测到锤组件(32)相对于初始参考位置已经下降了18英寸。以6英寸的距离增量记录锤(32)在砧座(36)上的冲击，因此，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于0至5.9英寸之间时，冲击被计入“第一计数”；当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于6至11.9英寸之间时，冲击被计入“第二计数”；并且，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于12至17.9英寸之间时，冲击被计入“第三计数”；以及

10.当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置从初始参考位置移动18英寸时，停止标准贯入试验。参考图9，在第一示例性实施方式中，所记录的数据可以存储在合适的存储介质(100)(诸如磁盘和/或服务器)上，并且如果需要，可以通过计算机网络(106)从远程位置(108)访问所记录的数据。

系统(20)和方法的第一示例性实施方式可以包括附加的特征。

底部冲程检测区

由于锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置由升降机传感器(52)感测，因此系统(20)能够构造成当升降机组件(40)到达其冲程的底部时提供指示。如果出于某种原因启动了标准贯入试验而没有在升降机组件(40)中实现足够的行程从而未能成功地完成试验，则当升降机组件(40)到达其冲程的底部时将需要暂停试验。然后可以将杆延伸部(未示出)添加到砧座(36)下方的取样器串中，并且可以从试验暂停的地方继续进行所述试验。在第一示例性实施方式中，底部冲程检测区当前被设定为距离升降机组件(40)的行程末端0.5英寸(可以对底部冲程检测区的长度进行进一步优化)。

当在标准贯入试验期间碰到底部冲程检测区并且试验被暂停时，记录锤组件(30)从初始参考位置行进的总距离，并且仅启用对升降机组件(40)的控制。这允许操作者将锤组件(30)从砧座(36)移开，从取样器串(未示出)上移除砧座(36)，在取样器串上添加杆延伸部，并且将砧座(36)重新附着在取样器串上。在将砧座(36)重新附着在取样器串上之后，操作者能够将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置，如同开始新的试验那样。操作者可以按动恢复按钮以命令系统将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置。当砧座传感器(84)感测到砧座(36)相对于锤组件(30)处于其期望位置时，由升降机传感器(52)将锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置记录为更新的参考位置。当标准贯入试验恢复时，在试验暂停之前由锤组件(30)相对于升降机组件(40)行进的距离被加到由锤组件(30)从更新后的参考位置行进的距离。该特征使得操作者能够在不丢失任何信息的情况下继续进行试验。

在允许标准贯入试验开始之前，如果升降机组件(40)没有足够的行程来完成试验，则系统(20)将提供警报。在这种情况下，操作者具有在警报被提供之后开始试验的能力，但本领域技术人员由于报警而意识到，需要在完成试验之前中断试验以增加杆延伸部。

砧座位置传感器(80)

砧座位置传感器(80)可以包括一个或者多个传感器。在第一示例性实施方式中，砧座位置传感器(80)包括砧座传感器(84)和砧座缺失传感器(86)。

通过感测砧座(36)中的凹部(120)(即，通过感测砧座材料的不存在)，砧座传感器(84)用于确定何时砧座(36)相对于锤组件(36)定位在其期望位置。这潜在地是有问题的，因为缺失的砧座(36)也可以导致砧座传感器感测到砧座材料的不存在。

该问题在第一示例性实施方式中由砧座缺失传感器(86)来解决，砧座缺失传感器(86)位于砧座传感器(84)上方，并且如果砧座缺失传感器(86)未能感测到砧座材料则其指示砧座缺失事件。如果砧座缺失传感器(86)和砧座传感器(84)都感测到砧座材料的不存在，则砧座(36)被认为是缺失的(即，没有容纳在锤组件(30)内)。

在第一示例性实施方式中，当确定砧座(36)在试验期间缺失时，试验暂停，如同碰到底部冲程检测区的情况，但是当操作者试图将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置以便继续进行试验时，系统(20)继续跟踪总体试验距离。如果当操作者试图将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置时总体试验距离达到18英寸，则认为完成了试验。

拒绝权条件

ASTM标准(D1586-11)定义了如果出现五种条件中的任何一种则标准贯入试验完成。如果在试验期间砧座(36)前进18英寸，则一种条件出现，这意味着已经成功地完成了试验。如果砧座(36)在取样器串和锤(32)的重量作用下在软土中下沉，则第二种条件出现。

其他三种条件称为“拒绝权”条件：

1.如果在试验中在任何6英寸的距离增量内达到锤(32)的50次冲击；

2.如果在试验中达到锤(32)的100次总冲击；以及

3.如果在试验期间在任何点处的10次连续的冲击没有使砧座(36)前进。

在第一示例性实施方式中，系统(20)构造成跟踪拒绝权条件，并且如果任何拒绝权条件出现则暂停测试。系统(20)向操作者指示(视觉上地和/或听觉上地或者以任何其他合适的方式)拒绝权条件的出现，并要求操作者向系统(20)提供指令以结束试验或者继续试验(在某些情况下，如果在拒绝权条件出现之后允许继续进行试验，可获得有价值的信息)。

在第一示例性实施方式中，系统(20)记录在拒绝权条件出现之后由操作者提供的命令。

在第一示例性实施方式中，第三拒绝权条件的距离阈值为0.1英寸。换句话说，在第一示例性实施方式中，如果砧座(36)没有由于10次连续冲击而前进至少0.1英寸，则认为出现第三拒绝权条件。该距离阈值目前部分地基于升降机传感器(52)的分辨率。可以对该距离阈值进行进一步的改进和/或优化。

软土检测

如上所述，如果砧座(36)在取样器串和锤(32)的重量作用下在软土中下沉，则出现了ASTM标准(D1586-11)认为试验完成的五种条件之一。

为了捕获这种出现，在升降机组件(40)降低锤组件(30)的时候，系统(20)将锤(32)在锤组件(30)内的位置的变化(由锤传感器(50)感测)与锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置的变化(由升降机传感器(52)感测)进行比较，以便将锤组件(30)定位或者重新定位在锤组件预备位置。

如果锤(32)在锤组件(30)内没有以与锤组件(30)相对于升降机组件(40)向下移动相同的速率向上移动，则砧座(36)可能在下沉。ASTM标准规定，如果砧座(36)下沉，则砧座下沉的距离被记录到最接近的0.1英尺，试验完成到18英寸(通过继续下降锤组件(30)或者通过使用锤(32)的更多次冲击)，并且取样器串和锤(32)的重量被记录为N值。由于ASTM标准要求将距离记录到最接近的0.1英尺，因此在系统(20)中使用0.1英尺作为确定砧座(36)是否下沉的阈值距离。

使用软土的一个已知问题是，如果在提升杆(62)与锤(32)接合之前没有到达锤组件预备位置，则提升杆(62)能够推压锤(32)的侧面。由提升杆(62)作用在锤(32)上的这一推压可以导致锤(32)结合在锤外壳(60)内，结果使得发送给升降机组件(40)以降低锤组件(30)的命令可导致升降机组件(40)向下推动砧座(36)。

该问题在系统(20)中部分地由锤传感器(50)感测到锤(32)的下降后的600毫秒的时间延迟来解决。如果锤组件(30)在时间延迟结束时没有重新定位到锤组件预备位置，则链条传动马达被命令停止，使得提升杆不会撞到锤(32)的侧面。

另外，当试验开始时，无法精确地知道提升杆(62)沿着链条驱动器定位的位置，因此，除了300毫秒的时间延迟之外，还有100毫秒的进一步的时间延迟用在锤组件(30)的重新定位过程中(即，总的时间延迟为400毫秒)，以确保锤组件(30)在提升杆(62)与锤(32)接合之前就处于锤组件预备位置，所述300毫秒的时间延迟被提供以考虑液压溢流。

每锤击一次，锤组件(30)重新定位一次

如果砧座(36)由于系统(20)的工作振动而前进，同时锤(32)已经被提升用于又一次降落，则可以命令升降机组件(40)重新定位锤组件(30)。

由于升降机传感器(52)具有0.1英寸的分辨率，因此可以使砧座(36)前进17.9英寸，这将需要锤(32)至少又一次冲击，以便将试验完成到18英寸。

因此，在一些情况下，由于系统(20)振动或者其它原因引起的砧座(36)的较小的前进可导致通过砧座(36)移动超过18英寸而完成试验，同时锤(32)已经被提升以向砧座(36)传递冲击，从而导致锤(32)从一个未知高度下落(这是由当锤(32)被提升时锤组件(30)在升降机组件(40)作用下的运动而引起)以及锤(32)潜在地不可靠地冲击砧座(36)。

在系统(20)的第一示例性实施方式中通过以下方式解决了上述问题：在砧座(36)的最后0.5英寸的前进期间限制升降机组件(40)的驱动，使得锤(32)每次降落只允许锤组件(30)进行一次重新定位。因此，在第一示例性实施方式中，如果砧座(36)已经前进了17.9英寸并且锤组件(30)已经重新定位到锤组件预备位置，则升降机组件(40)将不能再次重新定位锤组件(30)，直到锤(32)被提升并且降落之后。

中止的试验

ASTM标准(D1586-11)要求：如果标准贯入试验没有按照砧座(36)前进18英寸来完成，则将记录试验中止时砧座(36)的前进量。系统(20)记录中止的试验的发生情况以及当试验中止时砧座(36)的前进量。

每一次锤击砧座的前进量

能够监测并且记录每次冲击使砧座(36)向下前进的距离。用于监测该距离的选项的一个非限制性例子是比较冲击之前锤(32)的零位置与冲击之后锤(32)的位置。

降落高度—反馈

在第一示例性实施方式中，通过降低在锤(32)的斜降位置与最大提升高度之间的锤提升速度来部分地控制锤(32)的降落高度。

在第一示例性实施方式中，在锤(32)的斜降位置与最大提升高度之间的锤提升速度的降低是基于固定的斜降模型，所述固定的斜降模型没有利用来自系统(20)的反馈。所述固定的斜降模型要求系统(20)的所有参数是恒定的，以便成功地运行。

在其它实施方式中，可以基于与一个或者多个系统(20)参数有关的反馈来调节锤提升速度的降低。作为非限制性例子，所需降落高度与锤(32)的前一次降落的实际降落高度之间的差值可以用来调节用于锤(32)的后续提升的斜降参数。

或者，可以由锤(32)的零位置来部分地控制锤(32)的降落高度。作为非限制性例子，所需降落高度与锤(32)的前一次降落的实际降落高度之间的差值可以用来调节用于锤(32)的后续提升的锤(32)在锤组件(30)内的零位置。

劈管反弹

如果进行标准贯入试验的土壤极硬，则在标准贯入试验期间可能出现被描述为“劈管反弹”的现象，其中位于取样器串的远端的劈管取样器(未示出)响应于来自锤(32)的冲击而反弹。如果足够大，则该劈管反弹可导致系统“错误地暂停”所述试验。

在第一示例性实施方式中，系统(20)被构造成通过使用砧座传感器(84)来感测因劈管反弹而导致的砧座(36)的摆动运动，从而检测劈管反弹并且撤销这种错误的暂停。

第二示例性实施方式

用于执行标准贯入试验的系统(20)的第二示例性实施方式与第一示例性实施方式相似，但是省略了3个接近传感器(84，86，82)。结果，第二示例性实施方式仅包括2个线性位移传感器(50，52)。系统(20)的第二示例性实施方式可以用于执行标准贯入试验的方法的第二示例性实施方式。

包括第一线性位移传感器的锤传感器(50)跟踪在锤组件(30)内的锤(32)，并且包括第二线性位移传感器的升降机传感器(52)跟踪升降机气缸(74)内的升降机活塞(76)。在第二示例性实施方式中，线性转换器用作锤传感器(50)，使得能够测定降落的锤(32)与砧座(36)碰撞时的能量，所述线性转换器能够在合适的分辨率下跟踪物体，所述物体移动的速度高达可由锤(32)经历的速度。

系统(20)的第二示例性实施方式的目的是向第一示例性实施方式的所有功能提供速度/能量检测的附加益处，以及以最小的变化对常规的标准贯入试验系统进行改造的能力。

参考图5至图9，系统(20)的第二示例性实施方式可以如下操作，以提供用于执行标准贯入试验的方法的第二示例性实施方式：

1.为标准贯入试验做准备，锤(32)安置在其在锤壳体(60)内的底部位置。在第二示例性实施方式的一些配置中，锤传感器(50)可以感测锤(32)是否处于其底部位置，以及如果锤(32)不处于底部位置，则系统(20)将通知操作者并且将不允许试验开始。当锤(32)首次安装在锤外壳(60)内时，系统(20)使用“设定底部位置”功能来感测并记录锤(32)在锤组件(30)内的底部位置。尽管锤(32)的底部位置由系统(20)存储并且对于该锤(32)永远不应当改变，但是，如果需要，系统(20)(通过管理屏幕)允许重新设定底部位置；

2.将砧座(36)(其可以但是不是必须具有凹部(120))插入到具有静置在其上的锤(32)的锤外壳(30)内。在第二示例性实施方式中，当砧座(36)向上推动锤(32)时，所述系统跟踪锤(32)的位置。为了开始或者继续试验，锤(32)必须位于其底部位置的上方。该特征防止在砧座(36)没有容纳在锤组件(30)内的情况下不慎启动所述系统。最初，在默认情况下，锤(32)的零位置被认为是在锤(32)的底部位置上方6.0英寸。该距离目前基于锤组件(30)的物理尺寸并且可以对其进行进一步的优化。一旦试验开始，锤(32)的零位置将变成动态的并且将基于在锤(32)的之前降落中锤(32)的实际降落高度来上下调节。为了开始试验，锤(32)必须位于锤(32)的底部位置和锤(32)的默认零位置之间。这允许所述系统通过借助升降机组件(40)将锤(32)降低到位来控制锤(32)的起始位置。如果锤(32)位于底部位置和默认零位置之间，则锤组件(30)被认为处于锤组件预备位置；

3.在第二示例性实施方式中，如果锤传感器(50)感测到锤(32)位于锤外壳(60)内在其底部位置上方(由此指示砧座(36)容纳在锤组件(30)内)，则操作者将能够按动启动按钮，以便借助升降机组件(40)降低锤组件(30)，直到锤(32)定位在其默认零位置(在底部位置上方6.0英寸)。在该点，停止命令被发送到升降机组件(40)并且由升降机传感器(52)感测到的位置被记录为锤组件(30)相对于升降机组件(40)的初始参考位置。由于使用液压系统，因此总是出现少量溢流。由于这种溢流，因此增加300毫秒的时间延迟以允许系统稳定下来，并且允许借助锤传感器记录精确的锤位置。这一锤位置就是锤(32)的零位置；

4.命令链条传动马达开始转动链条驱动器，这导致提升杆(62)接合并提升锤(32)。在第二示例性实施方式中，初始时以链条传动马达的最大速度的70％驱动链条传动马达，以提供初始锤提升速度。当锤(32)被提升时，借助锤传感器(50)来跟踪锤(32)在锤组件(30)内的位置。在第二示例性实施方式中，当锤(32)被提升至零位置上方24.4英寸时，链条传动马达的速度和锤提升速度开始降低；

5.在第二示例性实施方式中，锤(32)在锤组件(30)内的位置控制锤提升速度以每英寸20％的速率斜降至最小链条传动速度，即，链条传动马达的最大速度的20％。重要的是，为了使锤提升速度的斜降是可靠的，驱动链条传动马达的液压系统的阀门产生恒定的流量。由于依赖于液压流量，在第二示例性实施方式中，当标准贯入试验开始时，将钻机发动机(未示出)的RPM自动设定为最小值，即，最大允许RPM的50％。在其它实施方式中，可以采取其它步骤以确保足够和恒定流量的液压流体被提供给系统(20)的部件，诸如链条传动马达；

6.在第二示例性实施方式中，锤提升速度的斜降减小了锤(32)的惯性，使得当提升杆(62)在最大提升高度处脱离锤(32)时，锤(32)被向上“甩出”约0.75英寸至锤(32)的降落位置。在第二示例性实施方式中，锤传感器(50)感测锤(32)降落之前的降落位置，并且从降落位置感测在锤(32)的方向上的反转并将该情况作为提升事件进行计数。降落位置和零位置之间的差值代表实际降落高度，并且将该差值记录为锤(32)降落到砧座(36)上的实际降落高度。将实际降落高度与ASTM标准(D1586-11)的29-31英寸的范围进行比较。如果实际降落高度落在标准范围内，则该降落被记录为合格的降落。如果实际降落高度落到标准范围之外，则该降落被记录为失败的降落；

7.在第二示例性实施方式中，在锤传感器(50)感测到锤(32)的降落之后，链条传动马达的最终降低的斜降速度持续600毫秒，这为锤(32)冲击砧座(36)提供了时间，以便锤传感器(50)感测砧座(36)是否相对于锤组件(30)保持在其期望位置，并且如果需要的话，以便升降机组件(40)将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置处。如果锤组件预备位置在600毫秒结束时尚未建立，则链条传动马达被命令停止。如果锤组件预备位置在600毫秒结束时已经建立，则链条传动马达恢复全速行进(即，以最大速度的70％的速度行进)；

8.在第二示例性实施方式中，当锤(32)落下时，锤传感器(50)每5毫秒跟踪锤(32)的速度。能够从刚刚碰撞之前锤(32)的速度来确定在与砧座(36)碰撞时锤(32)的动能。理论上，对于30英寸的锤(32)的降落，锤(32)在碰撞时能够达到152英寸/秒(3.87米/秒)的最大速度。在第二示例性实施方式中，锤传感器(50)的分辨率是5毫秒(但是可以对其进行进一步的优化)，因此在与砧座(36)碰撞时锤(32)的速度可能超出11.8焦耳或者2.5％。由于ASTM所需的降落高度在29至31英寸的范围内，这提供了31.65焦耳的理论能量差，因此具有5毫秒分辨率的锤传感器(50)将适合用作速度/能量传感器。对锤(32)的每一次冲击，记录在与砧座(36)刚刚碰撞之前锤(32)的速度/能量；

9.在第二示例性实施方式中，当锤(32)碰撞砧座(36)时，砧座(36)向下前进。锤传感器(50)将感测到锤(32)在锤组件(30)内的新位置低于零位置。锤(32)的当前位置与锤(32)的零位置之间的差值被记录为砧座(36)对于锤(32)的此次冲击的前进量(并且与锤(32)的速度/能量一起都是重要的信息)。作为锤(32)的新位置位于零位置下方的结果，向升降机组件(40)发送命令以将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置。锤组件(30)继续被升降机组件(40)降低，直到锤传感器(50)感测到锤(32)已经返回到其零位置，在该位置处，向升降机组件(40)发出停止命令。再次提供300毫秒的时间延迟来考虑液压溢流。锤(32)在锤组件(30)内的位置被锤传感器(50)感测并被记录为锤(32)的更新的零位置。锤(32)的零位置现在是动态的，并且基于来自系统(20)的反馈来调节更新的零位置。如果锤(32)的之前降落的实际降落高度大于30英寸，则锤(32)的零位置将被提高该差值的百分比。如果锤(32)的之前降落的实际降落高度小于30英寸，则零位置将被降低该差值的百分比。可以对用于调节锤(32)的零位置的该差值的百分比和其他参数进行进一步的优化；

10.在第二示例性实施方式中，重复上述过程，直到升降机传感器(52)感测到锤组件(30)相对于初始参考位置已经下降了18英寸。以6英寸的距离增量记录锤(32)在砧座(36)上的冲击，因此，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于0至5.9英寸之间时，冲击被计入“第一计数”；当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于6至11.9英寸之间时，冲击被计入“第二计数”；并且，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置在距离初始参考位置介于12至17.9英寸之间时，冲击被计入“第三计数”；以及

11.当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置从初始参考位置移动18英寸时，停止标准贯入试验。参考图9，在第二示例性实施方式中，所记录的数据可以存储在合适的存储介质(100)(诸如磁盘和/或服务器)上，并且如果需要，可以通过计算机网络(106)从远程位置(108)访问所记录的数据。

系统(20)和方法的第二示例性实施方式可以包括附加的特征。

底部冲程检测区

在第二示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来实现底部冲程检测区。

缺失的砧座(36)

在第二示例性实施方式中，砧座传感器(80)被省略，并且，参考锤(32)在锤组件(30)内的位置，使用锤传感器(50)来确定砧座(36)的位置。

因此，当锤(32)安装在锤组件(30)中时，锤(32)在锤组件(30)内的底部位置由锤传感器(50)感测并由系统(20)记录，从而使系统(20)能够确定何时锤(32)安置在锤外壳(60)内。因此，如果锤(32)曾经到达底部位置，则能够假定砧座(36)在试验期间是缺失的。为了确保在锤(32)被支撑在锤外壳(60)中之前检测底部位置，将0.2英寸的距离添加到底部位置，以便感测缺失的砧座(36)。

在第二示例性实施方式中，当确定砧座(36)在试验期间缺失时，试验暂停，如同碰到底部冲程检测区的情况，但是当操作者试图将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置以便继续进行试验时，系统(20)继续跟踪总体试验距离。如果当操作者试图将锤组件(30)重新定位在锤组件预备位置时总体试验距离达到18英寸，则认为完成了试验。

拒绝权条件

在第二示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来解决拒绝权条件。

软土检测

在第二示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来解决软土检测问题。

每锤击一次锤组件(30)重新定位一次

在第二示例性实施方式中，砧座传感器(80)被省略，并且，参考锤(32)在锤组件(30)内的位置，使用锤传感器(50)来确定砧座(36)的位置。

因此，一旦为了锤(32)的降落而建立了锤(32)的零位置并且为了准备锤(32)的降落而提升了锤(32)，则不会向升降机组件(40)发出命令来重新定位锤组件(30)，直至完成锤(32)的降落之后。因此，由于省略了砧座传感器(80)，所以在第二示例性实施方式中就排除了在已经开始提升锤(32)之后重新定位锤组件(30)的可能性。

中止的试验

在第二示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来解决中止的试验。

劈管反弹

在第二示例性实施方式中，如果锤传感器(50)足够灵敏并且能够足够快速地反应以检测反弹，那么将可以使用锤传感器(50)来进行劈管反弹检测。

如果锤传感器(50)不能被用于检测劈管反弹，那么可以通过与第一示例性实施方式中相同的方式，使用砧座传感器(80)独立于锤传感器(50)来感测砧座(36)的位置，由此处理劈管反弹。

第三示例性实施方式

用于执行标准贯入试验的方法的第三示例性实施方式利用与系统(20)的第二示例性实施方式相同的物理部件，但是排除了在系统(20)中使用时间延迟。因此，系统(20)的第二示例性实施方式可适于执行用于执行标准贯入试验的方法的第三示例性实施方式。

液压系统的行为可以因钻井系统的不同而显著地变化。在第三示例性实施方式中，已经建立事件以控制系统(20)的功能的次序，而不管变化的液压系统的行为。在第三示例性实施方式中，基于锤(32)在锤组件(30)内的位置，使用了9个事件。在其它实施方式中，可以使用少于或者多于9个的事件。在第三示例性实施方式中，事件使用10个比例-积分-微分(PID)控制回路以控制锤(32)的运动，以便滤除系统(20)中的任何振动。在其它实施方式中，可以使用少于或者多于10个的控制回路和/或其它类型的反馈控制。在第三示例性实施方式中，事件定义如下：

事件1：当锤(32)低于零位置并且没有移动或者向上移动时，第一事件发生；

事件2：当锤(32)进入零位置的0.5英寸范围内时，第二事件发生。围绕零位置建立1英寸的“零窗口”，以滤除液压系统的溢流；

事件3：当锤(32)在零窗口内安定下来且被确定不移动时，第三事件发生；

事件4：当锤(32)移动到零窗口上方并向上移动时，第四事件发生；

事件5：当锤(32)向下移动且位于零位置上方时，第五事件发生；

事件6：当锤(32)向下移动且位于零位置下方时，第六事件发生；

事件7：以下情况下第七事件发生：在硬质土壤条件下或者由于其他一些原因，锤(32)在与砧座(36)碰撞时发生反弹，使得系统(20)能够等待锤(32)在移动到下一事件之前稳定下来；

事件8：当第三事件转变为第六事件时，第八事件发生。在之前已经确定锤(32)已经在零窗口中稳定下来之后标记锤(32)何时下沉到软土中，这是错误事件；以及

事件9：当第二事件转变为第四事件时，第九事件发生。标记锤(32)没有停止在零窗口内，是错误事件。

第三示例性实施方式的目的是：给第二示例性实施方式的功能提供附加的益处，所述附加的益处提供当安装在不同类型的钻孔装备上时更加稳定的并且可重复的系统。

参考图5至图9，系统(20)的第二示例性实施方式可以如下操作，以提供用于执行标准贯入试验的方法的第三示例性实施方式：

1.为标准贯入试验做准备，锤(32)安置在其在锤壳体(60)内的底部位置。在第三示例性实施方式的一些配置中，锤传感器(50)可以感测锤(32)是否处于其底部位置，以及如果锤(32)不处于底部位置，则系统(20)将通知操作者并且将不允许试验开始。当锤(32)首次安装在锤外壳(60)内时，系统(20)使用“设定底部位置”功能来感测并记录锤(32)在锤组件(30)内的底部位置。尽管锤(32)的底部位置由系统(20)存储并且对于该锤(32)永远不应当改变，但是，如果需要，系统(20)(通过管理屏幕)允许重新设定底部位置；

2.将砧座(36)(其可以但是不是必须具有凹部(120))插入到具有安置在其上的锤(32)的锤外壳(30)内。在第三示例性实施方式中，当砧座(36)向上推动锤(32)时，系统(20)跟踪锤(32)的位置。为了开始或者继续试验，锤(32)必须位于其底部位置的上方。该特征防止在砧座(36)没有容纳在锤组件(30)内的情况下不慎启动系统(20)。最初，在默认情况下，锤(32)的零位置被认为是在锤(32)的底部位置上方6.0英寸。该距离目前基于锤组件(30)的物理尺寸并且可以对其进行进一步的优化。为了开始试验，锤(32)必须位于锤(32)的底部位置和锤(32)的默认零位置之间。这允许系统(20)通过借助升降机组件(40)将锤(32)降低到位而控制锤(32)的起始位置。如果锤(32)位于底部位置和默认零位置之间，则锤组件(30)被认为处于锤组件预备位置；

3.在第三示例性实施方式中，如果锤传感器(50)感测到锤(32)位于锤外壳(60)内在其底部位置上方(由此指示砧座(36)容纳在锤组件(30)内)，则操作者将能够按动启动按钮以开始试验。系统(20)处于事件1中，向升降机组件(40)发送命令以向下移动锤组件(30)，从而朝向零窗口升高锤(32)。系统(20)使用从锤(32)的位置到默认零位置的距离来调节与升降机组件(40)的运动相关的PID控制(当锤(32)接近默认零位置时，升降机组件(40)减速)。当锤(32)进入零窗口时，事件2发生，向升降机组件(40)发送停止命令；

4.在第三示例性实施方式中，锤(32)稳定在零窗口内的位置，导致事件3发生。由升降机传感器(52)感测到的位置被记录为锤组件(30)相对于升降机组件(40)的初始参考位置。锤(32)的这一位置是锤(32)的零位置。与锤(32)的提升相关的PID控制器将零位置与默认零位置的差值考虑到锤速度控制算法中。链条传动马达被命令开始转动链条驱动器，这使得提升杆(62)与锤(32)接合并且提升锤(32)；

5.在第三示例性实施方式中，当锤(32)在零窗口上方移动时，锤(32)导致事件4发生。链条传动马达以其最大速度被驱动以提供初始锤提升速度。当锤(32)被提升时，由锤传感器(50)跟踪锤(32)在锤组件(30)内的位置。在第三示例性实施方式中，借助PID控制器，链条传动马达的速度和锤提升速度开始减小。重要的是，为了使锤提升速度的PID控制是可靠的，驱动链条传动马达的液压系统的阀门产生恒定的流量。由于依赖于液压流量，在第三示例性实施方式中，监控钻机发动机(未示出)的RPM。如果可能的话，自动地控制RPM，如果不能，则使用警报来迫使操作者将发动机RPM设定为在系统(20)安装期间确定的期望速率。在其它实施方式中，可以采取其它步骤以确保足够和恒定流量的液压流体被提供给系统(20)的部件，诸如链条传动马达；

6.在第三示例性实施方式中，锤(32)的提升的PID控制减小了锤(32)的惯性，使得当提升杆(62)在最大提升高度处脱离锤(32)时，锤(32)被向上“甩出”约0.75英寸至锤(32)的降落位置。锤传感器(50)感测锤(32)降落之前的降落位置，并且从降落位置感测在锤(32)的方向上的反转并将该情况作为提升事件进行计数。降落位置和零位置之间的差值代表实际降落高度，并且将该差值记录为锤(32)降落到砧座(36)上的实际降落高度。将实际降落高度与ASTM标准(D1586-11)的29-31英寸的范围进行比较。如果实际降落高度落在标准范围内，则该降落被记录为合格的降落。如果实际降落高度落在标准范围之外，则该降落被记录为失败的降落；

7.在第三示例性实施方式中，锤(32)从降落高度向下的移动导致事件5发生。当锤(32)落下时，链条传动马达返回其最大速度；

8.在第三示例性实施方式中，当锤(32)落下时，锤传感器(50)每5毫秒跟踪锤(32)的速度。能够从刚刚碰撞之前锤(32)的速度来确定在与砧座(36)碰撞点处锤(32)的动能。理论上，对于30英寸的锤(32)的降落，锤(32)在碰撞时能够达到152英寸/秒(3.87米/秒)的最大速度。在第三示例性实施方式中，锤传感器(50)的分辨率是5毫秒(但是可以对其进行进一步的优化)，因此在与砧座(36)碰撞时锤(32)的速度可能超出11.8焦耳或者2.5％。由于ASTM所需的降落高度在29至31英寸的范围内，这提供了31.65焦耳的理论能量差，因此具有5毫秒分辨率的锤传感器(50)将适合用作速度/能量传感器。对锤(32)的每一次冲击，记录在与砧座(36)刚刚碰撞之前锤(32)的速度/能量；

9.在第三示例性实施方式中，当锤(32)碰撞砧座(36)时，由锤传感器(50)感测锤(32)的位置以确定砧座(36)的前进量。当锤(32)向下移动到零位置以下时，事件6发生。当锤(32)被感测到已经停止移动时，事件1再次发生，并且砧座(36)的前进量由锤(32)的当前位置和开始提升时锤(32)的零位置之间的差值确定。在链条传动马达和升降机组件(40)的PID控制器中使用砧座(36)的前进量，从而在提升杆(62)返回以拾取锤(32)用于下一次提升之前，允许升降机组件(40)将锤组件(30)重新定位回到锤(32)的零位置。如果砧座(36)的前进量非常小，则链条传动马达将不会减慢速度，但是，如果砧座(36)的前进量非常大，则链条传动马达将会明显减速；

10.在第三示例性实施方式中，如果锤(32)由于硬质土壤条件或者由于其它一些原因而在碰撞时反弹，则事件7发生，告知系统(20)寻求事件3再次发生，而不是首先经过事件6、1和2。如果锤(32)在零窗口下方稳定下来，则事件1将发生并且程序以正常方式开始。如果事件4发生，这意味着在锤(32)被提升杆(62)拾取用于下一次降落之前锤(32)不能稳定下来以找到新的零位置，则命令链条驱动器停止，升降机组件(40)将锤(32)重新定位回到零位置，并且程序以正常方式开始。如果事件3发生，这意味着砧座(36)的前进量太小而无法导致升降机组件(40)将锤(32)重新定位，则在锤(32)的稳定位置记录新的零位置。由于试验深度是基于升降机组件(40)的位置，因此该新的零位置被紧密地监控，并且如果升降机组件(40)不移动，则试验深度将不会更新。在这种情况下，砧座(36)的前进量被用来更新试验深度，以确定下一次降落是否要被计入下一个计数箱(count bin)中或者是保留在前一计数箱中；

11.在第三示例性实施方式中，当系统(20)正常地从事件6转换为事件1时，升降机组件(40)重新定位锤组件(30)以移动锤(32)的位置回到零位置。当锤(32)的位置进入零窗口时，事件2再次发生，命令升降机组件(40)停止。当锤(32)的位置在零窗口内安定下来时，事件3再次发生，记录锤(32)的位置为新的零位置并且通过升降机组件(40)的位置变化更新试验深度；

12.在第三示例性实施方式中，通过触发锤组件控制操纵杆或者通过按压显示器上的“暂停”按钮能够使系统(20)以暂停。为了保持试验数据的完整性，系统(20)将继续操作，直到其到达安全位置以暂停，诸如但不一定限于锤(32)已经降落之后。当锤(32)被提升时，系统(20)不会暂停，这是因为锤(32)将落在砧座(36)上并且损害试验数据。如果发生紧急情况，则系统(20)连接到钻孔设备电子系统(未示出)上并且用于钻孔设备(未示出)的紧急停止按钮(未示出)也会突然使系统(20)停止，这也会导致试验数据受损；

13.在第三示例性实施方式中，如果事件9发生，则升降机组件(40)将会将锤组件(30)重新定位到锤(32)的零位置。该错误事件防止因系统(20)的机械故障导致的升降机组件(40)继续向下推动砧座(36)；

14.在第三示例性实施方式中，重复上述过程，直到升降机传感器(52)感测到锤组件(30)相对于初始参考位置已经下降了18英寸。PID控制器使用来自所记录的降落高度和更新的零位置的位置的反馈来调节和保持恒定的30英寸降落，以满足ASTM标准并使试验速度达到最大。在第三示例性实施方式中，以1英寸的距离增量记录锤(32)在砧座(36)上的冲击，因此，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置为距离初始参考位置介于0至0.9英寸之间时，将冲击次数计入“计数1”，当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置为距离初始参考位置介于1至1.9英寸之间时，将冲击次数计入“计数2”，等等，直到当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置为距离初始参考位置介于17至17.9英寸之间时，将冲击次数计入“计数18”。在其它实施方式中，可以使用更小或者更大的增量。所述ASTM标准需要将冲击计数分成6英寸的增量，因此，1至6英寸记录为“第一计数”，7至12英寸记录为“第二计数”，并且13至18英寸记录为“第三计数”；以及

15.当锤组件(30)相对于升降机组件(40)的位置从初始参考位置已经移动18英寸时，停止标准贯入试验。参考图9，在第三示例性实施方式中，所记录的数据可以存储在合适的存储介质(100)(诸如磁盘和/或服务器)上，并且如果需要，可以通过计算机网络(106)从远程位置(108)访问所记录的数据。

系统(20)和方法的第三示例性实施方式可以包括附加的特征。

底部冲程检测区

在第三示例性实施方式中，在系统(20)安装期间确定升降机组件(40)的底部冲程。在升降机组件(40)一直向下下降的情况下，由升降机传感器(52)感测到的位置在安装过程中由系统(20)存储。在底部冲程位置增加0.2英寸，以确保检测。这允许系统(20)的更有效的设计，用于所制造的零件，以及配置不同的钻孔设备系统。在标准贯入试验期间，如果底部冲程检测区被检测到并且操作者决定增加杆延伸部(未示出)以继续进行试验，则在继续进行试验时，试验深度跟踪将0.2英寸考虑在内。

在第三示例性实施方式中，当检测到底部冲程检测区时，系统(20)快速检查以查看由最后的冲击产生的砧座的前进量是否使试验完成。如果是，则确定试验完成，而不需要增加杆延伸部以找出相同的信息。如果试验仍未完成，则系统(20)给操作者提供以下选项：在所显示的试验深度处增加杆延伸部或者中止试验。

缺失的砧座(36)

在第三示例性实施方式中，以与第二示例性实施方式中相同的方式来解决缺失的砧座条件，但是增加了解决以下情况的步骤：在校正缺失的砧座(36)的过程中检测底部冲程检测区。如果在操作者将锤组件(30)移回到砧座(36)上方以继续进行试验时确定砧座(36)仍然缺失并且遇到底部冲程检测区，则试验暂停，并且没有继续进行的选项。在这种情况下，系统(20)不能继续工作，因为它已经失去了锤(32)的位置和升降机组件(40)的位置之间的相关性。系统(20)允许操作者在所显示的试验深度中止试验，或者在确认操作者已经基于系统(20)外部的参数(诸如但不限于杆上的粉笔标记)做出决定的情况下撤销试验以将其设定为完成。

拒绝权条件

在第三示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来解决拒绝权条件。

软土检测

在第三示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式解决软土检测问题，除了用事件代替所有的时间延迟之外，并且增加了提供用于启动软土中的试验的步骤。该系统将允许操作者确认锤(32)与砧座(36)接触，并且将允许在无需将锤组件(32)定位在锤组件预备位置的情况下开始标准贯入试验。该步骤允许在非常软的土壤中进行标准贯入试验，而不会失去试验的完整性。如先前所述那样解决砧座(36)的任何下沉，并且第三示例性实施方式对于底部冲程检测和缺失的砧座(36)情形改进了条件。

在第三示例性实施方式中，事件8跟踪在锤(32)的零位置设定之后但是在提升杆(62)能够拾取锤(32)之前砧座(36)何时下沉。如果砧座(36)下沉，则用于降落的降落高度将是不准确的，并且提升杆(62)可能碰到锤(32)的将其结合在锤组件(30)中的侧面。该错误事件允许升降机组件(40)重新定位锤组件(30)返回到锤(32)的零位置，而不会损害试验数据的完整性。

每锤击一次，锤组件(30)重新定位一次

在第三示例性实施方式中，以与第二示例性实施方式中相同的方式解决锤(32)每锤击一次锤组件(30)重新定位一次的限制。

中止的试验

在第三示例性实施方式中，以与第一示例性实施方式中相同的方式来解决中止的试验。

劈管反弹

在第三示例性实施方式中，锤传感器(50)能够检测锤(32)的反弹和砧座(36)的前进。使用这些参数，能够解释劈管反弹的确定。

在本文中，词语“包括”以其非限制性含义被使用，以表示包括该词语后面的物品，但是不排除未具体提及的物品。通过不定冠词“一”提到某元素时，不排除存在多于一个该元素的可能性，除非上下文明确要求具有并且仅具有一个该元素。

Claims (47)

1.一种用于执行标准贯入试验的系统，包括：

(a)锤组件，其包括锤和用于提升所述锤的锤提升设备；

(b)升降机组件，用于升高和降低所述锤组件；

(c)锤传感器，用于感测所述锤在所述锤组件内的位置；以及

(d)升降机传感器，用于感测所述锤组件相对于所述升降机组件的位置。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述升降机组件包括用于将所述升降机组件与所述锤组件连接在一起的支架，其中，所述支架可沿着所述升降机组件垂直地往复运动，并且，所述支架与所述锤组件连接在一起。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述升降机组件包括用于使所述支架沿着所述升降机组件垂直地往复运动的升降机驱动器。

4.如权利要求2所述的系统，其中，所述升降机驱动器包括升降机气缸和可往复地容纳在所述升降机气缸内的升降机活塞。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述升降机传感器与所述升降机气缸及升降机活塞相关联，使得感测所述锤组件相对于所述升降机组件的位置包括感测所述升降机活塞相对于所述升降机气缸的位置。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述升降机传感器包括线性位移传感器。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤提升设备与所述锤接合以提升所述锤，并且与所述锤脱离以允许所述锤降落。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述锤提升设备包括链条驱动器，其中，所述链条驱动器包括用于与所述锤接合以提升所述锤的提升杆。

9.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤组件包括用于容纳所述锤的锤外壳。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述锤传感器与所述锤外壳及锤相关联，使得感测所述锤在所述锤组件内的位置包括感测所述锤相对于所述锤外壳的位置。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述锤传感器包括线性位移传感器。

12.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤组件包括提升计数器，其中，所述锤的提升是提升事件，并且，所述提升计数器对提升事件进行计数。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述提升计数器包括接近传感器。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述锤提升设备包括链条驱动器，所述链条驱动器包括用于与所述锤接合以便提升所述锤的提升杆，并且，所述提升计数器感测所述提升杆以便对提升事件进行计数。

15.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤组件构造成使所述锤降落到砧座上，并且，所述锤组件包括用于感测所述砧座相对于所述锤组件的位置的砧座位置传感器。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述砧座位置传感器包括一个或者多个接近传感器。

17.如权利要求16所述的系统，其中，所述砧座位置传感器包括第一接近传感器，用于提供所述砧座是否相对于所述锤组件处于期望位置的指示。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述砧座限定凹部，并且，当所述第一接近传感器感测到所述凹部时，所述砧座相对于所述锤组件定位在期望位置。

19.如权利要求17所述的系统，其中，所述砧座位置包括第二接近传感器，用于提供所述砧座是否容纳在所述锤组件内的指示。

20.如权利要求19所述的系统，其中，当所述第二接近传感器感测到所述砧座时，所述砧座容纳在所述锤组件内。

21.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤组件构造成使所述锤降落到砧座上，并且，所述锤组件包括速度传感器，用于当所述锤接触所述砧座时感测所述锤的砧座接触速度。

22.如权利要求1所述的系统，其中，所述锤组件构造成使所述锤降落到砧座上，并且，所述锤组件包括能量传感器，用于感测当所述锤接触所述砧座时从所述锤传递到所述砧座的砧座接触能量。

23.如权利要求1所述的系统，进一步包括存储介质，用于存储与标准贯入试验相关的数据。

24.如权利要求23所述的系统，进一步包括与所述存储介质相连的计算机网络，用于实现对所存储的数据的远程访问。

25.一种用于执行标准贯入试验的方法，包括：

(a)提供：

(i)锤组件，其包括锤和用于提升所述锤的锤提升设备；

(ii)升降机组件，用于升高和降低所述锤组件；

(iii)锤传感器，用于感测所述锤在所述锤组件内的位置；以及

(iv)升降机传感器，用于感测所述锤组件相对于所述升降机组件的位置；

(b)将所述锤组件定位在锤组件预备位置，其中，砧座相对于所述锤组件定位在期望位置处，并且，所述锤安置在所述砧座上；

(c)当所述锤组件位于所述锤组件预备位置时，用所述升降机传感器感测所述锤组件相对于所述升降机组件的参考位置；

(d)当所述锤组件位于所述锤组件预备位置时，用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的零位置；

(e)用所述锤提升设备将所述锤从锤的零位置提升到锤的降落位置；

(f)用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的降落位置；以及

(g)使所述锤从所述降落位置降落到所述砧座上。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包括从所述锤的降落位置和所述锤的零位置确定所述锤的实际降落高度。

27.如权利要求26所述的方法，进一步包括将所述锤的实际降落高度与所述标准贯入试验所需的降落高度进行比较，并且，进一步包括将所述实际降落高度识别为与所需的降落高度相符或者不相符。

28.如权利要求25所述的方法，其中，将所述锤从所述锤的零位置提升到所述锤的降落位置包括：将所述锤提升设备与所述锤在零位置接合，使所述锤提升设备与所述锤在最大提升高度处脱离，以及，允许惯性以将所述锤从最大提升高度提升到所述降落位置。

29.如权利要求28所述的方法，其中，由所述锤提升设备以锤提升速度提升所述锤，并且，将所述锤从所述锤的零位置提升至所述锤的降落位置包括：在所述锤到达最大提升高度之前降低所述锤提升速度，以便减小所述锤的惯性。

30.如权利要求29所述的方法，其中，在所述锤在锤组件内的斜降位置和所述最大提升高度之间渐进式地降低所述锤提升速度。

31.如权利要求25所述的方法，进一步包括确定所述砧座是否相对于所述锤组件定位在期望位置。

32.如权利要求31所述的方法，其中，所述锤在所述锤组件内具有底部位置，其中，所述底部位置低于所述零位置，并且，确定所述砧座是否相对于所述锤组件定位在所述期望位置包括：使用所述锤传感器感测所述锤相对于所述底部位置的位置。

33.如权利要求31所述的方法，其中，确定所述砧座是否相对于所述锤组件定位在所述期望位置包括：使用砧座位置传感器感测所述砧座相对于所述锤组件的位置。

34.如权利要求33所述的方法，其中，所述砧座限定凹部，并且，当所述砧座位置传感器感测到所述凹部时，所述砧座相对于所述锤组件定位在所述期望位置。

35.如权利要求33所述的方法，其中，当所述砧座位置传感器感测到所述砧座时，所述砧座容纳在所述锤组件内。

36.如权利要求25所述的方法，进一步包括对作为提升事件的锤的提升进行计数。

37.如权利要求36所述的方法，其中，对所述锤的提升进行计数包括感测所述锤在所述锤组件内的位置。

38.如权利要求36所述的方法，其中，对所述锤的提升进行计数包括感测所述锤提升设备的位置。

39.如权利要求25所述的方法，其中，在所述锤降落后所述锤以砧座接触速度接触所述砧座，所述方法进一步包括感测所述砧座接触速度。

40.如权利要求25所述的方法，其中，在所述锤降落后所述锤将砧座接触能量传递给所述砧座，所述方法进一步包括感测所述砧座接触能量。

41.如权利要求25所述的方法，进一步包括：

(h)在使所述锤降落到所述砧座上之后，将所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置；

(i)当所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置时，用所述升降机传感器感测所述锤组件相对于所述升降机组件的更新的参考位置；

(j)当所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置时，用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件中的零位置；

(k)用所述锤提升设备将所述锤从所述锤的零位置提升到所述锤的降落位置；

(l)用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的降落位置；

(m)使所述锤从所述降落位置降落到所述砧座上；以及

(n)重复(h)至(m)，直至标准贯入试验完成。

42.如权利要求41所述的方法，进一步包括将与标准贯入试验相关的数据存储在存储介质上。

43.如权利要求42所述的方法，进一步包括从远程位置访问所存储的数据。

44.如权利要求27所述的方法，进一步包括：

(h)在使所述锤降落到所述砧座上之后，将所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置；

(i)当所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置时，用所述升降机传感器感测所述锤组件相对于所述升降机组件的更新的参考位置；

(j)当所述锤组件重新定位在所述锤组件预备位置时，用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件中的零位置；

(k)用所述锤提升设备以锤提升速度将所述锤从所述锤的零位置提升到所述锤的降落位置，其中，考虑所述锤的之前降落的实际降落高度来选择所述锤提升速度；

(l)用所述锤传感器感测所述锤在所述锤组件内的降落位置；以及

(m)使所述锤从所述降落位置降落到所述砧座上。

45.如权利要求44所述的方法，其中，将所述锤从所述锤的零位置提升到所述锤的降落位置包括：使所述锤提升设备与所述锤在所述零位置接合，使所述锤提升设备在最大提升高度处与所述锤脱离，以及，允许惯性以将所述锤从所述最大提升高度提升到所述降落位置。

46.如权利要求45所述的方法，其中，将所述锤从所述锤的零位置提升到所述锤的降落位置包括：在所述锤到达所述最大提升高度之前，降低所述锤提升速度，以便减小所述锤的惯性。

47.如权利要求46所述的方法，其中，在所述锤在所述锤组件内的斜降位置和所述最大提升高度之间渐进式地降低所述锤提升速度。