CN109556945A - 一种弯曲元波速自动测试系统 - Google Patents

一种弯曲元波速自动测试系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109556945A
CN109556945A CN201811290348.3A CN201811290348A CN109556945A CN 109556945 A CN109556945 A CN 109556945A CN 201811290348 A CN201811290348 A CN 201811290348A CN 109556945 A CN109556945 A CN 109556945A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
velocity
flexure element
soil sample
connect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811290348.3A
Other languages
English (en)
Inventor
高彦斌
王浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201811290348.3A priority Critical patent/CN109556945A/zh
Publication of CN109556945A publication Critical patent/CN109556945A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658—Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/011—Velocity or travel time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids

Abstract

本发明涉及一种弯曲元波速自动测试系统，包括：试验系统，用于装夹土样并对土样进行试验；发射端传感器和接收端传感器，均为弯曲元传感器，分别与土样两端连接；信号发生器，输出端与发射端传感器连接；数据采集模块，输入端与接收端传感器连接；上位机，分别与信号发生器的输入端、数据采集模块和输出端和试验系统的输出端连接，用于接收传感器采集的数据和土样变形数据，并计算得到波速。与现有技术相比，本发明通过计算机软件和测试硬件的结合，实现了自动计算波速的功能，大大提高了弯曲元波速测试的效率，降低了人工劳动的强度，且可以提高测试的精度。

Description

一种弯曲元波速自动测试系统
技术领域
本发明涉及土工试验领域，尤其是涉及一种弯曲元波速自动测试系统。
背景技术
土的剪切波波速(vp)和压缩波波速(vs)测试具有重要的意义如下：(1)可以推算土样的弹性模量E0和剪切模量G0，即土样在小应变情况下的模量，该参数可作为动力分析的参数，也可作为小应变弹塑性本构模型的参数。(2)作为一种无损测试方法，通过弹性参数的变化来间接表征土体内部结构的变化，是电镜扫描等图像法的必要补充。弯曲元波速测试是室内测得土样波速的最为普遍的方法。弯曲元传感器是采用粘贴在一起的两片压电陶瓷片制作而成的传感器，可以作为压缩波和剪切波的发射和接收的传感器。
弯曲元波速测试是在土样两端安装一对弯曲单元(Bender Element)传感器，一个发射剪切波(或压缩波)，另外一个接收剪切波(或压缩波)，通过应力波在土样中的传播时间来得到土样在各种试验状态下的波速。弯曲元波速测试可在配置于压缩试验系统、三轴试验系统等土工试验系统中使用，测得土样在试验过程中不同受荷状态以及环境状态下的波速。虽然国内弯曲元波速测试技术引入的较晚，但近十年来国内弯曲单元波速测试在土工试验方面的应用有了很大的进展，大量的应用于压缩试验和三轴试验中。国内采用的弯曲元波速测试系统大多从国外购买，价格比较昂贵，升级不方便。另外，虽然近些年来弯曲元波速量测系统的设备逐渐简化，压电传感器等部件得到了很大的改进，但数据采集和分析上仍采用人工手段。人工测试和分析数据的方法有诸多不便，例如不方便在夜间进行连续测量；另外由于人工测量的数据处理过程长，不能满足在某些情况下需要快速连续测量波速的需要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种弯曲元波速自动测试系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种弯曲元波速自动测试系统，包括：
试验系统，用于装夹土样并对土样进行试验；
发射端传感器和接收端传感器，均为弯曲元传感器，分别与土样两端连接；
信号发生器，输出端与发射端传感器连接；
数据采集模块，输入端与接收端传感器连接；
上位机，分别与信号发生器的输入端、数据采集模块和输出端和试验系统的输出端连接，用于接收传感器采集的数据和土样变形数据，并计算得到波速。
所述的数据采集模块包括依次连接的电压放大器和数据采集卡，所述电压放大器的输入端与接收端传感器连接，所述数据采集卡的输出端与上位机连接。
所述试验系统为三轴试验系统。
所述上位机为计算机。
所述弯曲元传感器包括：
底座；
压电陶瓷片，设于底座中，一端与土样连接，另一端通过导线与数据采集模块连接。
所述上位机包括计算机程序，该计算机程序由处理器执行时实现以下步骤：
步骤S1：接收输入的土样信息和初始测试参数、测试的时间间隔；
步骤S2：在试验系统给土样施加荷载后，获取由试验系统输出的土样变形数据，并基于土样变形数据得到土样的实时长度；
步骤S3：控制信号发生器产生指定频率的正弦波形电压信号传送至发射端传感器；
步骤S4：接收由数据采集模块转发的弹性波信号，并判断波形质量，若波形质量符合要求，则执行步骤S6，反之，则执行步骤S5；
步骤S5：修正测试参数并返回步骤S3；
步骤S6：基于得到的波形计算波速。
所述步骤S6具体包括：
步骤S61：提取波形的相邻的两个波峰的时刻；
步骤S62：基于得到的相邻的两个波峰的时刻计算得到波速。
所述波速的表达式为：
其中：v(t)为t1至t2时间段内的平均彼速，L(t)为t1至t2时刻的传导的距离，t2为后一个波峰的时刻，t1为前一个波峰的时刻。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过计算机软件和测试硬件的结合，实现了自动计算波速的功能，大大提高了弯曲元波速测试的效率，降低了人工劳动的强度，且可以提高测试的精度。
2)通过计算机软件和测试硬件的结合，实现了弯曲元波速连续自动测试功能。使得土工试验过程中的波速的快速连续测试成为可能，如固结过程中或动力荷载下波速的快速连续测试。
附图说明
图1本发明的系统示意图；
图2是弯曲元传感器示意图；
图3是自动化测试原理图；
其中：1、数据采集卡；2、信号发生器；3、电压放大器；4、土样；5、发射端传感器；6、接收端传感器；7、三轴试验、压缩试验中的土样变形测量系统；8、压电陶瓷片；9、底座；10、绝缘胶；11、螺栓；12、导线；13、自动计算波速算法；14、自动控制信号质量算法，B、采集箱；C、试验系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种弯曲元波速自动测试系统，如图1所示，包括：
试验系统，为三轴试验系统或其他试验系统，用于装夹土样4并对土样4进行试验；
发射端传感器5和接收端传感器6，均为弯曲元传感器，分别与土样4两端连接；
信号发生器2，输出端与发射端传感器5连接；
数据采集模块，输入端与接收端传感器6连接；
上位机13，分别与信号发生器2的输入端、数据采集模块和输出端和试验系统的输出端连接，用于接收传感器采集的数据和土样4变形数据，并计算得到波速。
数据采集模块包括依次连接的电压放大器3和数据采集卡1，电压放大器3的输入端与接收端传感器6连接，数据采集卡1的输出端与上位机13连接。
如图2所示，弯曲元传感器包括：底座9；压电陶瓷片8，设于底座9中，一端与土样4连接，另一端通过导线12与数据采集模块连接。
上位机13为计算机，包括计算机程序，如图3所思，该计算机程序由处理器执行时实现以下步骤：
步骤S1：接收输入的土样信息和初始测试参数、测试的时间间隔；
步骤S2：在试验系统给土样4施加荷载后，获取由试验系统输出的土样变形数据，并基于土样变形数据得到土样的实时长度；
步骤S3：控制信号发生器2产生指定频率的正弦波形电压信号传送至发射端传感器5；
该信号传至安装在土样的发射传感器5，在土中产生弹性波(压缩波或剪切波)，土样另一端安装的接收传感器6接收到信号后，通过电压放大器3将信号放大，然后通过数据采集卡1转化为数字信号，在由计算机软件将信号显示出来。
步骤S4：接收由数据采集模块转发的弹性波信号，并判断波形质量，若波形质量符合要求，则执行步骤S6，反之，则执行步骤S5；
步骤S5：修正测试参数并返回步骤S3；
步骤S6：基于得到的波形计算波速，具体包括：
步骤S61：提取波形的相邻的两个波峰的时刻；
步骤S62：基于得到的相邻的两个波峰的时刻计算得到波速。
其中，波速的表达式为：
其中：v(t)为t1至t2时间段内的平均彼速，L(t)为t1至t2时刻的传导的距离，t2为后一个波峰的时刻，t1为前一个波峰的时刻。
测试参数包括信号的频率和电压、信号放大倍数；
土样信息包括土样类型、初始孔隙比和初始高度；
本申请的软件程序界面部分包含波形显示区、波速显示区和测试结果显示区，这些数据都在界面上限时，可以更加直观，提高测试的友好度和效率。

Claims (8)

1.一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，包括：
试验系统，用于装夹土样(4)并对土样(4)进行试验；
发射端传感器(5)和接收端传感器(6)，均为弯曲元传感器，分别与土样(4)两端连接；
信号发生器(2)，输出端与发射端传感器(5)连接；
数据采集模块，输入端与接收端传感器(6)连接；
上位机(13)，分别与信号发生器(2)的输入端、数据采集模块和输出端和试验系统的输出端连接，用于接收传感器采集的数据和土样(4)变形数据，并计算得到波速。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述的数据采集模块包括依次连接的电压放大器(3)和数据采集卡(1)，所述电压放大器(3)的输入端与接收端传感器(6)连接，所述数据采集卡(1)的输出端与上位机(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述试验系统为三轴试验系统。
4.根据权利要求1所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述上位机(13)为计算机。
5.根据权利要求1所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述弯曲元传感器包括：
底座(9)；
压电陶瓷片(8)，设于底座(9)中，一端与土样(4)连接，另一端通过导线(12)与数据采集模块连接。
6.根据权利要求1所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述上位机(13)包括计算机程序，该计算机程序由处理器执行时实现以下步骤：
步骤S1：接收输入的土样信息和初始测试参数、测试的时间间隔；
步骤S2：在试验系统给土样(4)施加荷载后，获取由试验系统输出的土样变形数据，并基于土样变形数据得到土样的实时长度；
步骤S3：控制信号发生器(2)产生指定频率的正弦波形电压信号传送至发射端传感器(5)；
步骤S4：接收由数据采集模块转发的弹性波信号，并判断波形质量，若波形质量符合要求，则执行步骤S6，反之，则执行步骤S5；
步骤S5：修正测试参数并返回步骤S3；
步骤S6：基于得到的波形计算波速。
7.根据权利要求6所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述步骤S6具体包括：
步骤S61：提取波形的相邻的两个波峰的时刻；
步骤S62：基于得到的相邻的两个波峰的时刻计算得到波速。
8.根据权利要求7所述的一种弯曲元波速自动测试系统，其特征在于，所述波速的表达式为：
其中：v(t)为t1至t2时间段内的平均彼速，L(t)为t1至t2时刻的传导的距离，t2为后一个波峰的时刻，t1为前一个波峰的时刻。
CN201811290348.3A 2018-10-31 2018-10-31 一种弯曲元波速自动测试系统 Pending CN109556945A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811290348.3A CN109556945A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种弯曲元波速自动测试系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811290348.3A CN109556945A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种弯曲元波速自动测试系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109556945A true CN109556945A (zh) 2019-04-02

Family

ID=65865737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811290348.3A Pending CN109556945A (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种弯曲元波速自动测试系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109556945A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2602355Y (zh) * 2002-11-12 2004-02-04 浙江大学 三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置
CN101013108A (zh) * 2007-02-02 2007-08-08 清华大学 弯曲单元量测系统
CN101413823A (zh) * 2008-05-12 2009-04-22 浙江大学 便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置
CN102053253A (zh) * 2009-10-30 2011-05-11 中国石油化工股份有限公司 一种岩石样品检测及数据采集系统及其方法和应用
CN102879468A (zh) * 2012-09-18 2013-01-16 东北大学 用于评估岩石损伤的双弯曲元超声波传感试验装置及方法
CN105738479A (zh) * 2016-02-22 2016-07-06 浙江大学 弯曲元测试岩土工程材料小应变粘弹性参数的方法及装置
CN205749154U (zh) * 2016-07-14 2016-11-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种带有弯曲元和精密体变量测的温控式三轴仪

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2602355Y (zh) * 2002-11-12 2004-02-04 浙江大学 三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置
CN101013108A (zh) * 2007-02-02 2007-08-08 清华大学 弯曲单元量测系统
CN101413823A (zh) * 2008-05-12 2009-04-22 浙江大学 便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置
CN102053253A (zh) * 2009-10-30 2011-05-11 中国石油化工股份有限公司 一种岩石样品检测及数据采集系统及其方法和应用
CN102879468A (zh) * 2012-09-18 2013-01-16 东北大学 用于评估岩石损伤的双弯曲元超声波传感试验装置及方法
CN105738479A (zh) * 2016-02-22 2016-07-06 浙江大学 弯曲元测试岩土工程材料小应变粘弹性参数的方法及装置
CN205749154U (zh) * 2016-07-14 2016-11-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种带有弯曲元和精密体变量测的温控式三轴仪

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张泉芳 等: "一种压电陶瓷弯曲元剪切波速测试装置的开发", 《实验技术与管理》 *
李剑 等: "一种新型非饱和土温控三轴试验系统的研制与初步应用", 《岩土工程学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100483144C (zh) 基于光放大器的绝缘子远程表面电晕检测方法及系统
CN102141542B (zh) 基于无线传感器网络的混凝土坝弹性波ct测试系统及方法
CN103575493A (zh) 一种振动试验夹具鉴定装置及鉴定方法
CN102288495B (zh) 竹/木结构房屋顶梁柱系统动刚度的测试方法
CN104155044A (zh) 一种基于移动终端的斜拉桥索力测量装置及方法
CN111521681A (zh) 基于压电陶瓷剪切波能量损失的混凝土内部损伤评估方法
CN105351322B (zh) 一种螺栓超声检测用试块、螺栓超声检测方法及装置
CN109556945A (zh) 一种弯曲元波速自动测试系统
CN107389796A (zh) 一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价系统及方法
CN105865688A (zh) 螺杆检测用张拉仪及其应用
CN112924016A (zh) 一种悬臂梁固有频率测量系统及方法
CN106645399A (zh) 一种复合材料损伤检测评估方法和系统
CN207227503U (zh) 一种基于多加速度传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统
CN109374682A (zh) 一种脆性材料起裂时间的监测装置
CN1456884A (zh) 混凝土喷涂坡面的密合度诊断法及其装置
CN217765344U (zh) 一种钢索张力计检定装置
CN111665254A (zh) 一种桥梁裂缝检测方法
CN107365902B (zh) 一种基于多加速度传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统及方法
CN207366353U (zh) 一种声发射引伸计
CN112285648A (zh) 一种基于声源定位的增强现实系统与方法
CN207472830U (zh) 一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价系统
Serdobintsev et al. Deformation of instrument housings under external pressure
CN110608833A (zh) 一种热态条件下拉杆轴力测量系统和测量方法
CN207051243U (zh) 基于多种超声技术的复合材料探伤仪
CN211122672U (zh) 一种便携式无损检测集成多功能仪器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190402

RJ01 Rejection of invention patent application after publication