CN110607790A - 一种深海静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海静力触探探头，包括侧摩筒、锥尖、测量体、基座、堵头和压力传感器，锥尖设置于所述侧摩筒的一端，测量体位于所述侧摩筒内，所述测量体的一端与所述锥尖固定连接，所述测量体的内部形成容置空间；基座包括支撑部和伸长部，所述支撑部与所述侧摩筒的另一端连接，所述伸长部于所述容置空间内延伸；堵头位于所述容置空间内且与所述伸长部的固定连接，所述堵头的外径大于所述伸长部的外径；压力传感器与所述堵头连接。由于堵头的外径大于伸长部的外径，使得堵头沿径向占用测量体内较大的空间，减小测量体与锥尖的接触面积，进而减少传递至测量体的孔隙水压力，使得触探探头的量程能够减小，从而提高了测量的分辨率。

Description

一种深海静力触探探头

技术领域

本发明涉及海洋地质探测技术领域，尤其涉及一种深海静力触探探头。

背景技术

静力触探技术是岩土工程及工程地质中沉积物力学参数测量中较为可靠的一种原位测试技术，在工程勘查中广泛使用。通过静力触探可以获取沉积物力学性质。静力触探的基本原理是用准静力(相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感器的探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不同，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。

静力触探用于测试沉积物内部的锥尖阻力、侧摩阻力及孔隙水压力等。触探探头在使用的过程中，不仅受到测试土的力，还受到水的压力，由于海水压力随着水深而不断提高，使得在深海中使用的触探探头需要具有较大的量程，量程的增大使得探头的分辨率降低，导致探头的灵敏度和精度下降，影响测量结果的精确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深海静力触探探头，以解决现有技术中存在的受海水压力影响导致探头的量程过大的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种深海静力触探探头，包括侧摩筒，还包括：

锥尖，设置于所述侧摩筒的一端；

测量体，位于所述侧摩筒内，所述测量体的一端与所述锥尖固定连接，所述测量体的内部形成容置空间；

基座，包括支撑部和伸长部，所述支撑部设置于所述侧摩筒的另一端，所述伸长部于所述容置空间内延伸；

堵头，位于所述容置空间内且与所述伸长部的固定连接，所述堵头的外径大于所述伸长部的外径；

压力传感器，与所述堵头连接。

其中，所述测量体远离所述锥尖的一端与所述侧摩筒固定连接，所述测量体的中间部位与所述伸长部固定连接。

其中，所述容置空间的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部，所述伸长部与所述第一螺纹部固定连接。

其中，所述测量体包括一体成型的第一支撑体和第二支撑体，所述第一支撑体和所述第二支撑体的连接处与所述伸长部固定连接，所述第一支撑体上设置有第一应变片，所述第二支撑体上设置有第二应变片。

其中，所述测量体的一端于所述测量体的外壁上设置有凸起部，所述凸起部与所述侧摩筒固定连接。

其中，所述容置空间的端部形成安装腔，所述堵头位于所述安装腔内，所述堵头与所述安装腔的内壁间隔设置。

其中，所述堵头的一端与所述伸长部固定连接，所述堵头的另一端开设有凹槽，所述压力传感器位于所述凹槽内，所述压力传感器与所述锥尖之间间隔设置。

其中，所述容置空间的一端于内壁上设置有第二螺纹部，所述锥尖与所述第二螺纹部固定连接。

其中，所述测量体与所述锥尖的接触受力面积占所述锥尖的最大截面面积的1/3～1/4。

其中，所述测量体的外壁上开设有与所述容置空间连通的通孔。

本发明的有益效果：

本发明提出的深海静力触探探头，通过将测量体与锥尖固定连接，使得锥尖受到的锥尖阻力能够传递至测量体；由于堵头与伸长部固定连接，压力传感器与堵头连接，使得孔隙水压力能够直接通过堵头传递至基座，减少对测量体的影响；由于堵头设置在测量体内，堵头的外径大于伸长部的外径，使得堵头沿径向占用测量体内较大的空间，减小测量体与锥尖的接触面积，进而减少传递至测量体的孔隙水压力，使得触探探头的量程能够减小，从而提高了测量的分辨率，提高较大水深下的沉积物阻力测量质量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的深海静力触探探头的示意图；

图2是本发明实施例一提供的深海静力触探探头的测量体的示意图；

图3是本发明实施例一提供的深海静力触探探头的堵头的示意图；

图4是本发明实施例二提供的深海静力触探探头的示意图；

图5是图4的部分结构的示意图。

图中：

1、侧摩筒；

2、锥尖；21、透水孔；22、第一部分；23、第二部分；

3、基座；31、支撑部；32、伸长部；

4、测量体；41、容置空间；42、第一支撑体；43、第二支撑体；44、凸起部；45、第一螺纹部；46、通孔；47、第二螺纹部；48、安装腔；

5、堵头；51、凹槽；

6、压力传感器；

7、水密插头；

8、透水石；

9、挡环。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见图1至图3，本发明实施例提供一种深海静力触探探头，包括侧摩筒1、设置于侧摩筒1一端的锥尖2、设置于侧摩筒1另一端的基座3和设置于侧摩筒1内的测量体4。测量体4的一端与锥尖2固定连接，测量体4的内部形成容置空间41。基座3包括支撑部31和伸长部32，支撑部31设置于侧摩筒1的另一端，伸长部32于容置空间41内延伸。深海静力触探探头还包括堵头5和压力传感器6，堵头5位于容置空间41内且与伸长部32的固定连接，堵头5的外径大于伸长部32的外径，压力传感器6与堵头5连接。

通过将测量体4与锥尖2固定连接，使得锥尖2受到的锥尖阻力能够传递至测量体4；由于堵头5与伸长部32固定连接，压力传感器6与堵头5连接，使得孔隙水压力能够直接通过堵头5传递至基座3，减少对测量体4的影响；由于堵头5设置在测量体4内，堵头5的外径大于伸长部32的外径，使得堵头5沿径向占用测量体4内较大的空间，减小测量体4与锥尖2的接触面积，进而减少传递至测量体4的孔隙水压力，使得触探探头的量程能够减小，从而提高了测量的分辨率，提高较大水深下的沉积物阻力测量质量。

测量体4远离锥尖2的一端与侧摩筒1固定连接，测量体4的中间部位与伸长部32固定连接。通过测量体4的形变量能够获得侧摩阻力和锥尖阻力。由于测量体4的一端与侧摩筒1固定连接，使得侧摩筒1受到的侧摩阻力能够传递至测量体4，由于测量体4的另一端与锥尖2固定连接，使得锥尖2受到的锥尖阻力能够传递至测量体4，由于测量体4的中间部位与基座3的伸长部32固定连接，侧摩阻力导致的形变量在测量体4的一端到中间部位之间，锥尖阻力导致的形变量在测量体4的另一端到中间部位之间，使得侧摩阻力与锥尖阻力能够独立测量、互不影响。通过一个测量体4即可完成侧摩阻力和锥尖阻力的测量，减少零部件数量，提高装配效率和装配精度，减少密封位置，保证密封性和稳定性，提高测量结果的准确性。

测量体4包括一体成型的第一支撑体42和第二支撑体43，第一支撑体42和第二支撑体43的连接处与基座3固定连接，第一支撑体42上设置有第一应变片，第二支撑体43上设置有第二应变片。侧摩筒1受到的侧摩阻力能够传递至第一支撑体42上，使得第一应变片产生电信号，锥尖2受到的锥尖阻力能够传递至第二支撑体43上，使得第二应变片产生电信号。虽然第一支撑体42和第二支撑体43一体成型，由于第一支撑体42和第二支撑体43的连接处与基座3的伸长部32固定连接，使得第一支撑体42的形变与第二支撑体43的形变互不影响。

在此，对第一应变片和第二应变片的数量不作限制。在本实施例中，第一应变片和第二应变片均为350欧的温度补偿应变片，8个第一应变片对称布置在第一支撑体42上，8个第二应变片对称布置在第二支撑体43上。第二应变片采用全桥式布设。

测量体4的一端于测量体4的外壁上设置有凸起部44，凸起部44与侧摩筒1固定连接。凸起部44的主要功能是将侧摩筒1受到的侧摩阻力传递至测量体4，侧摩筒1受到的侧摩阻力通过凸起拉动测量体4产生弹性变形，进而通过测量体4的形变量能够获得侧摩阻力。具体地，凸起部44设置于第一支撑体42远离第二支撑体43的一端，第一支撑体42上除了凸起部44之外，其余部分都与侧摩筒1的内壁间隔设置，保证传力的准确性。侧摩筒1的内壁上设置有台阶，凸起部44固定在台阶处。

测量体4与侧摩筒1之间设置有密封圈，用于密封及防水。具体地，密封圈设置于测量体4的外壁上远离凸起部44的一端。

容置空间41的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部45，伸长部32与第一螺纹部45固定连接。第一螺纹部45的设置位置，使得位于第一螺纹部45两侧的测量体4的受力能够通过基座3传递至探杆，即第一支撑体42的受力能够通过基座3传递至探杆，第二支撑体43的受力能够通过基座3传递至探杆，且第一支撑体42与第二支撑体43的传力过程互不影响。

支撑部31与侧摩筒1之间设置有密封圈，用于阻止外部压力及孔隙水进入到触探探头的内腔中。伸长部32的设置，使得基座3不仅能够与测量体4的中间部位连接，便于对侧面阻力和锥尖阻力独立测量，还能够与堵头5连接，便于堵头5将孔隙水压力传递至基座3。

容置空间41的一端于内壁上设置有第二螺纹部47，锥尖2与第二螺纹部47固定连接。锥尖2所受到的锥尖阻力直接传递至测量体4的第二支撑体43，使得第二应变片产生相应的电信号。

容置空间41的端部形成安装腔48，堵头5位于安装腔48内。由于堵头5与伸长部32固定连接，使得堵头5能够被定位，堵头5与安装腔48的内壁之间间隔设置，避免堵头5受到的力传递至测量体4或者测量体4上力传递至堵头5，以使得力的测量互不影响。

堵头5的一端与伸长部32固定连接，堵头5的另一端开设有凹槽51，压力传感器6位于凹槽51内，压力传感器6与锥尖2之间间隔设置。压力传感器6用于测量孔隙水压力。压力传感器6与堵头5之间设置有密封圈。具体地，第二螺纹部47设置在安装腔48内。

孔隙中的水也作用于测量体4与锥尖2接触的表面上，在对锥尖阻力进行计算时，通过第二应变片的形变输出的电信号获得的阻力值，既包括锥尖阻力值，也包括作用于测量体4上的孔隙水压力，作用于测量体4上的孔隙水压力根据测量体4与水的接触面积进行计算即可，在此不作赘述。测量体4与锥尖2的接触受力面积占锥尖2的最大截面面积的1/3～1/4，大大减小了孔隙水压力对测量体4的影响。

为防止压力传感器6脱落，在凹槽51的边沿处开设有卡槽，用于安装卡环，以固定压力传感器6。在本实施例中，压力传感器6采用单晶硅应变片并内部充油作为压力载体，具有可靠的测量稳定性，且温度补偿线性较好。

基座3远离测量体4的一端设置有水密插头7，水密插头7与基座3之间螺纹连接，保证密封性。基座3上开设有中心孔，用于穿设电缆，电缆的一端与水密插头7连接，另一端与第一应变片和第二应变片连接。电缆采用8芯结构。其中2芯为供电、2芯与第二应变片连接、2芯与第一应变片连接、2芯与压力传感器6连接。

测量体4的外壁上开设有与容置空间41连通的通孔46。通过通孔46将测量体4上的导线引至容置空间41内，便于与穿设在基座3上的电缆连接。

锥尖2的端部设置有透水石8，一方面能够将孔隙水的压力传递至压力传感器6，另一方面能够阻止细粒沉积物进入至压力传感器6的测量膜上。在本实施例中，透水石8设渗透系数1～5×10^-5cm/s，抗渗压能力为1个大气压。为保证透水石8的强度及柔韧性，采用烧结pp材料制成并通过控制孔隙度来控制透水石8的透水性。

在锥尖2上正对透水石8的位置开设有透水孔21，使得透水孔21与放置压力传感器6的凹槽51贯通，孔隙水的压力能够通过透水石8及透水孔21传递至压力传感器6。

在本实施例中，将透水石8设置于锥尖2的最大界面处，透水石8的外径与侧摩筒1的外径相等。

透水石8与测量体4之间设置有挡环9，便于对透水石8固定。

实施例二

图4和图5示出了实施例二，其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例二与实施例一的区别点。区别之处在于，锥尖2为分体结构，锥尖2的中间部位设置有透水石8。便于透水石8的安装与拆卸。

锥尖2包括可拆卸连接的第一部分22和第二部分23，第一部分22与测量体4连接，第一部分22上设置有台阶形凸台，此时透水石8的结构为圆台环形，能够套设在凸台上。第二部分23与第一部分22之间通过螺纹安装。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种深海静力触探探头，包括侧摩筒(1)，其特征在于，还包括：

锥尖(2)，设置于所述侧摩筒(1)的一端；

测量体(4)，位于所述侧摩筒(1)内，所述测量体(4)的一端与所述锥尖(2)固定连接，所述测量体(4)的内部形成容置空间(41)；

基座(3)，包括支撑部(31)和伸长部(32)，所述支撑部(31)设置于所述侧摩筒(1)的另一端，所述伸长部(32)于所述容置空间(41)内延伸；

堵头(5)，位于所述容置空间(41)内且与所述伸长部(32)的固定连接，所述堵头(5)的外径大于所述伸长部(32)的外径；

压力传感器(6)，与所述堵头(5)连接。

2.根据权利要求1所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述测量体(4)远离所述锥尖(2)的一端与所述侧摩筒(1)固定连接，所述测量体(4)的中间部位与所述伸长部(32)固定连接。

3.根据权利要求2所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述容置空间(41)的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部(45)，所述伸长部(32)与所述第一螺纹部(45)固定连接。

4.根据权利要求2所述的静力触探探头，其特征在于，所述测量体(4)包括一体成型的第一支撑体(42)和第二支撑体(43)，所述第一支撑体(42)和所述第二支撑体(43)的连接处与所述伸长部(32)固定连接，所述第一支撑体(42)上设置有第一应变片，所述第二支撑体(43)上设置有第二应变片。

5.根据权利要求2所述的静力触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的一端于所述测量体(4)的外壁上设置有凸起部(44)，所述凸起部(44)与所述侧摩筒(1)固定连接。

6.根据权利要求1所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述容置空间(41)的端部形成安装腔(48)，所述堵头(5)位于所述安装腔(48)内，所述堵头(5)与所述安装腔(48)的内壁间隔设置。

7.根据权利要求1所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述堵头(5)的一端与所述伸长部(32)固定连接，所述堵头(5)的另一端开设有凹槽(51)，所述压力传感器(6)位于所述凹槽(51)内，所述压力传感器(6)与所述锥尖(2)之间间隔设置。

8.根据权利要求1所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述容置空间(41)的一端于内壁上设置有第二螺纹部(47)，所述锥尖(2)与所述第二螺纹部(47)固定连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述测量体(4)与所述锥尖(2)的接触受力面积占所述锥尖(2)的最大截面面积的1/3～1/4。

10.根据权利要求1-8任一项所述的深海静力触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的外壁上开设有与所述容置空间(41)连通的通孔(46)。