CN110987707A - 一种岩土压力传感器包体的制作方法 - Google Patents

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余尚江
周会娟
陈晋央
张玉生
张文敏
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Abstract

本发明涉及一种岩土压力传感器包体的制作方法，包括以下步骤：步骤S1、制作岩土压力传感器包体模具；步骤S2、将岩土压力传感器在包体模具内固定；步骤S3、配制密度、强度、弹性模量与待测岩土相配适的胶砂混合物；步骤S4、将步骤S3中制作的胶砂混合物填充到包体模具的壳体空腔中，胶砂混合物充满壳体空腔并与壳体上端面平齐，静置固化；步骤S5、固化完毕后，拆卸包体模具。本发明设计巧妙，解决了在岩土等恶劣环境中压力传感器直接测量的不相容、不匹配、不准确等问题，适合在岩土等介质中动态过程测试中应用，为PVDF等电学类土压力传感器提供一种防护壳体，提高其在混凝土中的安装成活率、耐久性和抗干扰能力。

Description

一种岩土压力传感器包体的制作方法
技术领域
本发明属于传感技术领域，特别是涉及一种岩土压力传感器包体的制作方法。
背景技术
岩土中压力测量是土力学理论研究和工程测试中的一项重要工作，利用岩土压力传感器可获取路基、坝体、道路、地下工程等结构物表面压力状态以及岩土介质中的应力分布状态，以此来评价岩体的稳定性及结构物的工作状态。
在岩土介质中使用的置入式传感器在测量时都存在一个不可避免的问题：岩土环境不均匀大小的颗粒介质以及其分布状况对传感器测量结果有很大影响，其根本原因是传感器与介质的物理和力学性质不可能完全相同，传感器和介质必将互相影响和作用，这种因传感器和介质性质差异带来的误差通常称为匹配误差。因此，岩土介质内的传感器要求在其适用范围内做到误差尽可能小，如果不能避免，则要求误差尽可能稳定。
为了克服以上困难，人们提出了多种方法，如通过土壤压实来监测土压力传感器的标定、设计合理的传感器几何尺寸、结构形式、模量等参数、理论及有限元分析计算等，但传感器与岩土直接接触带来的匹配误差，是岩体介质内压力测量始终存在的问题。目前，经过我们研究发现，通过制作与现场介质力学性能相近的传感器包体，通过对包体的校准，是减小岩土介质内传感器测量误差的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于测量岩土压力的传感器包体的制作方法，该方法针对岩土的压力测量特点设计，能使包体具有结构坚固、与岩土介质相容性好、匹配误差小、抗干扰能力强等优点，保证岩土中压力测量时降低传感器与介质匹配误差的准确实现。
为实现该目的，本发明提供如下技术方案：
一种岩土压力传感器包体的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、制作岩土压力传感器包体模具，所述的包体模具由壳体和固定线构成，固定线穿设在壳体中部，所述的壳体整体为两端开口的筒状结构，其内部设有圆柱形空腔，圆柱形空腔的侧壁中部等分圆周设置有四个用以穿设固定线的通孔，所述四个通孔的轴线位于同一平面A内，所述平面A垂直于壳体轴线，平面A与壳体轴向中点的高度差等于岩土传感器的几何中心高度与固定线的半径之和，所述壳体其内部空腔的侧壁上还设置有用以穿设岩土压力传感器测试线接头的通孔A；
步骤S2、将步骤1所述的包体模具壳体竖直放置在基面上，使壳体平面A的高度小于壳体轴向中点的高度，将岩土压力传感器的承压面向上放置在固定线上，岩土压力传感器的测试线接头从壳体上的通孔A引出，并使岩土压力传感器的轴线与模具壳体圆柱形空腔的轴线重合，将岩土压力传感器固定在固定线上；
步骤S3、根据待测岩土的物理参数，确定胶和砂的种类及配合比，配制密度、强度、弹性模量与待测岩土相配适的胶砂混合物；
步骤S4、在包体模具壳体的内壁涂刷一层液压油或机油，将步骤S3中制作的胶砂混合物填充到包体模具的壳体空腔中，胶砂混合物充满壳体空腔并与壳体上端面平齐，静置固化；
步骤S5、固化完毕后，拆卸包体模具。
所述的岩土压力传感器包体包括岩土压力传感器和胶砂包覆层，所述的岩土压力传感器固定设置在胶砂包覆层内，所述的胶砂包覆层为胶砂混合物固化后形成的圆柱体结构，其内部设置的岩土压力传感器的几何中心与胶砂包覆层的中心重合，所述岩土压力传感器的测试线接头穿设在胶砂包覆层的侧壁上。
所述步骤1中的固定线为TPU圆形水晶弹力线，其数量为一根，所述固定线通过十字交叉的方式穿设在模具壳体的空腔内。
所述步骤S2中，岩土压力传感器粘接在固定线上。
所述步骤S3中，胶砂混合物包括由金刚砂、环氧树脂和固化剂组成的混合物或标准砂、环氧树脂和固化剂的混合物。
本发明的有益效果是：本发明所公开的制作方法可提供一种在岩土等恶劣环境中测量压力的传感器包体制作方法，结构合理、设计巧妙，缓解了在岩土等恶劣环境中压力传感器直接测量的不相容、不匹配、不准确等问题，非常适合在岩土等介质中动态过程测试中应用，为PVDF等电学类土压力传感器提供一种防护壳体，提高其在混凝土中的安装成活率、耐久性和抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为实施例中岩土压力传感器包体模具的结构示意图。
图3为实施例中岩土压力传感器包体和包体模具的示意图。
图4为实施例中壳体中固定线绕线方式示意图。
图5为实施例中岩土压力传感器在包体模具中固定时的示意图。
图中，1、壳体，2、固定线，3、岩土压力传感器，4、测试线接头，5、胶砂包覆层，6、平面A，7、通孔A。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，本实施例在说明书附图中予以示意，但通过说明书附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
实施例
本实施例提供一种岩土压力传感器包体制作方法，如图1流程所示，包括以下步骤：
步骤S1、制作岩土压力传感器包体模具，如图2～5所示，所述的包体模具由壳体1和固定线2构成，固定线2穿设在壳体1中部，所述的壳体1整体为两端开口的筒状结构，其内部设有圆柱形空腔，圆柱形空腔的侧壁中部等分圆周设置有四个用以穿设固定线的通孔，所述四个通孔的轴线位于同一平面A6内，所述平面A6垂直于壳体轴线，平面A6与壳体轴向中点的高度差等于岩土传感器3的几何中心高度与固定线2的半径之和，所述壳体1其内部空腔的侧壁上还设置有用以穿设岩土压力传感器测试线接头4的通孔A7；
具体地，将所述的包体模具壳体1两端面切割平整且垂直于轴向，壳体1内径大于压力传感器3直径，高度大于压力传感器3厚度，壳体1上用以穿设固定线2的四个通孔高度一致、直径相同，通孔A7高度及直径满足处于中心的压力传感器3的测试线接头4可顺利穿出，所述的壳体1为形状为圆筒状，壳体1可选用有一定硬度且易拆卸的材料制作，本实施例选用PVC管；
步骤S2、将步骤1所述的包体模具壳体1竖直放置在基面上，使壳体1平面A的高度小于壳体1轴向中点的高度，将岩土压力传感器3的承压面向上放置在固定线2上，岩土压力传感器3的测试线接头4从壳体1上的通孔A7引出，并使岩土压力传感器3的轴线与模具壳体1圆柱形空腔的轴线重合，固定岩土压力传感器3；如图2、3、5所示；
步骤S3、根据待测岩土的物理参数，确定胶和砂的种类及配合比，配制密度、强度、弹性模量与待测岩土相配适的胶砂混合物；
步骤S4、在包体模具壳体1的内壁涂刷一层液压油或机油，将步骤S3中制作的胶砂混合物填充到包体模具的壳体1空腔中，胶砂混合物充满壳体1空腔并与壳体1上端面平齐，静置固化；
具体的，填充时应确保胶砂混合物充盈整个壳体1的空腔，适当敲击保证压实，填充完毕后可在上、下端面施加一定的压力保证固化后包体上下端面尽量平整；
步骤S5、固化完毕后，拆卸包体模具。可利用砂轮、锯条等工具将包体模具壳体1拆除，并将上下端面打磨平整。
所述的岩土压力传感器包体包括岩土压力传感器3和胶砂包覆层5，所述的岩土压力传感器3固定设置在胶砂包覆层5内，所述的胶砂包覆层5为胶砂混合物固化后形成的圆柱体结构，其内部设置的岩土压力传感器3的几何中心与胶砂包覆层5的中心重合，所述岩土压力传感器3的测试线接头4穿设在胶砂包覆层5的侧壁上。
所述步骤1中的固定线2为TPU圆形水晶弹力线，其数量为一根，所述固定线2通过十字交叉的方式穿设在模具壳体1的空腔内。TPU圆形水晶弹力线拉伸性强、弹力强劲、结实耐用且容易打结，不致于包体固化后对传感器的性能造成影响；本实施例中，十字交叉法的方式为如附图4、5所示。
所述步骤S2中，岩土压力传感器3粘接在固定线2上。本实施例选用快干胶粘接。
所述步骤S3中，胶砂混合物包括由金刚砂、环氧树脂和固化剂组成的混合物或标准砂、环氧树脂和固化剂的混合物。本实施例选用金刚砂、环氧树脂和固化剂组成的混合物。
本发明提供的的岩土压力传感器包体的制作方法简单易操作，制作的压力传感器包体可直接打入岩土介质中进行测量，同时提高了基于包体工艺技术的压力传感器的可靠性及整个压力传感系统的测量精度。
本发明为详述部分为现有技术。

Claims (5)

1.一种岩土压力传感器包体制作方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤S1、制作岩土压力传感器包体模具，所述的包体模具由壳体（1）和固定线（2）构成，固定线（2）穿设在壳体（1）中部，所述的壳体（1）整体为两端开口的筒状结构，其内部设有圆柱形空腔，圆柱形空腔的侧壁中部等分圆周设置有四个用以穿设固定线的通孔，所述四个通孔的轴线位于同一平面A（6）内，所述平面A（6）垂直于壳体轴线，平面A（6）与壳体轴向中点的高度差等于岩土压力传感器（3）的几何中心高度与固定线（2）的半径之和，所述壳体（1）其内部空腔的侧壁上还设置有用以穿设岩土压力传感器测试线接头（4）的通孔A（7）；
步骤S2、将步骤1所述的包体模具壳体（1）竖直放置在基面上，使壳体（1）平面A的高度小于壳体（1）轴向中点的高度，将岩土压力传感器（3）的承压面向上放置在固定线（2）上，岩土压力传感器（3）的测试线接头（4）从壳体（1）上的通孔A（7）引出，并使岩土压力传感器（3）的轴线与模具壳体（1）圆柱形空腔的轴线重合，将岩土压力传感器固定在固定线（3）上；
步骤S3、根据待测岩土的物理参数，确定胶和砂的种类及配合比，配制密度、强度、弹性模量与待测岩土相配适的胶砂混合物；
步骤S4、在包体模具壳体（1）的内壁涂刷一层液压油或机油，将步骤S3中制作的胶砂混合物填充到包体模具的壳体（1）空腔中，胶砂混合物充满壳体（1）空腔并与壳体（1）上端面平齐，静置固化；
步骤S5、固化完毕后，拆卸包体模具。
2.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器包体制作方法，其特征是：所述的岩土压力传感器包体包括岩土压力传感器（3）和胶砂包覆层（5），所述的岩土压力传感器（3）固定设置在胶砂包覆层（5）内，所述的胶砂包覆层（5）为胶砂混合物固化后形成的圆柱体结构，其内部设置的岩土压力传感器（3）的几何中心与胶砂包覆层（5）的中心重合，所述岩土压力传感器（3）的测试线接头（4）穿设在胶砂包覆层（5）的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器包体制作方法，其特征是：所述步骤1中的固定线（2）为TPU圆形水晶弹力线，其数量为一根，所述固定线（2）通过十字交叉的方式穿设在模具壳体（1）的空腔内。
4.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器包体制作方法，其特征是：所述步骤S2中，岩土压力传感器（3）粘接在固定线（2）上。
5.根据权利要求1所述的一种岩土压力传感器包体制作方法，其特征是：所述步骤S3中，胶砂混合物包括由金刚砂、环氧树脂和固化剂组成的混合物或标准砂、环氧树脂和固化剂的混合物。
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