CN111562290A - 一种淤泥固化原位一体化测试装置及其现场施做方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种淤泥固化原位一体化测试装置，包括压电固化土、超弹橡胶薄膜套、网状模具、局部导电塑料空心管、无线自供电激振器、自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器，压电固化土与自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器经局部导电塑料空心管电连接；压电固化土充入布置在网状模具中的超弹橡胶薄膜套内；无线自供电激振器布设在局部导电塑料空心管内。本发明使用了自供电激振器，与人工激振相比，既减少了人工，也保证每次的振动荷载一致；压电固化土既是传感构件，也作为能量收集装置，为整个系统供电，可以做到自给自足的效果；一体化程度高，装置被集成在局部导电塑料空心管中，便于装置的安装。
Description
技术领域
本发明涉及淤泥固化检测领域，具体涉及一种淤泥固化原位一体化测试装置及其现场施做方法，该装置应用于河流湖泊和港口航道等疏浚清淤工作中淤泥固化状态的原位检测。
背景技术
压电材料在受到外界应力或者发生应变情况下，会在其表面形成电荷。已经有大量试验证明，压电材料可以对混凝土结构实施全方位、综合的健康监测。压电材料对冲击荷载的电压传感特性是线性的，即输出电压正比与该点所受到的应力，故在外界荷载的作用下，输出电压正比于该点受到的应力。该特性与压电材料的压电应变常数相关。
压电应变常数是指施加到压电材料上的机械应力所引起的电场强度的大小，单位是pC/N。压电复合材料的压电应变常数的大小与多种因素相关，其中复合材料的电导率也是其影响因素之一，一般认为复合材料的导电性能越好，其压电应变常数越大。在同等应力作用下，压电复合材料产生的电荷也越多，并与压电应变常数呈正比关系。
关于压电元件的信号读取，由于压电元件一般为高阻抗元件，其输出电信号非常微弱，不能直接读取。其后必须接负载电路并经过相应的放大器才能采集信号。因此，压电传感器要配备专用的测量电路。
智能感知压电固化土技术还需要专门的振动激发装置，以及测点连接和数据采集装置，迫切需要开发大面积淤泥固化土一体化检测装置，破解大面积淤泥固化土易达性差的难题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于,提供一种可对大面积大面积淤泥固化土进行检测的淤泥固化原位一体化测试装置及其现场施做方法。具体技术方案如下：
一种淤泥固化原位一体化测试装置，包括压电固化土、超弹橡胶薄膜套、网状模具、局部导电塑料空心管、无线自供电激振器、自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器，所述压电固化土与自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器经局部导电塑料空心管电连接；所述压电固化土充入布置在网状模具中的超弹橡胶薄膜套内；所述无线自供电激振器布设在局部导电塑料空心管内。
进一步地，所述局部导电塑料空心管具有管壁和导电绕壁贴片；所述管壁上布设多个导电通道；所述导电绕壁贴片布置在管壁外侧；每个导电通道的一端与导电绕壁贴片连接，另一端与自供电数据采集器连接，所述导电绕壁贴片外侧与压电固化土接触。
进一步地，当采集数据时，压电固化土作为传感器，感知淤泥固化状态；不采集数据时，压电固化土作为能量收集器，收集周围土体微弱振动产生的机械能，将其转化成电能并储存起来，为整个系统提供能量。
进一步地，所述无线自供电激振器通过局部导电塑料空心管内的导电通道与压电固化土连接，由压电固化土为无线自供电激振器提供电能；自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器串联连接，电能由压电固化土提供。
进一步地，所述网状模具等间距固定在局部导电塑料空心管管壁上，间距为测点竖向分布间距。
一种淤泥固化原位一体化测试装置的现场预埋施做方法，包括以下步骤：
1）按照测点布置间距组装局部导电塑料空心管；
2）固定局部导电塑料空心管；
3）调制压电固化土；
4）填充压电固化土至超弹橡胶薄膜内；
5）使用高压电源极化压电固化土；
6）安装无线自供电激振器；
7）安装自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器；
8）堆填淤泥固化土。
一种淤泥固化原位一体化测试装置的现场压入式施做方法，包括以下步骤：
1）按照测点布置间距组装局部导电塑料空心管；
2）调制压电固化土；
3）填充压电固化土至网状模具及超弹橡胶薄膜内；
4）使用高压电源极化压电固化土；
5）安装无线自供电激振器；
6）安装自供电数据采集器和自供电无线发射器；
7）垂直压入局部导电塑料空心管至淤泥固化土内。
发明原理：压电固化土需要通过外界激发荷载才可以产生电信号，测孔内部的无线自供电激振器起到了激发荷载的作用，当无线自供电激振器启动，压电固化土受到振动后内部产生电荷运动，经由自供电数据采集器收集后，传输到自供电数据处理器，判别淤泥固化状态。
平时当系统休眠时，压电固化土收集土体内部微弱振动，由于压电效应，土体内部存在电荷移动，利用转换器，将产生的电能储存于能量收集器，为系统供电。
一体化测试装置在传输数据上采用无线传输，读取数据之后，通过网关与中继器等传输至自供电数据处理器，可以实现淤泥固化状态的实时监测，达到自动化监测的目的。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明使用了自供电激振器，与人工激振相比，既减少了人工，也保证每次的振动荷载一致；
（2）本发明中压电固化土既是传感构件，也作为能量收集装置，为整个系统供电，可以做到自给自足的效果；
（3）本发明一体化程度高，装置被集成在局部导电塑料空心管中，便于装置的安装。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的局部导电塑料空心管初始状态；
图2是本发明的一体化装置纵断面图；
图3是本发明的一体化装置横断面图；
图4是一体化装置的等效电路图。
图中所示：1-局部导电塑料空心管、2-网状模具及超弹橡胶薄膜、3-导线、4-塑料软管、5-导电绕壁贴片、6-压电固化土、7-自供电无线发射器、8-自供电数据采集器、9-自供电激振器、10-测点。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一：
如图1-4所示，本发明的一种淤泥固化原位一体化测试装置，包括局部导电塑料空心管1及布置在其内部的压电固化土6、网状模具及超弹橡胶薄膜套2、无线自供电激振器9、自供电数据采集器8、自供电数据处理器和自供电无线发射器7，压电固化土6与自供电数据采集器8、自供电数据处理器和自供电无线发射7器经局部导电塑料空心管1电连接；压电固化土6通过塑料软管4充入网状模具及超弹橡胶薄膜套2内。
所述局部导电塑料空心管1具有管壁和导电绕壁贴片5；管壁上布设多个导电通道（也即是导线3）；导电绕壁贴片5布置在管壁外侧；每个导电通道（导线3）的一端与导电绕壁贴片5连接，另一端与自供电数据采集器8连接，所述导电绕壁贴片5外侧与压电固化土6接触。
当采集数据时，压电固化土6作为传感器，感知淤泥固化状态；不采集数据时，压电固化土6作为能量收集器，收集周围土体微弱振动产生的机械能，由于压电效应，土体内部存在电荷移动，利用转换器，将产生的电能储存于能量收集器，为系统供电。
所述无线自供电激振器9通过局部导电塑料空心管1内的导电通道（导线3）与压电固化土6连接，由压电固化土6为无线自供电激振器9提供电能；自供电数据采集器8、自供电数据处理器8和自供电无线发射器7串联连接，电能由压电固化土6提供。
所述网状模具等间距固定在局部导电塑料空心管1管壁上，间距为测点竖向分布间距。
本实施例提供原位一体化测试装置现场预埋施做方法，步骤如下：
1）按照测点布置间距组装局部导电塑料空心管1；
2）固定局部导电塑料空心管1；
3）调制压电固化土6；
4）填充压电固化土至网状模具及超弹橡胶薄膜2内；
5）使用高压电源极化压电固化土6；
6）安装无线自供电激振器9；
7）安装自供电数据采集器8和自供电无线发射器7；
8）堆填淤泥固化土。
实施例二：
本实施例提供原位一体化测试装置现场压入式施做方法，步骤如下：
1）按照测点10布置间距组装局部导电塑料空心管1；
2）调制压电固化土6；
3）填充压电固化土至网状模具及超弹橡胶薄膜2内；
4）使用高压电源极化压电固化土6；
5）安装无线自供电激振器9；
6）安装自供电数据采集器8和自供电无线发射器7；
7）垂直压入局部导电塑料空心管至淤泥固化土内。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明为淤泥固化原位测试提供了一种全新的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
本发明的保护范围不限于具体实施方式所公开的技术方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种淤泥固化原位一体化测试装置，其特征在于：包括压电固化土、超弹橡胶薄膜套、网状模具、局部导电塑料空心管、无线自供电激振器、自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器，所述压电固化土与自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器经局部导电塑料空心管电连接；所述压电固化土充入布置在网状模具中的超弹橡胶薄膜套内；所述无线自供电激振器布设在局部导电塑料空心管内。
2.根据权利要求1所述的淤泥固化原位一体化测试装置，其特征在于：所述局部导电塑料空心管具有管壁和导电绕壁贴片；所述管壁上布设多个导电通道；所述导电绕壁贴片布置在管壁外侧；每个导电通道的一端与导电绕壁贴片连接，另一端与自供电数据采集器连接，所述导电绕壁贴片外侧与压电固化土接触。
3.根据权利要求1所述的淤泥固化原位一体化测试装置，其特征在于：当采集数据时，压电固化土作为传感器，感知淤泥固化状态；不采集数据时，压电固化土作为能量收集器，收集周围土体微弱振动产生的机械能，将其转化成电能并储存起来，为整个系统提供能量。
4.根据权利要求2所述的淤泥固化原位一体化测试装置，其特征在于：
所述无线自供电激振器通过局部导电塑料空心管内的导电通道与压电固化土连接，由压电固化土为无线自供电激振器提供电能；自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器串联连接，电能由压电固化土提供。
5.根据权利要求1所述的淤泥固化原位一体化测试装置，其特征在于：所述网状模具等间距固定在局部导电塑料空心管管壁上，间距为测点竖向分布间距。
6.一种如权利要求1-5中任意一项所述淤泥固化原位一体化测试装置的现场预埋施做方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照测点布置间距组装局部导电塑料空心管；
2）固定局部导电塑料空心管；
3）调制压电固化土；
4）填充压电固化土至超弹橡胶薄膜内；
5）使用高压电源极化压电固化土；
6）安装无线自供电激振器；
7）安装自供电数据采集器、自供电数据处理器和自供电无线发射器；
8）堆填淤泥固化土。
7.一种如权利要求1-5中任意一项所述淤泥固化原位一体化测试装置的现场压入式施做方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）按照测点布置间距组装局部导电塑料空心管；
2）调制压电固化土；
3）填充压电固化土至网状模具及超弹橡胶薄膜内；
4）使用高压电源极化压电固化土；
5）安装无线自供电激振器；
6）安装自供电数据采集器和自供电无线发射器；
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2020
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Cited By (2)
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| CN113340475B (zh) * | 2021-05-20 | 2022-11-18 | 东南大学 | 盾构隧道管片间接触应力测试装置及测试方法 |
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