CN112161866A - 一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，属于土工试验技术领域。包括步进电机、电动滑台、激光位移传感器、分离式可旋转夹具、电动滑台台面、局部位移传感器及电位器控制结构、电动滑台底座。其中，步进电机连接轴与电动滑台传动轴首端相连；激光位移传感器与分离式可旋转夹具连接，二者行程组合体装配在电动滑台台面上端中心位置处；在电动滑台台面下端中心位置处装配局部位移传感器及电位器控制结构；电动滑台下端嵌入电动滑台底座并进行调平固定。本发明可以实现对三轴试样不同局部测点的轴向‑径向位移的精准测量，可用于静力、动力试验，不受加载条件的约束；安装方法简单，操作简便，且测量精度高，具有良好的推广价值。

Description

一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，涉及一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，具体为一种动态跟踪同步测量三轴试样局部轴-径向位移的装置。

技术背景

在常规三轴试验过程中，三轴试样上下端部分别与试样帽和试样底座接触，由于摩擦力的约束，在试验加载过程中，试样端部受力与试样中段受力情况有所不同，且会在不同密度、围压或加载速率等情况下出现较为明显的差异。由于受力情况的影响，试样各局部应变的发展是极不均匀的。

目前，为了更好地对三轴试样的应变发展进行精准地测量，大量的学者提出了相对可行的方法，主要有以下几个方法：

(1)固定式局部位移传感器测量法

该方法主要是在三轴试样外表面安装局部位移传感器进行点位测量，但该方法仅能测量局部径向变形；除此以为，类似的方法是将局部位移传感器安装在压力室内部，固定在压力室上盘或者支柱上，局部位移传感器触头不能随测点位置变化移动，测量结果不准确。

(2)霍尔效应传感器测量法

该方法是将霍尔效应传感器安装在固定于三轴试样表面上粘贴的铰链的一端轭上，当试样变形时，轭的换能器将打开或关闭，使铰链另一端轭发生旋转。因此，霍尔效应传感器的读数与试样径向变形之间存在一定关系，从而测量三轴试样径向变形。该方法设备安装难度极大，固定鞘会刺破乳胶膜，不利于试验进行，且该方法只能测量三轴试样径向变形。

(3)近物体传感器测量法

该方法主要的原理是：当涡流在金属靶中循环时，将会损失磁场。磁场的损失随探头和三轴试样表面测点之间的距离而变化。换能器中的线圈在目标中感应出涡流，该涡流随换能器与三轴试样表面测点之间的距离而变化。涡流的变化会引起阻抗的相应变化，可以通过将传感器连接到惠斯通电桥电路来测量。该方法主要分为固定型和浮动型，虽然测量精度相对较高，达到0.001％，但是传感器价格十分高昂，且安装难度非常大。该方法目前只用来测量试样轴向变形。

(4)光纤布拉格光栅线性变形传感器测量法

该方法是利用光纤技术为基础的光纤布拉格光栅线性变形传感器与传统LDT传感器相结合的测量方法，传感器全部布置在试样表面。该方法的基本原理与LDT传感器原理类似，不作赘述。该方法的精度主要取决于光纤布拉格光栅线性变形传感器的分辨率和校准系数。由于该方法安装过程中使用大量粘合剂，粘合剂的蠕变误差将导致测量的准确性得不到保证。该方法只用于测量试样轴向变形。

(5)图像视觉跟踪测量法

该类方法主要是采用工业相机对加载过程中的试样进行实时跟踪拍摄，再根据实时图像利用图像分析程序进行处理，获取试样的变形情况，该方法对于实验室环境要求相对较高，振动及光环境的变化都会影响测量的结果，且在每次试验开始前都要对搭载的相机设备进行调整，标定，前期准备工作繁杂。该方法可以对试样的轴向和径向变形同时测量。

由此可见，目前亟需一种可以同步测量三轴试样局部轴向-径向变形的测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备装置简单、试验操作方便并能够减小试验过程中对试样的干扰，同时又能够准确测量三轴试样局部轴向-径向位移的装置，解决了试样局部变形测量的难题及加载过程中试样局部大变形测量的难题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，能够动态跟踪同步测量三轴试样局部轴-径向位移，用于常规静动三轴试验中试样局部轴向-径向位移测量。所述的测量装置主要包括步进电机100、电动滑台200、激光位移传感器300、分离式可旋转夹具400、电动滑台台面500、局部位移传感器及电位器控制结构600、电动滑台底座700。所述的激光位移传感器300通过螺栓与分离式可旋转夹具400连接形成的组合体装配在电动滑台台面500一侧面的上端中心位置处，电动滑台台面500该侧下端中心位置处装配局部位移传感器及电位器控制结构600，电动滑台台面500另一侧面与电动滑台200连接，且电动滑台台面500长中轴线与电动滑台200长轴向平行。所述的电动滑台200传动轴首端与步进电机100连接轴相连，电动滑台200末端嵌入电动滑台底座700并进行调平固定。

所述的局部位移传感器及电位器控制结构600主要包括笔式局部位移传感器601、笔式局部位移传感器夹具602、配平轴承安装槽603、低摩阻球面轴承604、单圈低摩阻电位器605、电位器限位槽606、T型弹簧支撑607、弹簧608和激光投射平板609。

所述的笔式局部位移传感器夹具602侧视为工字型，在笔式局部位移传感器夹具602中轴上侧向设置固定孔，用于插入笔式局部位移传感器601，在固定孔旁垂直设置锚固孔，用于锁紧笔式局部位移传感器601；在笔式局部位移传感器夹具602的上下端面中心位置设置通孔，用于放置螺栓使其固定在配平轴承安装槽603上下端面的凹槽中。

所述的配平轴承安装槽603为工字型结构，中部设有用于嵌入低摩阻球面轴承604的带边缘固定板圆形通孔，通孔一侧设置方形板槽，沿在圆形通孔轴线方向在圆形通孔边缘设置两个螺纹孔，用于固定方形盖板，上下端面设有与笔式局部位移传感器夹具602上下端面配合的凹槽。

所述的低摩阻球面轴承604装配在配平轴承安装槽603中心圆形通孔中，在低摩阻球面轴承604外壁与配平轴承安装槽603中心圆形通孔内壁用高强速干胶水进行固结，并在低摩阻球面轴承604另一侧壁用方形盖板覆盖，并用螺栓进行锚固，该方形盖板中心部位设置与配平轴承安装槽603中心圆形通孔中直径相同的通孔，目的在于可以使单圈低摩阻电位器605旋钮端可以与低摩阻球面轴承604内壁连接。

所述的单圈低摩阻电位器605为该装置控制枢纽，旋钮端与低摩阻球面轴承604内壁相接，并用高强度速干胶水进行固结。单圈低摩阻电位器605接线端安置在电位器限位槽606方形槽内。

所述的电位器限位槽606为扇形体，弧度为30°，在扇形体内设置方形槽，槽宽与单圈低摩阻电位器605接线端直径相同，槽深与单圈低摩阻电位器605接线端长度相同，在槽底面设置四个中心对称的螺纹孔，该通孔用于将电位器限位槽606锚固在电动滑台台面500下端中心位置处。待锚固完成后，将单圈低摩阻电位器605插入方形槽，并在孔隙中填入环氧树脂用于固定。在电位器限位槽606外径边缘设置T型弹簧支撑607，并用螺栓将T型弹簧支撑607中心轴锚固在电位器限位槽606外径边缘。在T型弹簧支撑607两翼端套置弹簧608。T型弹簧支撑607及弹簧608的安装只要是为了使该装置在测量过程中，在变形较迅速或者出现大变形是可以保证测量装置的稳定，防止该装置失控，造成设备损坏。

所述的激光投射平板609为长方体薄板，设于局部位移传感器及电位器控制结构600上方，与激光位移传感器300相对，具体的其下表面开设螺纹孔用于将其锚固在配平轴承安装槽603上表面；所述激光投射平板609的上表面光滑平整用于反射激光位移传感器300投射的激光。

上述一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的使用过程，包括以下步骤：

第一步，首先组装局部位移传感器及电位器控制结构600：

将低摩阻球面轴承604嵌入配平轴承安装槽603，并在两者缝隙处灌入高强速干胶水进行固结，并在低摩阻球面轴承604另一侧壁用方形盖板覆盖，并用螺栓进行锚固，使低摩阻球面轴承604外圈可以固定在配平轴承安装槽603槽壁上。将笔式局部位移传感器夹具602垂直于工字型配平轴承安装槽603进行装配，使笔式局部位移传感器夹具602的上下端固定在配平轴承安装槽603上下端面的凹槽中，并在两者组合体上下面进行锚固，而后在组合体在上表面锚固激光投射平板609。将笔式局部位移传感器601插入笔式局部位移传感器夹具602中轴上外侧固定孔中，调整笔式局部位移传感器夹具602位置并调节外侧锚固孔中螺栓对笔式局部位移传感器601进行锁紧。将单圈低摩阻电位器605旋钮端旋转至单圈中心位置，将旋钮端插入低摩阻球面轴承604内圈，并将高强速干胶水将渗入旋钮端与低摩阻球面轴承604内圈内壁进行固结。待固结完成，将单圈低摩阻电位器605主体嵌入至电位器限位槽606内，在电位器限位槽606外径边缘设置T型弹簧支撑607，并用螺栓将T型弹簧支撑607中心轴锚固在电位器限位槽606外径边缘。在T型弹簧支撑607两翼端套置弹簧608。完成上述步骤即可获得电位器控制结构600。

第二步，将局部位移传感器及电位器控制结构600安装在电动滑台500下端中心位置处；将激光位移传感器300通过螺栓与分离式可旋转夹具400连接形成的组合体装配在电动滑台台面500上端中心位置处；上述构件组合完成后，将组合体与电动滑台200进行连接，电动滑台台面500长中轴线与电动滑台200长轴向平行，并将步进电机100连接轴与电动滑台200传动轴首端相连；上述构件组合完成后，将组合体中电动滑台200末端嵌入电动滑台底座700并进行调平固定。在此步骤中，所有的连接方式均为锚接。完成上述两个步骤即完成单个电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的安装。

第三步，现将组装完成的电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装在三轴仪压力室内部，电动滑台底座700下表面与三轴仪压力室下盘上表面平行接触。

第四步，调整电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的位置，使笔式局部位移传感器601触头与三轴试样表面测点位置处粘贴的测点垫块900接触，接触点位为测点垫块900中心位置，保证笔式局部位移传感器601中心线延长线与三轴试样800轴心线相交，此时激光投射平板609上平面与试样轴线保证垂直，即激光投射平板609处于水平状态。

第五步，调整分离式可旋转夹具400使得激光位移传感器300发射的激光束与激光投射平板609保证垂直，且激光入射线与反射线形成的面与笔式局部位移传感器601平行，如附图4所示。待电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装位置确定好，将其锚固在在三轴压力室下盘上表面，完成电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装。

电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的安装数量及量程范围选择等根据实际试验需求确定。

本发明的有益效果是：本发明装置可以实现对三轴试样不同局部测点的轴向-径向位移的精准测量，可以用于静力试验，也可用于动力试验，不受加载条件的约束，且设备装置简单，不需要对常规三轴进行改造；虽然该装置属于接触式测量，但是仅有局部位移传感器触点与三轴试样表面结束，属于弹性范围内的点接触，不会对三轴试样试验过程中的变形产生干扰。该测量装置安装方法简单，操作简便，且测量精度高，为土工试验和砂砾料本构关系研究的发展提供了更便利、更有效的试验手段，具有良好的推广价值。

附图说明

图1为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置立体图；

图2为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置正视平面图；

图3为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置侧视平面图；

图4为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置及三轴试样俯视图；

图5为笔式局部位移传感器及电位器控制结构各部件分解示意图；图5(a)笔式局部位移传感器601；图5(b)笔式局部位移传感器夹具602；图5(c)配平轴承安装槽603；图5(d)低摩阻球面轴承604；图5(e)单圈低摩阻电位器605；图5(f)电位器限位槽606、T型弹簧支撑607及弹簧608组合图；图5(g)激光投射平板609；

图6为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置测量三轴试样局部变形原理图；图6(a)三轴试样变形前；图6(b)三轴试样变形中；图6(c)三轴试样变形后；

图7为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置测量三轴试样局部位移结果；图7(a)轴向位移；图7(b)径向位移；图7(c)测点实际位移；

图8为电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置测量三轴试样局部过程中激光位移传感器核准参数及电位器控制参数；图8(a)激光位移传感器核准参数；图8(b)电位器控制参数；

图中：100步进电机；200电动滑台；300激光位移传感器；400分离式可旋转夹具；500电动滑台台面；600局部位移传感器及电位器控制结构；700电动滑台底座；800三轴试样；测点垫块900；

601笔式局部位移传感器；602笔式局部位移传感器夹具；603配平轴承安装槽；604低摩阻球面轴承；605单圈低摩阻电位器；606电位器限位槽；607T型弹簧支撑；608弹簧；609激光投射平板；

300A测量初始状态激光位移传感器；300B测量过程中激光位移传感器；300C测量结束状态激光位移传感器；500A测量初始状态电动滑台台面；500B测量过程中电动滑台台面；500C测量结束状态电动滑台台面；600A测量初始状态局部位移传感器及电位器控制结构；600B测量过程中局部位移传感器及电位器控制结构；600C测量结束状态局部位移传感器及电位器控制结构；800A测量初始状态三轴试样；800B测量过程中三轴试样；800C测量结束状态三轴试样。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细且清晰地描述。所描述的具体实施例仅是本发明众多实施例中的一部分，并不代表全部实施例。一般地，附图中所展示的本发明实施例的组件可以按照不同位置或组装方式进行安装并实施。基于本发明所描述的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的具体实施例中，应当注意的是在下述附图中，部分构件功能相同，但不属于同一时刻的所述内容，且使用了不同的编号，在进行文字描述时，在名称后用大写英文字母A.B.C加以区分，在具体实施过程中则不需要区别对待，因其功能及使用方法是完全相同的。

在本发明的具体实施例中，应该明确说明的是，一些表示相对方向或者相对位置的术语，例如“上端”、“下端”、“正面”、“反面”“中心位置”等，都是为了描述某一具体构件相对其他构件所处的方位或者位置关系。该方位或者位置的描述，仅仅是为了方便且清晰的描述具体实施例，并不代表实际实施工程中不一定被严格限定，可根据各构件尺寸等实际信息加以改动。

一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，能够动态跟踪同步测量三轴试样局部轴-径向位移，用于常规静动三轴试验中试样局部轴向-径向位移测量。

如附图1、附图2和附图3，所述电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置主要包括步进电机100、电动滑台200、激光位移传感器300、分离式可旋转夹具400、电动滑台台面500、局部位移传感器及电位器控制结构600、电动滑台底座700。所述的步进电机100连接轴与电动滑台200传动轴首端相连；激光位移传感器300通过螺栓与分离式可旋转夹具400连接，二者行程组合体装配在电动滑台台面500上端中心位置处；在电动滑台台面500下端中心位置处装配局部位移传感器及电位器控制结构600；电动滑台200下端嵌入电动滑台底座700并进行调平固定。

如附图5(a)、附图5(b)、附图5(c)、附图5(d)、附图5(e)、附图5(f)及附图5(g)所述的局部位移传感器及电位器控制结构600主要包括笔式局部位移传感器601、笔式局部位移传感器夹具602、配平轴承安装槽603、低摩阻球面轴承604、单圈低摩阻电位器605、电位器限位槽606、T型弹簧支撑607、弹簧608和激光投射平板609。

如附图5(b)所述的笔式局部位移传感器夹具侧视为工字型，在中轴上侧向设置笔式局部位移传感器601固定孔，在固定孔旁垂直设置锚固孔，用于锁紧笔式局部位移传感器601；在上下端面中心位置设置通孔，用于放置螺栓使其固定在配平轴承安装槽603上下端面的凹槽中。

如附图5(c)所述的配平轴承安装槽603为工字型结构，中部设有用于嵌入低摩阻球面轴承604的带边缘固定板圆形通孔，通孔一侧设置方形板槽，沿在圆形通孔轴线方向在圆形通孔边缘设置两个螺纹孔，用于固定方形盖板，上下端面设有与笔式局部位移传感器夹具602上下端面配合的凹槽。

如附图5(d)所述的低摩阻球面轴承604装配在配平轴承安装槽603中心圆形通孔中，在低摩阻球面轴承604外壁与配平轴承安装槽603中心圆形通孔内壁用高强速干胶水进行固结，并在低摩阻球面轴承604另一侧壁用方形盖板覆盖，并用螺栓进行锚固，该方形盖板中心部位设置与配平轴承安装槽603中心圆形通孔中直径相同的通孔，目的在于可以使单圈低摩阻电位器605旋钮端可以与低摩阻球面轴承604内壁连接。

如附图5(e)所述的单圈低摩阻电位器605为该装置控制枢纽，旋钮端与低摩阻球面轴承604内壁相接，并用高强度速干胶水进行固结。单圈低摩阻电位器605接线端安置在电位器限位槽606方形槽内。

如附图5(f)所述的电位器限位槽606为扇形体，弧度为30°，在扇形体内设置方形槽，槽宽与单圈低摩阻电位器605接线端直径相同，槽深与单圈低摩阻电位器605接线端长度相同，在槽底面设置四个中心对称的螺纹孔，该通孔用于将电位器限位槽606锚固在电动滑台台面500下端中心位置处。待锚固完成后，将单圈低摩阻电位器605插入方形槽，并在孔隙中填入环氧树脂用于固定。在电位器限位槽606外径边缘设置T型弹簧支撑607，并用螺栓将T型弹簧支撑607中心轴锚固在电位器限位槽606外径边缘。在T型弹簧支撑607两翼端套置弹簧608。T型弹簧支撑607及弹簧608的安装只要是为了使该装置在测量过程中，在变形较迅速或者出现大变形是可以保证测量装置的稳定，防止该装置失控，造成设备损坏。

如附图5(g)所述的激光投射平板609为长方体薄板，上表面光滑平整用于反射激光位移传感器300投射的激光，下表面开设螺纹孔用于将其锚固在配平轴承安装槽603上表面。

一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的使用过程如下：

第一步，首先组装局部位移传感器及电位器控制结构600，将低摩阻球面轴承604嵌入配平轴承安装槽603，并在两者缝隙处灌入高强速干胶水进行固结，并在低摩阻球面轴承604另一侧壁用方形盖板覆盖，并用螺栓进行锚固，使低摩阻球面轴承604外圈可以固定在配平轴承安装槽603槽壁上。将笔式局部位移传感器夹具602垂直于工字型配平轴承安装槽603进行装配，使笔式局部位移传感器夹具602的上下端固定在配平轴承安装槽603上下端面的凹槽中，并在两者组合体上下面进行锚固，而后在组合体在上表面锚固激光投射平板609。将笔式局部位移传感器601插入笔式局部位移传感器夹具602中轴上外侧固定孔中，调整笔式局部位移传感器夹具602位置并调节外侧锚固孔中螺栓对笔式局部位移传感器601进行锁紧。将单圈低摩阻电位器605旋钮端旋转至单圈中心位置，将旋钮端插入低摩阻球面轴承604内圈，并将高强速干胶水将渗入旋钮端与低摩阻球面轴承604内圈内壁进行固结。待固结完成，将单圈低摩阻电位器605主体嵌入至电位器限位槽606内，在电位器限位槽606外径边缘设置T型弹簧支撑607，并用螺栓将T型弹簧支撑607中心轴锚固在电位器限位槽606外径边缘。在T型弹簧支撑607两翼端套置弹簧608。完成上述步骤即可获得电位器控制结构600。

第二步，将局部位移传感器及电位器控制结构600安装在电动滑台500下端中心位置处；将激光位移传感器300通过螺栓与分离式可旋转夹具400连接形成的组合体装配在电动滑台台面500上端中心位置处；上述构件组合完成后，将组合体与电动滑台200进行连接，电动滑台台面500长中轴线与电动滑台200长轴向平行，并将步进电机100连接轴与电动滑台200传动轴首端相连；上述构件组合完成后，将组合体中电动滑台200末端嵌入电动滑台底座700并进行调平固定。在此步骤中，所有的连接方式均为锚接。完成上述两个步骤即完成单个电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的安装。

第三步，现将组装完成的电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装在三轴仪压力室内部，电动滑台底座700下表面与三轴仪压力室下盘上表面平行接触。

第四步，调整电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的位置，使笔式局部位移传感器601触头与三轴试样表面测点位置处粘贴的测点垫块900接触，接触点位为测点垫块900中心位置，保证笔式局部位移传感器601中心线延长线与三轴试样800轴心线相交，此时激光投射平板609上平面与试样轴线保证垂直，即激光投射平板609处于水平状态；

第五步，调整分离式可旋转夹具400使得激光位移传感器300发射的激光束与激光投射平板609保证垂直，且激光入射线与反射线形成的面与笔式局部位移传感器601平行，如附图4所示。待电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装位置确定好，将其锚固在在三轴压力室下盘上表面，完成电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装。

进一步的，电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的安装数量及量程范围选择等根据实际试验需求确定。

一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的测量原理如下，现根据附图6(a)、附图6(b)及附图6(c)，详细描述：

由附图6(a)，电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装完成时，三轴试样800A处于初始状态，局部测点未发生任何方向上的位移。局部位移传感器及电位器控制结构600A与三轴试样轴线保持垂直，此时处于平衡位置；电动滑台台面500A处于初始状态，对应的轴向位移数值为0；激光位移传感器300A数值处于测量范围平衡位置，对应的控制参考位移数值为0。

由附图6(b)，三轴仪作动装置开始加载，三轴试样800B发生形变，局部测点在轴向和径向均发生位移，此处，不考虑试样体局测点部发生转动平面内转动；随着局部测点的位移变化，局部位移传感器及电位器控制结构600B发生旋转，旋转中心轴为单圈低摩阻电位器605，记录单圈低摩阻电位器605旋转角度数值；激光位移传感器300B测得与激光投射平板609之间的距离已经超越平衡位置，记录偏差值作为控制参考位移数值；此时电动滑台台面500B尚未滑动。

由附图6(c)，三轴仪作动装置持续加载，三轴试样800C变形结束，此时为一个循环控制中变形位点，并未是实际试验过程中的变形结束。电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置控制程序获取单圈低摩阻电位器605旋转角度数值，控制步进电机100，推动电动滑台200，电动滑台台面500C发生位移，当单圈低摩阻电位器605旋转角度数值回归至平衡位置时，步进电机停止工作，此时电动滑台台面500C位移数值作为该测点轴向位移数值；同时，笔式局部位移传感器测得位移值即为该测点径向位移数值。记录此时刻激光位移传感器300C数值，用于校核局部位移传感器及电位器控制结构600C是否回归至平衡位置。

上述测量过程在试验过程中反复进行，电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置控制采集算法不在本发明内容中详述。

现以砂砾料固结排水循环加卸载试验为例，具体阐述如何利用本发明装置对三轴试样局部位移进行准确测量，进一步具体阐述本发明的测试原理：

首先，按照《土工试验规程SL237-1999》制备砂砾料三轴试样，并完成砂砾料三轴试样安装。

进一步地，按照上述装置组装过程完成电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的组装，如附图1、附图2、附图3、附图4、附图5所示。并将组装完成的电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置安装在三轴仪压力室内部。本实例中仅需安装一台电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置。

进一步地，继续按照《土工试验规程SL237-1999》，对砂砾料三轴试样进行通气，饱和及固结。同时，将电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置的步进电机100控制线，激光位移传感器300数据线，单圈低摩阻电位器605数据线及笔式局部位移传感器601数据线与控制采集电控机上采集控制卡相连。完成试验加载前的所有准备工作。

进一步地，同时激活三轴加载控制程序和电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置控制采集程序，开始试验，记录笔式局部位移传感器601数据，记录电动滑台200行走数据，记录激光位移传感器300数据，记录单圈低摩阻电位器605数据。将电动滑台200行走数据作为砂砾料三轴试样测点轴向位移，如图7(a)所示；将记录笔式局部位移传感器601数据作为砂砾料三轴试样测点径向位移，如图7(b)所示；砂砾料三轴试样测点实际变形位移如图7(c)所示。将单圈低摩阻电位器605数据作为该测量装置控制参数，实时调整设备，实现有效地跟踪测量，测量过程中单圈低摩阻电位器605数据如附图8(a)所示；将激光位移传感器300数据作为测量装置控制参数的参考数据，用于控制有效性地校核，激光位移传感器300数据如附图8(b)所示。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，其特征在于，所述的测量装置能够动态跟踪同步测量三轴试样局部轴-径向位移，包括步进电机(100)、电动滑台(200)、激光位移传感器(300)、分离式可旋转夹具(400)、电动滑台台面(500)、局部位移传感器及电位器控制结构(600)、电动滑台底座(700)；所述的激光位移传感器(300)与分离式可旋转夹具(400)连接形成的组合体装配在电动滑台台面(500)一侧面的上端中心位置处，电动滑台台面(500)该侧下端中心位置处装配局部位移传感器及电位器控制结构(600)，电动滑台台面(500)另一侧面与电动滑台(200)连接，且电动滑台台面(500)长中轴线与电动滑台(200)长轴向平行；所述的电动滑台(200)传动轴首端与步进电机(100)连接轴相连，电动滑台(200)末端嵌入电动滑台底座(700)并进行调平固定；

所述的局部位移传感器及电位器控制结构(600)包括笔式局部位移传感器(601)、笔式局部位移传感器夹具(602)、配平轴承安装槽(603)、低摩阻球面轴承(604)、单圈低摩阻电位器(605)、电位器限位槽(606)、T型弹簧支撑(607)、弹簧(608)和激光投射平板(609)；

所述的笔式局部位移传感器夹具(602)为工字型结构；在中轴上侧向设置笔式局部位移传感器(601)固定孔，在固定孔旁垂直设置锚固孔，用于锁紧笔式局部位移传感器(601)；在上下端面中心位置设置通孔，用于放置螺栓使其固定在配平轴承安装槽(603)上下端面的凹槽中；

所述的配平轴承安装槽(603)为工字型结构；所述配平轴承安装槽(603)中部设有用于嵌入低摩阻球面轴承(604)的圆形通孔，通孔一侧设置方形板槽，沿在圆形通孔轴线方向在圆形通孔边缘设置两个螺纹孔，用于固定方形盖板；所述配平轴承安装槽(603)的上下端面设有与笔式局部位移传感器夹具(602)上下端面配合的凹槽；

所述的低摩阻球面轴承(604)装配在配平轴承安装槽(603)中心圆形通孔中，所述低摩阻球面轴承(604)侧壁用方形盖板覆盖，并用螺栓进行锚固，该方形盖板中心部位设置与配平轴承安装槽(603)中心圆形通孔中直径相同的通孔，使单圈低摩阻电位器(605)旋钮端可以与低摩阻球面轴承(604)内壁连接；

所述的单圈低摩阻电位器(605)为控制枢纽，其旋钮端与低摩阻球面轴承(604)内壁相接并在孔隙中填入环氧树脂进行固结，其接线端放置在电位器限位槽(606)的方形槽内；

所述的电位器限位槽(606)为扇形体，在扇形体内设置方形槽，槽宽与单圈低摩阻电位器(605)接线端直径相同，槽深与单圈低摩阻电位器(605)接线端长度相同，在槽底面设置螺纹孔，将电位器限位槽(606)锚固在电动滑台台面(500)下端中心位置处；所述电位器限位槽(606)外径边缘设置T型弹簧支撑(607)，T型弹簧支撑(607)中心轴锚固在电位器限位槽(606)外径边缘，T型弹簧支撑(607)两翼端套置弹簧(608)；所述T型弹簧支撑(607)及弹簧(608)能够在测量过程中，保证测量装置的稳定；

所述的激光投射平板(609)为长方体薄板，其上表面光滑平整用于反射激光位移传感器(300)投射的激光，下表面开设螺纹孔用于将其锚固在配平轴承安装槽(603)上表面。

2.根据权利要求1所述的一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，其特征在于，所述低摩阻球面轴承(604)外壁与配平轴承安装槽(603)中心圆形通孔内壁用高强速干胶水进行固结。

3.根据权利要求1所述的一种电位器控制动态跟踪双向同步位移测量装置，其特征在于，所述的电位器限位槽(606)扇形体的弧度为30°。

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