CN112505293B - 一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯及其使用方法，该测量杯包括：测量杯本体，设置在所述测量杯本体顶部的测重及数据处理装置、竖直设置在所述测量杯本体外侧的红外测量装置，装置待测岩石且放置于内盛有水的所述测量杯本体内部的待测装样袋；其中，所述红外测量装置包括紧贴所述测量杯本体外侧壁的红外线接收装置、设置在所述红外线接收装置外侧的红外线发射装置、固定在所述红外线接收装置、红外线发射装置中间且两端与所述测量杯本体连接的连通管、移动放置在所述连通管中的浮标。该智能测量杯设计简单、合理，操作使用便利，能够解决传统岩石吸水率测量效率低的问题。

Description

一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯及其使用方法
技术领域
本发明属于岩石检测技术领域，具体涉及一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯及其使用方法。
背景技术
岩石是经过地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合体，由于各种内外界因素，如风化、滑坡、坍塌等，岩石也会存在不同程度的裂隙发育，这对于岩石的力学性能、抗冻性、抗风化等能力有着极为重要的影响。通过测量岩石的吸水率，可有效地反映出岩石裂隙的发育程度，对于工程设计、施工等有着重要的指导意义。传统的岩石吸水率因一定的时间段后将岩石捞出称重后放回，如此循环，存在三方面的不足：一是每次测量擦拭程度不一样，对于测量结果的精确性有影响；二是不能够连续测量，不便于反映岩石吸水过程；三是耗时费力，浪费试验人员的时间和精力，增大人工与时间成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯，该测量杯结构设计简单、操作使用便利，能提高岩石吸水率的测量效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯，包括：测量杯本体，设置在所述测量杯本体顶部的测重及数据处理装置、竖直设置在所述测量杯本体外侧的红外测量装置，装置待测岩石且放置于内盛有水的所述测量杯本体内部的待测装样袋；其中，
所述红外测量装置包括紧贴所述测量杯本体外侧壁的红外线接收装置、设置在所述红外线接收装置外侧的红外线发射装置、固定在所述红外线接收装置、红外线发射装置中间且两端与所述测量杯本体连接的连通管、移动放置在所述连通管中的浮标。
进一步地，所述测重及数据处理装置包括电子秤称重系统、红外数据接收系统、用于计算待测岩石吸水率的数据传输处理系统、计时系统、数据存储系统，且外侧设置有USB接口、电源键、显示屏、称重键、清零键、计时键；
其中，所述数据传输处理系统与电子秤称重系统、红外数据接收系统、计时系统、数据存储系统均信号连接；
所述红外数据接收系统用于接收所述红外线接收装置传输信号得到连通器的某一时刻高度；
所述称重键用于启动所述电子秤称重系统对待测岩石进行称重，所述计时键用于启动所述计时系统记录试验时间，所述清零键用于清理所述数据传输处理系统中的无效试验数据，并重新开始新试验。
进一步地，所述数据传输处理系统通过以下方式得到待测岩石的吸水率：
Figure BDA0002783196180000021
其中，wi为i时刻待测岩石的吸水率，S为测量杯本体的内截面积S，hi为浮标i时刻高度，h0为浮标中初始时刻的高度，m为待测岩石重量。
进一步地，所述浮标包括低密度材料制成的浮子、设置在所述浮子上方的光靶，所述光靶为不通光材料。
进一步地，所述装样袋设置有抽气孔、密封带、用于控制密封带的拉链头。
进一步地，所述测量杯本体上部开设有一预留孔。
进一步地，还包括细绳，所述细绳一端系在拉链头上，另一端穿过预留孔置于测量杯本体外。
进一步地，所述细绳为不吸水尼龙制品。
进一步地，所述测量杯本体、测重及数据处理装置可拆卸连接。
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种上述的测量杯进行岩石吸水率测量的方法，该方法用于测量岩石吸水率，且效率高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：该方法，包括以下步骤：
将有放置有待测岩石的装样袋放入测量杯，并加入适量的水；
待浮标稳定后，按下测重及数据处理装置中的计时键开始计时，同时拉动细绳将装样袋上的密封带打开，使得所述测量杯中的水能够与岩样充分接触；
光靶将红外线发射装置发射的红外线遮挡，红外线接收装置接收不到该位置的红外线，并将相关信号传输至测重及数据处理装置的红外数据接收系统，所述红外数据接收系统分析得到浮标的高度；
数据传输处理系统接收所述红外数据接收系统得到的浮标高度并计算得到所述待测岩石的吸水率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯及其使用方法，发明提出的实时测量岩石吸水率的智能测量杯结构设计简单、合理，操作使用便利，能够解决传统岩石吸水率测量速度慢、效率低、准确性低等问题，能极大的提高岩石吸水率测量工作的效率，大大降低成本，具有重要的运用前景和实际意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的三维立体图；
图2为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的Ι－Ι剖面简图；
图3为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的红外测量装置正面图；
图4为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的浮标大样图；
图5为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的A处大样图；
图6为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的装样袋示意图；
图7为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的装样袋示意图Ⅱ－Ⅱ剖面图；
图8为本发明实时测量岩石吸水率的智能测量杯的装样袋示意图中B的大样图。
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清楚、完整地描述。显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
参考图1为本发明一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯的三维立体图，具体地，本实施例中的测量杯包括：测量杯本体2，测量杯本体2上部开设有一预留孔201，设置在测量杯本体2顶部的测重及数据处理装置1、竖直设置在测量杯本体2外侧的红外测量装置3，装置待测岩石且放置于内盛有水的测量杯本体2内部的待测装样袋6；测量杯本体2、测重及数据处理装置1可拆卸连接；
参考图2与图3，红外测量装置3包括紧贴测量杯本体2外侧壁的红外线接收装置301、设置在红外线接收装置301外侧的红外线发射装置302、固定在红外线接收装置301、红外线发射装置302中间且两端与测量杯本体2连接的连通管4、移动放置在连通管4中的浮标5；
本实施例中，连通管4上可均匀设置刻度，且连通管4与测量杯本体2中间空气连通，参考图4，浮标5包括低密度材料制成的浮子501、设置在浮子501上方的光靶502，光靶502为不通光材料且具有一些厚度，能在测量杯使用时，将红外线发射装置302发射的红外线遮挡，使得红外线接收装置301接收不到该位置的红外线，但厚度也不宜太厚，造成实验数据的偏差；
优选地，连通管4的上、下部分还设置有类图5中的限制结构，，用于将浮标5限制在连通管4中，防止浮标5在使用过程中流入测量杯本体2中，该限制结构需略小于连通管4的内截面积，且能是水流在该限制结构与连通管4中自由流通；
装样袋6设置有抽气孔601、密封带602、用于控制密封带602的拉链头603、细绳7，细绳7一端系在拉链头603上，另一端穿过预留孔201置于测量杯本体2外，本实施例中的细绳7为不吸水尼龙制品；
本实施例中的装样袋6结构可参考图6，密封带602、拉链头603为常有的密封带与拉链头，如图7中所示的结构、图8中所示的拉链头603结构，在使用时，将待测岩石装入装样袋6后将密封带602和拉链头603密封，然后通过抽气孔601将装样袋6抽成真空状态，同时将细绳7一端系在拉链头603上，另一端穿过预留孔201置于杯外，当密封完毕的岩样及装样袋6放入测量杯后，加入适量的水后，待连通管4中的浮标5稳定后，按下计时键105开始试验，然后拉动细绳7将密封带602打开，使得测量杯中的水能够与岩样充分接触。
参考图1的测量杯上部分，测重及数据处理装置1包括电子秤称重系统、红外数据接收系统、用于计算待测岩石吸水率的数据传输处理系统、计时系统、数据存储系统，且外侧设置有USB接口101、电源键102、显示屏103、称重键104、清零键106、计时键105；USB接口(101)为多功能用途，既可以用于设备充电，还可以用于设备数据存储系统所存储数据传输到电脑上的数据线接口；电源键(102)用于控制设备仪器及各个系统的工作的开启及终结；显示屏(103)用于实时显示时间及测量的吸水率数据；
本实施例中，数据传输处理系统与电子秤称重系统、红外数据接收系统、计时系统、数据存储系统均信号连接；红外数据接收系统与红外线接收装置301信号相连，用于接收红外线接收装置301传输信号，然后将红外线接收装置301传输信号转化为得到连通器4中浮标5的某一时刻高度；
称重键104用于启动电子秤称重系统对待测岩石进行称重，计时键105用于启动计时系统记录试验时间，清零键106用于清理数据传输处理系统中的无效试验数据，并重新开始新试验；
在一具体实施例中，称重键104启动测重及数据处理装置1中称重系统，采集待测岩样质量m；计时键105启动测重及数据处理装置1中的计时系统，并记录试验时间t；红外数据接收系统接收来自红外线接收装置301传输信号，经处理后可得出t0时刻的连通器4中浮标5的初始时刻的高度h0，以及ti时刻高度hi；数据传输处理系统中便可计算出ti时刻的岩样吸水率wi，已知测量杯本体2的内截面积S，数据传输处理系统接收以上数据，可通过以下方式得到待测岩石ti时刻的吸水率wi：
Figure BDA0002783196180000081
其中，wi为ti时刻待测岩石的吸水率，S为测量杯本体2的内截面积S，hi为连通器的浮标ti时刻高度，h0为连通器4的浮标中t0初始时刻的高度，m为待测岩石重量。
实施例2
基于实施例1中的一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯，本实施例中提供一种使用该实时测量岩石吸水率的智能测量杯进行岩石吸水率测量的方法，包括以下步骤：
S1：将有放置有待测岩石的装样袋放入测量杯，并加入适量的水；
本实施例中，首先选取待测岩石，并将待测岩石装入装样袋中，密封好，然后通过抽气孔将装样袋抽成真空状态，同时，将细绳一端系在拉链头，然后将有待测岩石的装样袋放入测量杯中，并将细绳另一端穿过预留孔置于杯外，向测量杯中加入适量的水；
优选地，本发明中可以预先开启通过测重及数据处理装置，即在将待测岩石放入测量杯中之前，打开电源键，随后打开称重键启动电子秤称重系统对待测岩石进行称重；
S2：待浮标稳定后，按下测重及数据处理装置中的计时键开始计时，同时拉动细绳将装样袋上的密封带打开，使得测量杯中的水能够与岩样充分接触；
本步骤中，待浮标稳定后，按下计时键启动计时系统记录试验时间，同时拉动细绳将密封带打开，使得测量杯中的水能够与岩样充分接触；
S3：光靶将红外线发射装置发射的红外线遮挡，红外线接收装置接收不到该位置的红外线，并将相关信号传输至测重及数据处理装置的红外数据接收系统，红外数据接收系统分析得到浮标的高度；
S4：数据传输处理系统接收红外数据接收系统得到的浮标高度并计算得到待测岩石的吸水率。
在待测岩石与水充分接触的过程中，红外数据接收系统将浮标的高度数据发送给数据传输处理系统，数据传输处理系统根据初始时间的浮标高度，以及当前时间的浮标高度，计算当前时刻待测岩石的吸水率，公式如下：
Figure BDA0002783196180000091
其中，wi为ti时刻待测岩石的吸水率，S为测量杯本体2的内截面积S，hi为连通器的浮标ti时刻高度，h0为连通器4的浮标中t0初始时刻的高度，m为待测岩石重量。
在试验过程中，显示屏实时显示时间及当前测量的吸水率数据。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种实时测量岩石吸水率的智能测量杯，其特征在于，包括：测量杯本体（2），设置在所述测量杯本体（2）顶部的测重及数据处理装置（1）、竖直设置在所述测量杯本体（2）外侧的红外测量装置（3），装置待测岩石且放置于内盛有水的所述测量杯本体（2）内部的待测装样袋（6）；其中，
所述红外测量装置（3）包括紧贴所述测量杯本体（2）外侧壁的红外线接收装置（301）、设置在所述红外线接收装置（301）外侧的红外线发射装置（302）、固定在所述红外线接收装置（301）、红外线发射装置（302）中间且两端与所述测量杯本体（2）连接的连通管（4）、移动放置在所述连通管（4）中的浮标（5）；所述红外线发射装置（302）以及红外线接收装置（301）覆盖整个连通管（4）。
2.根据权利要求1所述的测量杯，其特征在于，所述测重及数据处理装置（1）包括电子秤称重系统、红外数据接收系统、用于计算待测岩石吸水率的数据传输处理系统、计时系统、数据存储系统，且外侧设置有USB接口（101）、电源键（102）、显示屏（103）、称重键（104）、清零键（106）、计时键（105）；
其中，所述数据传输处理系统与电子秤称重系统、红外数据接收系统、计时系统、数据存储系统均信号连接；
所述红外数据接收系统用于接收所述红外线接收装置（301）传输信号得到连通器（4）的某一时刻高度；
所述称重键（104）用于启动所述电子秤称重系统对待测岩石进行称重，所述计时键（105）用于启动所述计时系统记录试验时间，所述清零键（106）用于清理所述数据传输处理系统中的无效试验数据，并重新开始新试验。
3.根据权利要求2所述的测量杯，其特征在于，所述数据传输处理系统通过以下方式得到待测岩石的吸水率：
Figure 69424DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 637764DEST_PATH_IMAGE004
为i时刻待测岩石的吸水率，
Figure 417501DEST_PATH_IMAGE006
为测量杯本体（2）的内截面积S，
Figure 78289DEST_PATH_IMAGE008
为浮标（5）i 时刻高度，
Figure 892662DEST_PATH_IMAGE010
为浮标（5）中初始时刻的高度，
Figure 980703DEST_PATH_IMAGE012
为待测岩石重量。
4.根据权利要求1所述的测量杯，其特征在于，所述浮标（5）包括低密度材料制成的浮子（501）、设置在所述浮子（501）上方的光靶（502），所述光靶（502）为不通光材料。
5.根据权利要求1所述的测量杯，其特征在于，所述装样袋（6）设置有抽气孔（601）、密封带（602）、用于控制密封带（602）的拉链头（603）。
6.根据权利要求5所述的测量杯，其特征在于，所述测量杯本体（2）上部开设有一预留孔（201）。
7.根据权利要求6所述的测量杯，其特征在于，还包括细绳（7），所述细绳（7）一端系在拉链头（603）上，另一端穿过预留孔（201）置于测量杯本体（2）外。
8.根据权利要求7所述的测量杯，其特征在于，所述细绳（7）为不吸水尼龙制品。
9.根据权利要求1-8任一项所述的测量杯，其特征在于，所述测量杯本体（2）、测重及数据处理装置（1）可拆卸连接。
10.一种使用如权利要求1-9任一项所述的测量杯进行岩石吸水率测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将有放置有待测岩石的装样袋放入测量杯，并加入适量的水；
待浮标稳定后，按下测重及数据处理装置中的计时键开始计时，同时拉动细绳将装样袋上的密封带打开，使得所述测量杯中的水能够与岩样充分接触；
光靶将红外线发射装置发射的红外线遮挡，红外线接收装置接收不到该位置的红外线，并将相关信号传输至测重及数据处理装置的红外数据接收系统，所述红外数据接收系统分析得到浮标的高度；
数据传输处理系统接收所述红外数据接收系统得到的浮标高度并计算得到所述待测岩石的吸水率。
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