CN112539993A - 一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法，包括鼓风机、超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管、应力传感器、应变传感器、输气管、压力表和气阀，所述鼓风机输出端的一侧外壁上固定连接有输气管，所述输气管的两端外壁上固定连接有超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管，所述鼓风机的一侧设置有模型箱体，且超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管插接于模型箱体的内部；本装置可在岩土体相似材料填充过程中，充气提高固定装置刚度，精确定位传感器安装方向和位置；实验过程中，放气降低固定装置刚度，避免对岩土体变形位移结果的影响；本装置结构简单、制作成本低、操作简便，为最终试验数据的准确性提供了可靠的保障。

Description

一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器设备技术领域，具体为一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法。

背景技术

随着国家经济的快速发展以及城市现代化进程加快，开发利用地下空间越来越体现出巨大经济效益和社会效益，21世纪将是地下空间开发利用的世纪；其中，城市公路隧道、地铁隧道等能够有效避免城市地面拥挤、充分利用空间，还具有减噪降扰、节约能源、时效快速等特点；随着隧道的数量不断增加，规模不断增大，形式不断复杂，很多学者正在通过多种方式进行施工力学特性的探索，研究隧道工程设计和施工方法的优化；其中，模型试验是研究隧道工程施工力学特性的主要有效方法之一；模型试验中，观测隧道施工过程中地层、结构中的应力应变以及位移变形分布是不可或缺的一项工作；但在现有模型试验过程中，触感器单独预埋于岩土体中，后续填筑过程将扰动已填埋传感器的方向和位置；传感器采用刚性杆件固定，固定用的刚性杆件将约束后续岩土体的位移和变形，两方面的不足都将使得试验数据失真；因此，现阶段发明出一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，包括鼓风机、超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管、应力传感器、应变传感器、输气管、压力表、气阀和模型箱体，所述鼓风机输出端的一侧外壁上固定连接有输气管，所述输气管的一侧外壁上固定连接有压力表，所述输气管的两端外壁上固定连接有超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管，所述鼓风机的一侧设置有模型箱体，且超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管插接于模型箱体的内部，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管的一侧内壁上固定连接有应力传感器，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管的一侧内壁上固定连接有应力传感器。

一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置的方法，包括步骤一，传感器支撑装置环向布置；步骤二，传感器支撑装置平行布置；步骤三，鼓风机安装；步骤四，压力表和气阀安装；步骤五，充气；步骤六，传感器支撑装置使用；步骤七，传感器安装；步骤八，材料填充；步骤九，放气；

其中上述步骤一中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管沿隧道环向布置；

其中上述步骤二中，多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管沿隧道轴向平行布置；

其中上述步骤三中，将鼓风机通过输气管连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管的进气口；

其中上述步骤四中，在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管进气口方向安装上压力表，出气口方向安装上气阀；

其中上述步骤五中，启动鼓风机为超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管提供气压，同时关闭出气口方向的气阀，使得超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管直立起来；

其中上述步骤六中，通过压力表测量气压强度，当气压达到设定值时停止向超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管供气，并维持其内部气压稳定并保持支立；

其中上述步骤七中，将应力传感器和应变传感器按模型试验需求绑扎固定在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管上；

其中上述步骤八中，对模型箱体进行相似材料填充，直至填充完毕；

其中上述步骤九中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管内部气体放空，使超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管失去刚度。

根据上述技术方案，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管，沿隧道环向布置；多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管沿隧道轴向平行布置；

根据上述技术方案，所述应力传感器和应变传感器绑扎固定于超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管上。

根据上述技术方案，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管为截面尺寸外径6mm，内径4mm，承压10bar的超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管。

根据上述技术方案，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管设有出气口和进气口。

根据上述技术方案，所述鼓风机通过输气管连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管的进气口，为传感器支撑装置提供气压；所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管进气口方向设有压力表，出气口方向设有气阀。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该发明安全、可靠，整个装置结构简单、制作成本低、易于组装操作；解决了填筑过程中岩土体填筑过程中传感器的准确定位和定向问题；避免了试验过程中传统刚性固定杆件对后续试验过程中岩土体位移和变形的约束；解决了试验过程中传感器位置和方向出现的人为误差问题，为最终试验数据的准确性提供了可靠地保障。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体构造侧视结构示意图；

图2为本发明的整体构造正视结构示意图；

图3是本发明的方法流程图；

图中：1、鼓风机；2、超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管；3、应力传感器；4、应变传感器；5、输气管；6、压力表；7、气阀；8、模型箱体。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，包括鼓风机1、超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2、应力传感器3、应变传感器4、输气管5、压力表6、气阀7和模型箱体8，鼓风机1输出端的一侧外壁上固定连接有输气管5，输气管5的一侧外壁上固定连接有压力表6，输气管5的两端外壁上固定连接有超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2，鼓风机1的一侧设置有模型箱体8，且超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2插接于模型箱体8的内部，超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的一侧内壁上固定连接有应力传感器3，超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的一侧内壁上固定连接有应变传感器4；超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2，沿隧道环向布置；多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2沿隧道轴向平行布置；应力传感器3和应变传感器4绑扎固定于超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2上；超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2为截面尺寸外径6mm，内径4mm，承压10bar的超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2；其既有很好的抗胀强度，又有弹性和柔韧性，适用温度广泛在-60℃～+80℃的范围内；超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2设有出气口和进气口；鼓风机1通过输气管5连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的进气口，为传感器支撑装置提供气压；超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2进气口方向设有压力表6，出气口方向设有气阀7，通过气阀7开闭和鼓风机1鼓风可调节超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的刚度。

请参阅图3，本发明提供一种技术方案：一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置的方法，包括步骤一，传感器支撑装置环向布置；步骤二，传感器支撑装置平行布置；步骤三，鼓风机安装；步骤四，压力表和气阀安装；步骤五，充气；步骤六，传感器支撑装置使用；步骤七，传感器安装；步骤八，材料填充；步骤九，放气；

其中上述步骤一中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2沿隧道环向布置；

其中上述步骤二中，多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2沿隧道轴向平行布置；

其中上述步骤三中，将鼓风机1通过输气管5连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的进气口；

其中上述步骤四中，在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2进气口方向安装上压力表6，出气口方向安装上气阀7；

其中上述步骤五中，启动鼓风机1为超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2提供气压，同时关闭出气口方向的气阀7，使得超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2直立起来；

其中上述步骤六中，通过压力表6测量气压强度，当气压达到设定值时停止向超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2供气，并维持其内部气压稳定并保持支立；

其中上述步骤七中，将应力传感器3和应变传感器4按模型试验需求绑扎固定在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2上；

其中上述步骤八中，对模型箱体8进行相似材料填充，直至填充完毕；

其中上述步骤九中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2内部气体放空，使超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2失去刚度。

基于上述，本发明的优点在于，该发明使用时，用于隧道开挖模型试验中固定应变片传感器的气压调节刚度可变装置，包括传感器支撑装置和充放气装置，传感器支撑装置由超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2组成，作用是为了固定诸如应力传感器3和应变传感器4等测试传感器，可承受10bar内压，满足试验所需支撑刚度要求；充放气装置由鼓风机1，输气管5，压力表6和气阀7组成；鼓风机1的作用是为了提供恒定的气压补给，满足试验所需气压要求；鼓风机1通过输气管5连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2的进气口，超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管2进气口方向设有压力表6，出气口方向设有气阀7，可对气压进行实时的监测和调节。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，包括鼓风机(1)、超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)、应力传感器(3)、应变传感器(4)、输气管(5)、压力表(6)、气阀(7)和模型箱体(8)，其特征在于：所述鼓风机(1)输出端的一侧外壁上固定连接有输气管(5)，所述输气管(5)的一侧外壁上固定连接有压力表(6)，所述输气管(5)的两端外壁上固定连接有超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)，所述鼓风机(1)的一侧设置有模型箱体(8)，且超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)插接于模型箱体(8)的内部，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)的一侧内壁上固定连接有应力传感器(3)，所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)的一侧内壁上固定连接有应变传感器(4)。

2.一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置的方法，包括步骤一，传感器支撑装置环向布置；步骤二，传感器支撑装置平行布置；步骤三，鼓风机安装；步骤四，压力表和气阀安装；步骤五，充气；步骤六，传感器支撑装置使用；步骤七，传感器安装；步骤八，材料填充；步骤九，放气；其特征在于：

其中上述步骤一中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)沿隧道环向布置；

其中上述步骤二中，多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)沿隧道轴向平行布置；

其中上述步骤三中，将鼓风机(1)通过输气管(5)连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)的进气口；

其中上述步骤四中，在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)进气口方向安装上压力表(6)，出气口方向安装上气阀(7)；

其中上述步骤五中，启动鼓风机(1)为超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)提供气压，同时关闭出气口方向的气阀(7)，使得超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)直立起来；

其中上述步骤六中，通过压力表(6)测量气压强度，当气压达到设定值时停止向超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)供气，并维持其内部气压稳定并保持支立；

其中上述步骤七中，将应力传感器(3)和应变传感器(4)按模型试验需求绑扎固定在超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)上；

其中上述步骤八中，对模型箱体(8)进行相似材料填充，直至填充完毕；

其中上述步骤九中，将超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)内部气体放空，使超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)失去刚度。

3.根据权利要求1所述的一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，其特征在于：所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)，沿隧道环向布置；多个超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)沿隧道轴向平行布置。

4.根据权利要求3所述的一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，其特征在于：所述应力传感器(3)和应变传感器(4)绑扎固定于超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)上。

5.根据权利要求3所述的一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，其特征在于：所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)为截面尺寸外径6mm，内径4mm，承压10bar的超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)。

6.根据权利要求3所述的一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，其特征在于：所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)设有出气口和进气口。

7.根据权利要求6所述的一种模型试验中固定传感器的气压调节刚度装置，其特征在于：所述鼓风机(1)通过输气管(5)连接至超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)的进气口，为传感器支撑装置提供气压；所述超小截面拱形聚酰胺纤维充气软管(2)进气口方向设有压力表(6)，出气口方向设有气阀(7)。

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