CN114646424B - 一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石凿碎比功仪，具体涉及一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，包括静态校准和动态校准，静态校准包括如下步骤：S1，将校准装置的冲击示功传感器放置在静态校准台上；S2，在冲击示功传感器的适配头上安装标准砝码座；S3,往标准砝码座上多次增加标准砝码；S4，计算静态系数k；动态校准包括如下步骤：K1，将校准装置的冲击示功传感器放置在动态校准台上；K2，将校准装置的动态校准系数a和动态校准系数b清零；K3，记录动态标准锤的标准冲击功W0和冲击示功传感器的测量示值W，则标准差S＝W‑W0；K4，计算得到动态系数a和动态系数b。使得岩石凿碎比功量值有效溯源到标准砝码等质量标准器，构建了比功量值全新的溯源方法和体系。
Description
技术领域
本发明涉及石凿碎比功仪，具体涉及一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法。
背景技术
岩石凿碎比功仪，是用于检测岩石凿碎比功的仪器。
例如公开号CN111426583A就公开了一种岩石凿碎比功试验仪及其试验方法，岩石凿碎比功试验仪包括控制器和主机，控制器控制主机完成试验操作；主机包括操作箱和固定底座；操作箱的底部设有岩样固定装置，岩样固定装置的中心向上垂直设有导杆，导杆的底部通过钎头安装部件连接有钎头；导杆上套设有重锤；导杆的顶部设有用于固定导杆方向的固定箱；操作箱内还设有用于提升重锤的动力提升装置，导杆靠近顶部处固定有脱锤器，动力提升装置将导杆提升至与脱锤器接触时，脱锤器将重锤和动力提升装置分开，重锤下落，击打钎头安装部件和钎头，从而对岩样进行凿碎。该发明可用来测量岩石的凿碎比功和钎刃磨钝宽度，从而判断岩石的可钻性分级和可爆性，操作简单方便，且测定值准确。
岩石凿碎比功仪在岩土工程领域已大量使用，但是目前很多岩石凿碎比功仪存在无法溯源的问题，现有的参考量值获取方法是通过测量重锤的质量和下落的高度计算冲击做工，但由于重锤安装后不能取下、下落高度不能准确测量、系统摩擦力无法测量等问题，导致实际使用中无法对该仪器进行有效的校准和检定，这严重影响了岩石凿碎比功仪的量值精度以及其测试结果的可信度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，解决目前的岩石凿碎比功仪的溯源方法中无法对比功仪进行校准和检定，这样会影响溯源结果的精确度的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，包括静态校准和动态校准，静态校准包括如下步骤：S1，将校准装置的冲击示功传感器放置在静态校准台上，并且使校准装置清零，进入到静态校准模式，将静态校准系数k和动态校准系数a、b清零；S2，在冲击示功传感器的适配头上安装标准砝码座，并且记录冲击示功传感器示值f1和砝码总质量m1；S3，往标准砝码座上多次增加标准砝码，并且每次增加标准砝码时，记录冲击示功传感器示值f2、f3……fn以及砝码总质量m2、m3……mn；S4，计算静态校准系数k，并将计算得到的结果设置为静态校准系数k的值。动态校准包括如下步骤：K1，将校准装置的冲击示功传感器放置在动态校准台上，并且调整动态校准台上的动态标准锤下落时与冲击示功传感器的适配头吻合；K2，将校准装置的动态校准系数a和动态校准系数b清零，进入到动态校准模式，并且开动动态校准台的动态标准锤对冲击示功传感器进行冲击；K3，记录动态标准锤的标准冲击功W0和冲击示功传感器的测量示值W，则标准差S＝W-W0；K4，重复测量多次，并记录每次动态标准锤的标准冲击功和冲击示功传感器的测量示值W，得到标准差Si(i＝1,2,3，……n)。通过用一元线性回归方法将误差项进行拆分，即令S＝a+bW，并且通过一元线性回归方法计算得到动态系数a和动态系数b，将计算得到的结果设置为动态校准系数a和b的值。
进一步的技术方案是，步骤S4中，代入f1和m1，计算代入f2和m2，计算……代入fn和mn，计算/>然后通过/>计算出静态系数k，其中g为重力加速度，ki为第i次测量时冲击示功传感器的测量示值，i＝1,2,3，……n。
更进一步的技术方案是，第n次冲击时，示功传感器示值fn应大于示功传感器量程的80％。
更进一步的技术方案是，动态校准系数a的计算式为动态校准系数b的计算式为其中W0i为第i次测量时动态标准锤的标准冲击功，Wi为第i次测量时冲击示功传感器的测量示值，i＝1,2,3，……n。
更进一步的技术方案是，标准砝码座上竖向设置有中心轴，增加标准砝码时，将标准砝码穿套于中心轴上。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：通过校准静态系数和校准动态系数的方法，完善了岩石凿碎比功仪及其校准装置的溯源链路，构建了新的溯源体系。解决了目前的岩石凿碎比功仪无法对比功量值进行校准的量值溯源难题，大幅度提升了岩石凿碎比功仪及其校准装置的量值精确度。通过标准砝码座与标准砝码配合使用的方式，使得多点位标准量值的生产更加便利，并且大幅度提高了标准量值的精确度和稳定性，从而提高了岩石凿碎比功作业的量值质量和数据可信度，并进一步提升了岩土工程的设计和实施质量。
附图说明
图1为本发明一种岩石凿碎比功仪校准装置的连接示意图。
图2为本发明一种岩石凿碎比功仪校准装置的冲击示功传感器立体示意图。
图3为本发明一种岩石凿碎比功仪校准装置的冲击示功传感器爆炸图。
图4为本发明一种岩石凿碎比功仪校准装置的静态校准过程示意图。
图5为本发明一种岩石凿碎比功仪校准装置的动态校准过程示意图。
图6为本发明岩石凿碎比功仪溯源关系图。
图标：20-冲击示功传感器，30-信号适配器，40-上位机，1-油盒，2-第一法兰，3-密封圈，4-冲击传感片，5-螺栓，6-保护套，7-适配头，8-传感控制器，11-标准砝码座，12-标准砝码，13-动态标准锤。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，包括静态校准和动态校准，静态校准包括如下步骤：S1，将校准装置的冲击示功传感器20放置在静态校准台上，并且使校准装置清零，进入到静态校准模式，将静态校准系数k和动态校准系数a、b清零；S2，在冲击示功传感器20的适配头7上安装标准砝码座11，并且记录冲击示功传感器20示值f1和砝码总质量m1；S3，往标准砝码座11上多次增加标准砝码12，并且每次增加标准砝码12时，记录冲击示功传感器20示值f2、f3……fn以及砝码总质量m2、m3……mn；S4，计算静态系数k，并将计算得到的结果设置为静态校准系数k的值；动态校准包括如下步骤：K1，将校准装置的冲击示功传感器20放置在动态校准台上，并且调整动态校准台上的动态标准锤13下落时与冲击示功传感器20的适配头7吻合；K2，将校准装置的动态校准系数a和动态校准系数b清零，进入到动态校准模式，并且开动动态校准台的动态标准锤13对冲击示功传感器20进行冲击；K3，记录动态标准锤13的标准冲击功W0和冲击示功传感器20的测量示值W，则标准差S＝W-W0；K4，重复测量多次，并记录每次动态标准锤13的标准冲击功和冲击示功传感器20的测量示值W，得到标准差Si(i＝1，2，3，……n)，通过用一元线性回归方法将误差项进行拆分，即令S＝a+bW，并且通过一元线性回归方法计算得到动态系数a和动态系数b，将计算得到的结果设置为动态校准系数a和b的值。
步骤S4中，代入f1和m1，计算代入f2和m2，计算/>……代入fn和mn，计算/>然后通过/>计算出静态系数k，其中g为重力加速度，ki为第i次测量时冲击示功传感器20的测量示值，i＝1,2,3，……n。
第n次冲击时，示功传感器示值fn应大于示功传感器量程的80％。
动态校准系数a的计算式为动态校准系数b的计算式为/>其中W0i为第i次测量时动态标准锤13的标准冲击功，Wi为第i次测量时冲击示功传感器20的测量示值，i＝1,2,3，……n。
计算得到的k、a、b是校准装置计算测量结果的重要系数。具体在岩石凿碎比功仪校准装置中运用步骤如下所示。
岩石凿碎比功仪校准装置得到的压力数据解算为示功数据。包括如下步骤：A1，采用ADC电路对压敏感应片检测到的压力模拟信号进行模数转换，得到压力值的连续量值数据f(t)，t为冲击力作用的时间；A2，对采集到的连续量值数据进行自适应滤波，得到稳定数据fa(t)，滤波公式为即：其中n为滤波队列宽度；A3，对fa(t)进行静态力值校准得到fb(t)，即令fb(t)＝k·(fa(t)-fa(0))，其中k为静态校准系数，由上一级溯源装置进行标定给出，fa(0)为建立示功测量零点时fa(t)的测得值；A4，在冲击力作用时间内，对fb(t)进行积分得到冲击功w，即w＝∫fb(t)dt；A5，对冲击功w进行动态校正得到冲击示功W，即令W＝a+bw，其中a，b为动态校准系数，由上一级溯源装置进行标定给出。A6，将W作为冲击示功量值，传递给上位机40。
标准砝码座11上竖向设置有中心轴，增加标准砝码12时，将标准砝码12穿套于中心轴上。
如图6所示，能够通过上述方法将岩石凿碎比功仪溯源到标准砝码等质量标准器。
本发明提出的一种基于新型岩石凿碎比功仪校准装置的溯源方法，构建了从待测岩块到岩石凿碎比功仪，再到岩石凿碎比功仪校准装置，再到标准砝码座、标准砝码和动态标准锤的溯源链路，尤其详细制定了新型岩石凿碎比功仪校准装置到标准砝码座、标准砝码和动态标准锤的溯源方法，使得岩石凿碎比功量值有效溯源到标准砝码等质量标准器，构建了岩石凿碎比功量值全新的溯源方法和体系。
实施例2：
实施例1中用到的一种岩石凿碎比功仪校准装置，包括冲击示功传感器20、信号适配器30和上位机40，信号适配器30的一端通过第一数据线和冲击示功传感器20相连，另一端通过第二数据线和上位机40相连。
冲击示功传感器20包括油盒1、冲击传感片4和适配头7，油盒1的上侧设置有开口朝上的油槽，油槽内装有液压油，冲击传感片4和油盒1的上侧密封相连，用以封闭油槽的槽口，冲击传感片4的上侧和适配头7相连，油盒1的侧面设置有和油槽相连通的安装孔，安装孔内安装有传感控制器8，传感控制器8通过第一数据线和信号适配器30相连，传感控制器8内设置有压敏感应片和MCU控制系统。这样的设置，当适配头7受到压力的时候，会将压力传递至冲击传感片4，冲击传感片4受到压力会挤压油槽内的液压油，这样传感控制器8内的压敏感应片就能感受到液压油压力变化的信息，并且将这些信息传递MCU控制系统，这样操作人员就能通过MCU控制系统来获取压力数据。
油盒1的上侧环绕油槽设置有第一法兰2，冲击传感片4的边缘设置有第二法兰，第一法兰2和第二法兰通过螺栓5相连，第一法兰2和第二法兰之间设置有密封圈3。通过设置第一法兰2、第二法兰和螺栓5，能够使油盒1和冲击传感片4稳定的连接在一起。通过设置密封圈3，能够很好的密封第一法兰2和第二法兰之间的间隙，这样就能很好的将油盒1中的液压油密封在油槽内。
冲击传感片4的中部设置为波浪型金属膜。当金属膜的上表面接受冲击时，金属膜朝向油槽内变形，从而改变油槽内的容积，进而使液压油内部压强发生变化，这样压敏感应片就能感应到这些压强变化，从而将这些压强变化传递给MCU控制系统。冲击传感片4的中部也可以设置成活塞或者其他结构，只要能够将外部作用力转化为朝向油槽内部的作用力，进而能够改变液压油压强即可。
还包括保护套6，保护套6的外壁和第二法兰的内壁相连，内壁和适配头7的外壁相连，适配头7的下侧和波浪型金属膜的上侧贴合。保护套6用于均匀冲击面，并且保护套6的外壁和第二法兰的内壁贴合，内壁和适配头7的外壁贴合，这样能够起到导向的作用，能够保证适配头7受到冲击力的时候，冲击力能够正确的通过适配头传递到冲击传感片4的金属膜上。
适配头7的上侧设置有用于适配比功仪钎头的凹槽。通过设置适配比功仪钎头的凹槽，能够确保钎头冲击时，冲量的传递效率。同时，适配头7具有足够的刚度，能够防止形变吸能。
MCU控制系统将压敏感应片的模拟信号转化为数字信号后进行上传。压敏感应片用于实时检测油盒1内液压油的压力，MCU控制系统将压敏感应片的模拟信号转化为数字信号，并通过存储的校准程序和动静态校准系数校准，然后将校准后的数据通过信号适配器30上传到上位机40。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (5)
1.一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，其特征在于，包括静态校准和动态校准，所述静态校准包括如下步骤：
S1，将校准装置的冲击示功传感器(20)放置在静态校准台上，并且使校准装置清零，进入到静态校准模式，将静态校准系数k和动态校准系数a、b清零；
S2，在冲击示功传感器(20)的适配头(7)上安装标准砝码座(11)，并且记录冲击示功传感器(20)静态示值f1和砝码总质量m1；
S3,往标准砝码座(11)上多次增加标准砝码(12)，并且每次增加标准砝码(12)时，记录冲击示功传感器(20)静态示值f2、f3……fn以及砝码总质量m2、m3……mn；
S4，计算静态系数k，并将计算得到的结果设置为静态校准系数k的值；
所述动态校准包括如下步骤：
K1，将校准装置的冲击示功传感器(20)放置在动态校准台上，并且调整动态校准台上的动态标准锤(13)下落时与冲击示功传感器(20)的适配头(7)吻合；
K2，将校准装置的动态校准系数a和动态校准系数b清零，进入到动态校准模式，并且开动动态校准台的动态标准锤(13)对冲击示功传感器(20)进行冲击；
K3，记录动态标准锤(13)的标准冲击功W0和冲击示功传感器(20)的测量示值W，则标准差S＝W-W0；
K4，重复测量多次，并记录每次动态标准锤(13)的标准冲击功和冲击示功传感器(20)的测量示值W，得到标准差Si(i＝1,2,3，……n)，通过用一元线性回归方法将误差项进行拆分，即令S＝a+bW，并且通过一元线性回归方法计算得到动态系数a和动态系数b，将计算得到的结果设置为动态校准系数a和b的值。
2.根据权利要求1所述的一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，其特征在于：所述步骤S4中，代入f1和m1，计算代入f2和m2，计算/>……代入fn和mn，计算然后通过/>计算出静态系数k，其中g为重力加速度，ki为第i次测量时冲击示功传感器(20)的测量示值，i＝1,2,3，……n。
3.根据权利要求2所述的一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，其特征在于：第n次冲击时，示功传感器示值fn应大于示功传感器(20)量程的80％。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，其特征在于：所述动态校准系数a的计算式为所述动态校准系数b的计算式为/>其中W0i为第i次测量时动态标准锤(13)的标准冲击功，Wi为第i次测量时冲击示功传感器(20)的测量示值，i＝1,2,3，……n。
5.根据权利要求1所述的一种岩石凿碎比功仪校准装置的溯源校准方法，其特征在于：所述标准砝码座(11)上竖向设置有中心轴，增加标准砝码(12)时，将标准砝码(12)穿套于中心轴上。
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2022
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