CN202483567U - 一种存储式地应力测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种存储式地应力测试装置，其特征在于：应变计(5)设置为应变全桥(13)固装在仪器舱(3)底部，并放置在测试钻孔(2)中，封装在仪器舱(3)内的温度传感器(8)、方位传感器(9)接入单片机(12)，单片机(12)与存储处理器(10)连接，应变传感全桥(13)接入多路切换器(14)，并与信号放大过滤器(15)联接，接入单片机(12)，仪器舱内(3)内单片机(12)与井上数据处理系统联接。该存储式地应力测试装置在井下数据采集和存储在集中实现，解除过程可自动采集和存储，得到测试全过程数据。
Description
技术领域
本实用新型属于岩体力学试验领域，涉及现场测试岩体三维应力的测试装置，尤其是涉及一种存储式地应力测试装置。
背景技术
在水利水电、矿山、交通等领域需修建的深部地下工程日趋增多。随着深度的增加，地应力增大、地质条件恶化、破碎岩体增多、水头压力和涌水量加大、地温升高等因素显现，为研究深部工程岩体的力学特性，尤其是高应力条件下工程岩体的应力参数，较为直接的、经济的途径是进行现场岩体三维应力的测试，通过试验获得复杂地质条件下岩体应力参数，以便在保证工程长期稳定性及长期运营安全。
目前传统的“孔壁应变法法”岩体三维应力试验以测试深度区分，可分为浅孔解除法和深孔解除法。浅孔解除法采用人工安装方式，试验过程中应变片与地面读数仪通过数据电缆始终相连，该方法可得到解除全过程数据。鉴于人力极限，该方法一般测量孔深不超过20m，因此只能得到平硐附近或岩层浅表层的测试资料。该方法可以得到完整试验过程数据；但只能得到平硐附近或岩层浅表层的测试资料，而且测试过程电缆线需通过钻杆中心孔穿出，试验过程繁琐。
深孔解除法测试采用专用的安装器将应变计安装到试验孔中，等胶水凝结固化后，读取初始读数后切断应变计和电缆线联接，并提升安装器。套芯解除后将应变计和安装器重新焊接并读取解除后数据。该方法测量记录已达500m以上，但无法得到解除过程数据。其中安装器提升需采用多芯承重电缆，接入线路长，试验环节装备多，使得测量结果误差较大。该方法是扩大了解除法测量孔深范围；但仅能得到解除前后测量数据，而且多芯承重电缆较为笨重并使得测量误差较大。
鉴于现场岩体三维应力试验存在的问题，深孔测试易受试验环境设备因素影响，直接影响测试技术的可靠性、稳定性和准确度。针对测试岩体深度的条件要求，改进井下存储式孔壁应变法地应力测试方法，完成测试数据的采集、存储于一体，以满足得到测试全过程数据，而多芯承重电缆较为笨重，线路较长，试验环节装备多，使得测量结果误差较大，在控制测试准确精度方面尚存欠缺，都是目前岩体三维应力试验所需要解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种现场岩体深孔存储式孔壁应变地应力测试装置，数据采集和存储在井下集中实现，解除过程可自动采集和存储，得到测试全过程数据。
本实用新型解决其技术问题采用以下技术方案：一种存储式地应力测试装置，主要是应变计设置为应变全桥固装在仪器舱底部，并放置在测试钻孔中，封装在仪器舱内的温度传感器、方位传感器接入单片机，单片机与存储处理器连接，应变全桥接入多路切换器，并与信号放大过滤器联接，接入单片机，器舱内内单片机与井上数据处理系统联接。
而且，仪器舱内可充电供电电源接入单片机，上位机接入单片机。
而且，所述应变计内设有活塞，并注胶。
而且，所述应变计底端设密封圈。
本实用新型与现有技术相比还具有以下的主要优点：
1、由于本实用新型存储式地应力测试装置，主要是井下测试数据采集控制，并与井上数据处理完成，数据采集和存储缩小到井下集中实现，得到测试全过程数据，避免孔壁应变法中浅孔解除法和深孔解除法存在问题，现场岩体深孔试验，解决了解除过程可自动采集和存储，集数据采集和存储于一体，增加了测试技术的可靠性和准确度。
2、由于本实用新型将测试装置应变计注胶固定在深孔井下，且仪器舱内封装上安装有温度传感器、电子罗盘、应变传感器，使应变计中的数据采集与存储控制系统在井下完成测试试验，同时可以完成温度、方位的测试。
3、由于本实用新型将测试装置应变计注胶固定在深孔井下，且仪器舱内封装设置温度传感器、电子罗盘、数据处理器并接入单片机，完成试验温度传感信号、方位信号的采集及存储，完成深孔现场温度、方位测试，可以研究地温对地应力和测试过程的影响，可将仪器舱中温度进行采集并存储，而采用电路信号以及电子罗盘信号的高精度AD转换，可保证数据采集后数据有足够的精确度。
4、由于本实用新型将应变计固装仪器舱下面，应变传感器为应变片组成测量全桥电路，且应变片贴在仪器舱的采集电路板上，测量各应变片的应变值时，与计算机的通讯及命令处理，可以通过切换器自动切换应变片接入工作桥路，通过数据放大过滤控制器，接入单片机，进行各种测试采集存储电路在设定间隔时间内读取切换后电路信号，数模转换后存入存储器中。
5、由于本实用新型测试装置仪器舱内采用单片机，用于温度传感器、方位传感器、应变传感全桥接入多路切换器以及信号放大过滤器的控制运行，同时接入井上数据处理系统，运行速度可保障复杂的数据处理和运算，参数存储采用较大存储空间用来存放参数和试验数据存储芯片，共512K的存储空间用来存放参数和试验数据，保障存储空间足够，以及采集频率存储空间可使用足够时间。
6、由于本实用新型采用可充电供电电池，保证测试仪的稳定性，能保障一次完整测量，可在最大工作负荷下连续工作超过12小时。
附图说明
图1本实用新型存储式地应力测试装置结构示意图。
图2本实用新型存储式地应力测试装置工作原理图。
图3本实用新型存储式地应力测试装置电路原理图。
岩体(1)、钻孔(2)、仪器舱(3)、活塞(4)、应变计(5)、密封圈(6)、小钻孔(7)、温度传感器(8)、方位传感器(9)、存储处理器(10)、上位机(11)、单片机(12)、应变全桥(13)、应变变桥(13′)、多路切换器(14)、信号放大过滤器(15)、供电电源(16)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
见图1、图2，一种存储式地应力测试装置。包括应变计(5)、仪器舱(3)，应变计(5)设置为应变全桥(13)固装在仪器舱(3)底部，放置测试钻孔(2)中。
封装在仪器舱(3)内的有温度传感器(8)、方位传感器(9)，分别接入单片机(12)，存储处理器(10)、上位机(11)与单片机(12)连接，应变全桥(13)、应变变桥(13′)接入多路切换器(14)，并与信号放大过滤器(15)联接，接入单片机(12)，仪器舱内(3)内单片机(12)与井上数据处理系统联接；仪器舱(3)内可充电供电电源(16)接入单片机(12)，上位机(11)接入单片机(12)，应变计(5)内设有活塞(4)，并注胶，应变计(5)底端设密封圈(6)。
将测试装置放置测试钻孔(2)中，应变计(5)内设有活塞(4)，并注胶，将测试装置的应变计(5)固定在岩体(1)钻孔(7)内，应变计(5)底端设密封圈(6)，阻挡胶水进入小钻孔(7)应变计(5)的下方。
存储式地应力测试前，将仪器舱(4)内的供电电源(10)应提前充电，封装在仪器舱中的数据采集控制系统进行试验温度传感信号、应变计方位信号和应变数据采集及存储。
测试装置在井下的数据采集控制为温度传感器(10)、方位传感器(9)接入单片机(12)，单片机(12)接存储处理器(10)，且应变传感器与信号采集放大处理电路联接，并接入单片机(12)，封装在仪器舱中；数据采集控制系统由单片机控制温度传感信号、方位信号及应变传感信号的数据采集，进行应变信号放大滤波处理并存储，并与井上数据处理系统进行通讯及命令处理；应变传感器为应变片组成测量全桥(13)电路，应变片组成应变变桥(13′)贴在仪器舱的采集电路板上，通过多路切换器(14)自动切换测量各应变片，并接入工作桥路，采集存储电路在设定间隔时间内读取切换后电路信号，数模转换后存入存储器中。
测试装置在井下的数据采集控制应变测量桥采用全桥电路，由13片灵敏系数相同的应变片组成一路全桥和九路，也可根据应变计中封装的应变片数量进行扩展变桥进行测量，其中由R0，Ra，Rb，Rc组成0路全桥，四个应变电阻具有相同的材质和灵敏度，由于这四个应变片都贴在仪器舱的采集电路板上，不会发生变形，其桥路输出全由外部温度、湿度和压力等环境引起。测量各应变片的应变值时，切换相应应变片，代替R0接入工作桥路，采集存储电路在设定间隔时间内读取切换后电路信号，数模转换后存入存储器中。
井下数据采集控制系统供电电源由8个可充铝电池组成4*2容量铝电池组供电，铝电池组能保障一次完整测量，可在最大工作负荷下连续工作12小时以上；测量桥路中，输入桥压的变化会引起测量输出的信号的变化，从而引起测量误差。本系统桥压稳压采用高精度低温票芯片给出稳定的+2.000V桥路电压，同时通过2个0.1％的高精度电阻差分出1.000V电压作AD转换的基准。
仪器舱内采集控制系统的主控芯片采用单片机，是基于8051内核的高速8位单片机，在1T工作模式下，运行速度可保障复杂的数据处理和运算；电路信号以及电子罗盘信号的采集AD转换转换器。
井上数据处理系统为安装有数据处理软件的计算机与仪器舱内单片机联接，计算机中可移植或通过串口与仪器舱进行通讯，控制井下装置的参数设置和读取数据。计算机控制系统等待上位机信号，检测电池电量，测试连接信号，设置采样时间信号，发出采集信号、采集数据，读取采集数据信号，给上位机发送数据，判断数据是否发送完毕。
Claims (4)
1.一种存储式地应力测试装置，其特征在于：应变计(5)设置为应变全桥(13)固装在仪器舱(3)底部，并放置在测试钻孔(2)中，封装在仪器舱(3)内的温度传感器(8)、方位传感器(9)接入单片机(12)，单片机(12)与存储处理器(10)连接，应变全桥(13)接入多路切换器(14)，并与信号放大过滤器(15)联接，接入单片机(12)，仪器舱内(3)内单片机(12)与井上数据处理系统联接。
2.根据权利要求1所述的一种存储式地应力测试装置，其特征在于：所述仪器舱(3)内可充电供电电源(16)接入单片机(12)，上位机(11)接入单片机(12)。
3.根据权利要求1所述的一种存储式地应力测试装置，其特征在于：所述应变计(5)内设有活塞(4)，并注胶。
4.根据权利要求1所述的一种存储式地应力测试装置，其特征在于：所述应变计(5)底端设密封圈(6)。
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