CN208672223U - 一种双通道伺服控制动态孔压标定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，高压供气系统、压力发生系统、标定室系统和数据采集处理系统，高压供气系统用于为压力发生系统提供一个稳定、可控的压力源，压力发生系统用于生成静、动态压力任意荷载波形及模拟原位真实孔压累积增长波形；标定室系统用于安装待标定孔隙水压计和标准水压计，还可保障气压向水压动态传递与转换过程的平稳性和均匀性；数据采集处理系统用于获得与分析孔隙水压计的输出电压信号和标准水压计量测的实际水压变化情况，并对孔隙水压计性能进行评定。因此，本实用新型可实现对孔隙水压计的静、动态性能标定与孔隙水压计改进优化，并为建立准确可靠的动态孔压增量本构模型提供试验条件支撑。

Description

一种双通道伺服控制动态孔压标定仪

技术领域

本实用新型涉及孔隙水压计标定技术领域，更具体的说，涉及一种双通道伺服控制动态孔压标定仪。

背景技术

在岩土工程领域，孔隙水压计是一种原位观测与模型试验中观测超静孔隙水压力增长与消散的关键性量测传感器，可用于监测、判别场地和岩土构筑物等力学性态与稳定性，已广泛应用于岩土承载体、岩土结构物及其单元本构模型试验、振动台试验、静力离心模型试验以及动力离心模型试验中土体内部孔隙水压力变化的测量中。孔压比，也即静孔隙水压力与有效应力之比，是能够表征各类土体破坏程度的重要力学参数之一。因此，孔隙水压计的性能对于离心模型试验结果和岩土工程现场监测数据的准确性和可靠性显得至关重要。

目前，国内外岩土工程领域内众多学者和工程师对于孔隙水压计的性能研究重点侧重于孔隙水压计的静态性能标定方面，并且国际现有孔隙水压计性能标定试验装置绝大多数为孔隙水压计静态标定装置。国际对于孔隙水压计的动态响应能力影响因素尚刚进行初步研究，而国内对于孔隙水压计的动态性能影响因素研究尚处于空白阶段，并且，目前尚无同时兼具静、动态性能标定的孔隙水压计试验装置。

因此，迫切需要研发一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，在实现对孔隙水压计的静态性能标定的同时，还可实现对孔隙水压计的动态性能标定，并且，还能够准确模拟原位真实孔隙水压力累积增长过程。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，以实现对孔隙水压计的静态性能标定的同时，还可实现对孔隙水压计的动态性能标定，从而填补了国内对于孔隙水压计的动态性能影响因素研究的空白，并且还能够准确模拟原位真实孔隙水压力累积增长过程，从而为建立准确可靠的动态孔压增长本构模型提供数据支撑。

一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，包括：

压力发生系统，所述压力发生系统用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形；

输出端与所述压力发生系统的输入端连接的高压供气系统，用于为所述压力发生系统提供一个稳定、可控的恒定压力源；

输入端与所述压力发生系统的输出端连接的标定室系统，用于安装待标定孔隙水压计，为所述待标定孔隙水压计的性能标定试验和所述压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性；

数据采集处理系统，具有第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口和第二输出端口；

所述数据采集处理系统通过所述第一输入端口与所述标定室系统的输出端连接，所述第一输入端口用于输入孔隙水压计性能标定试验所需的所述参考基准以及所述待标定孔隙水压计输出的电压；

所述数据采集处理系统通过所述第二输入端口与所述压力发生系统的输出端连接，所述第二输入端口用于输入所述压力发生系统的输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形；

所述数据采集处理系统通过所述第一输出端口与所述压力发生系统的控制端连接，所述第一输出端口用于输出控制所述压力发生系统工作的控制信号；

所述第二输出端口用于输出生成的所述待标定孔隙水压计的标定曲线，其中，所述标定曲线的纵轴为所述标准水压计量测的水压荷载，横轴为所述待标定孔隙水压计输出的电压，当所述压力荷载波形为所述静态压力荷载波形时，所述标定曲线为静态标定曲线，当所述压力荷载波形为所述动态压力荷载波形时，所述标定曲线为动态标定曲线。

优选的，所述高压供气系统包括：顺序连接的高压气瓶、高压减压阀、精密调压阀和蓄能器；

所述高压减压阀用于将所述高压气瓶内的高压气体转换为低压气压源；

所述精密调压阀用于将所述低压气压源转化为一个稳定、可控的恒定压力源，并输出至所述压力发生系统；

所述蓄能器用于在所述精密调压阀输出至所述压力发生系统的压力能超出预设压力值时，将超出的气压能转换为压缩能进行储存；在压力能低于预设压力值时，将存储的压缩能转换为气压能释放，弥补所述精密调压阀输出至所述压力发生系统的压力能。

优选的，所述压力发生系统包括：静态控制阀、驱动器、转换电源装置、采集卡、动态控制阀和标准气压计；

所述静态控制阀分别与所述高压供气系统的输出端和所述驱动器连接，所述静态控制阀用于根据所述驱动器输出的驱动信号来确定阀门开启时间、阀门开启大小和转速；

所述转换电源装置分别与所述驱动器和所述采集卡连接，用于为所述驱动器和所述采集卡提供工作电源；

所述动态控制阀分别所述静态控制阀和所述采集卡连接，用于根据所述采集卡输出的调节指令，调节自身的电磁灵敏度和电磁工作频率；

所述标准气压计分别与所述静态控制阀和所述动态控制阀连接，所述标准气压计用于记录和反馈所述压力发生系统输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形。

优选的，所述压力发生系统还包括：快插式三通接头，所述快插式三通接头的第一接头连接所述标准气压计，所述快插式三通接头的第二接头连接所述静态控制阀，所述快插式三通接头的第三接头连接所述动态控制阀。

优选的，所述快插式三通接头和所述静态控制阀之间、所述快插式三通接头和所述动态控制阀之间、以及所述静态控制阀和所述动态控制阀之间均通过一个球阀连接。

优选的，所述标定室系统包括：标定室、温度传感器和所述标准水压计；

所述待标定孔隙水压计设置在标定室上层，所述标定室与所述压力发生系统连接，用于为所述待标定孔隙水压计的性能标定试验和所述压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间；

所述温度传感器设置在所述标定室上层，用于监测所述标定室内的水温；

所述标准水压计设置在所述标定室的侧壁上，用于监测与记录所述标定室内的水压荷载，所述水压荷载即为孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，并记录所述标定室内的水温。

优选的，所述标定室包括：标定室上层、标定室下层和设置在所述标定室上层和所述标定室下层之间的标定室圆筒。

优选的，所述标定室上层包括：进水口、温度传感器安装口、孔隙水压计标定口、进气口、环形气腔和多个分流孔；

所述进水口用于向所述标定室内加注无气水；

所述温度传感器安装口用于安装所述温度传感器；

所述孔隙水压计标定口用于安装所述待标定孔隙水压计；

所述进气口设置在所述环形气腔与所述标定室上层侧壁连接处，所述进气口用于将所述标定室与所述压力发生系统的进气管相连接；

所述环形气腔用于保障所述压力发生系统内部向所述标定室加载气压过程中，气压传递的均匀性和平稳性；

多个所述分流孔均分布在所述环形气腔上，并与所述标定室圆筒相连通。

优选的，所述标定室圆筒的侧壁设置有标准水压计安装口，用于安装所述标准水压计。

优选的，所述标定室下层设有排水安装口和排水孔，其中，所述排水安装口用于安装排水阀，所述排水孔与所述标定室圆筒相连通，用于在孔隙水压计标定试验结束后，排出所述标定室内的无气水。

优选的，所述数据采集处理系统包括：数据采集仪和工控计算机；

所述数据采集仪的第一输入端口作为所述数据采集处理系统的第一输入端口，与所述标定室系统的输出端连接，所述第一输入端口用于输入性能标定试验所需的参考基准以及所述待标定孔隙水压计输出的电压；

所述数据采集仪的第二输入端口作为所述数据采集处理系统的第二输入端口，与所述压力发生系统的输出端连接，所述第二输入端口用于输入所述压力发生系统的输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形；

所述数据采集仪的输出端口与所述工控计算机连接，所述输出端口用于输出所述数据采集仪采集的性能标定试验所需的参考基准、所述待标定孔隙水压计输出的电压以及所述压力发生系统的输出的压力荷载波形；

所述工控计算机的第一输出端口作为所述数据采集处理系统的第一输出端口与所述压力发生系统的控制端连接，所述第一输出端口用于输出控制所述压力发生系统工作的控制信号；

所述工控计算机的第二输出端口作为所述数据采集处理系统的第二输出端口，所述第二输出端口用于输出生成的所述待标定孔隙水压计的标定曲线，其中，所述标定曲线的纵轴为所述标准水压计量测的水压荷载，横轴为所述待标定孔隙水压计输出的电压，当所述压力荷载波形为所述静态压力荷载波形时，所述标定曲线为静态标定曲线，当所述压力荷载波形为所述动态压力荷载波形时，所述标定曲线为动态标定曲线。

从上述的技术方案可知，本实用新型一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，动态孔压标定仪包括：高压供气系统、压力发生系统、标定室系统和数据采集处理系统，高压供气系统用于为压力发生系统提供一个稳定、可控的恒定压力源，压力发生系统用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形；标定室系统用于安装待标定孔隙水压计，为待标定孔隙水压计的性能标定试验和压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性；数据采集处理系统用于生成待标定孔隙水压计的静态标定曲线和动态标定曲线。因此，本实用新型公开的双通道伺服控制动态孔压标定仪可实现对孔隙水压计的静、动态性能标定与孔隙水压计改进优化，从而填补了国内对于孔隙水压计的动态性能影响因素研究的空白，并且还能够准确模拟原位真实孔隙水压力累积增长过程，从而为建立准确可靠的动态孔压增长本构模型提供试验条件支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种双通道伺服控制动态孔压标定仪的工作原理图；

图2为本实用新型实施例公开的一种双通道伺服控制动态孔压标定仪的结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种标定室系统的示意图；

图4为本实用新型实施例公开的一种标定室上层示意图；

图5为本实用新型实施例公开的一种标定室标定室上层内部环形气腔示意图；

图6(a)为本实用新型实施例公开的一种密封螺母的示意图；

图6(b)为本实用新型实施例公开的一种密封螺母的侧视图；

图7为本实用新型实施例公开的一种橡胶塞示意图；

图8为本实用新型实施例公开的一种橡胶塞和待标定孔隙水压计导线的合体结构示意图；

图9(a)为本实用新型实施例公开的一种标定口螺母的示意图；

图9(b)为本实用新型实施例公开的一种标定口螺母侧视图；

图10为本实用新型实施例公开的一种标定室圆筒示意图；

图11为本实用新型实施例公开的一种标定室下层示意图；

图12为本实用新型实施例公开的一种标准水压计记录的静态水压荷载波形图；

图13为本实用新型实施例公开的一种孔隙水压计静态标定曲线图；

图14为本实用新型实施例公开的一种标准水压计记录的动态水压荷载波形图；

图15为本实用新型实施例公开的一种模拟现场孔压荷载增长波形图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，动态孔压标定仪包括：高压供气系统、压力发生系统、标定室系统和数据采集处理系统，高压供气系统用于为压力发生系统提供一个稳定、可控的恒定压力源，压力发生系统用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形；标定室系统用于安装待标定孔隙水压计，为待标定孔隙水压计的性能标定试验和压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性；数据采集处理系统用于生成待标定孔隙水压计的静态标定曲线和动态标定曲线。因此，本实用新型公开的双通道伺服控制动态孔压标定仪可实现对孔隙水压计的静、动态性能标定与孔隙水压计改进优化，从而填补了国内对于孔隙水压计的动态性能影响因素研究的空白，并且还能够准确模拟原位真实孔隙水压力累积增长过程，从而为建立准确可靠的动态孔压增长本构模型提供试验条件支撑。

为方便理解，现对本实用新型涉及到一些术语进行解释，如下：

孔隙水压力：一般是指饱和土体孔隙介质中充满水时所具有的水压力，是大气压力之上的一种正压力。孔隙水压力又分为静孔隙水压力与超静孔隙水压力。

静孔隙水压力：由地基土中地下水的自重引起的，即静止的地下水以下的孔隙水压力都是静孔隙水压力。

超静孔隙水压力：由于静力或动力作用，超过与地下水条件有关的起始静孔隙水压力的那部分孔隙水压力称为超静孔隙水压力。

孔隙水压计：孔隙水压计(简称孔压计)是试验中观测超静孔隙水压力增长与消散的关键性量测传感器，可用于监测、判别场地和岩土构筑物等力学性态与稳定性。

孔隙水压计静态标定装置：现有国内外实验室中常用于标定孔隙水压计静态响应性能的试验装置。

传感器静态性能：静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系，主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

传感器动态性能：传感器量测输入信号会随时间发生变化，系统的输出与输入之间的关系。

参见图1和图2，分别为本实用新型实施例公开的一种双通道伺服控制动态孔压标定仪的工作原理图和双通道伺服控制动态孔压标定仪的结构示意图，双通道伺服控制动态孔压标定仪包括：高压供气系统100、压力发生系统200、标定室系统300和数据采集处理系统400；

其中：

高压供气系统100的输出端与压力发生系统200的输入端连接，高压供气系统100用于为压力发生系统200提供一个稳定、可控的恒定压力源。

具体的，高压供气系统100可以包括：顺序连接的高压气瓶01、高压减压阀02、精密调压阀03和蓄能器04。

在实际应用中，高压气瓶01可选用难溶于水且化学性质稳定的氮气作为压力介质。

高压减压阀02用于将高压气瓶01内的高压气体转化为低压气压源。

精密调压阀03用于将低压气压源转化为一个稳定、可控的恒定压力源，并输出至压力发生系统200。

蓄能器04为高压供气系统100的能量储蓄器件，用于在精密调压阀03输出至压力发生系统200的压力能超出预设压力值时，将超出的气压能转换为压缩能进行储存；在压力能低于预设压力值时，将存储的压缩能转换为气压能释放，弥补精密调压阀03输出至压力发生系统200的压力能，从而确保整个高压供气系统100输出的压力荷载始终处于可控范围。

压力发生系统100用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能够模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形。

具体的，压力发生系统100通过控制静态压力荷载的幅值大小和上升时间，并得到静态压力荷载波形，通过控制动态压力荷载的幅值大小、上升时间和换向频率，得到动态压力荷载波形。

压力发生系统100可以包括：静态控制阀05、驱动器06、转换电源装置07、采集卡08、动态控制阀09和标准气压计10；

静态控制阀05分别与高压供气系统200的输出端和驱动器06连接，其中，静态控制阀05具体与蓄能器04的输出端连接，静态控制阀05用于根据驱动器06输出的驱动信号来确定阀门开启时间、阀门开启大小和转速等等。其中，驱动器由数据采集处理系统400控制，具体由数据采集处理系统400中的工控计算机16控制。

转换电源装置07分别与驱动器06和采集卡08连接，用于为驱动器06和采集卡08提供工作电源。

动态控制阀09分别静态控制阀05和采集卡08连接，用于根据采集卡08输出的调节指令，调节自身的电磁灵敏度和电磁工作频率。其中，静态控制阀05和动态控制阀09之间可以通过球阀111连接，采集卡08由数据采集处理系统400控制，具体由数据采集处理系统400中的工控计算机16控制。

标准气压计10分别与静态控制阀05和动态控制阀09连接，标准气压计10用于记录和反馈压力发生系统100输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形。在实际应用中，标准气压计10可以通过快插式三通接头114分别与静态控制阀05和动态控制阀09连接，具体的，标准气压计10连接快插式三通接头114的第一接头，静态控制阀05通过球阀112连接快插式三通接头114的第二接头，动态控制阀09通过球阀113连接快插式三通接头114的第三接头。

标定室系统300的输入端与压力发生系统200的输出端连接，标定室系统300用于安装待标定孔隙水压计，为待标定孔隙水压计的性能标定试验和压力发生系统200生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计14量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性。

具体的，标定室系统300包括：标定室11、温度传感器13和标准水压计14，其中，温度传感器13和待标定孔隙水压计12设置在标定室11上层，标准水压计14设置在标定室11的侧壁上。

标定室11的输入端作为整个标定室系统300的输入端，与压力发生系统200连接，在实际应用中，标定室11具体与压力发生系统200中的标准气压计10连接，标定室11用于为待标定孔隙水压计的性能标定试验和压力发生系统200生成的压力荷载提供工作空间。

温度传感器13用于监测标定室11内的水温。

标准水压计14用于监测与记录标定室11内的水压荷载，所述水压荷载即为孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，并记录标定室11内的水温。

数据采集处理系统400，具有第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口和第二输出端口，数据采集处理系统400通过第一输入端口与标定室系统300的输出端连接，数据采集处理系统400通过第二输入端口与压力发生系统200的输出端连接，数据采集处理系统400的第一输出端口与压力发生系统200的控制端连接，第一输入端口用于输入待标定孔隙水压计输出的电压以及性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计14量测的水压荷载；第二输入端口用于输入压力发生系统200的输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形；所述第一输出端口用于输出控制压力发生系统200工作的控制信号；所述第二输出端口用于输出数据采集处理系统400根据待标定孔隙水压计12输出的电压和孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，得到的待标定孔隙水压计12的标定曲线，其中，标定曲线的纵轴为参考基准，也即标定曲线的纵轴为标准水压计14量测的水压荷载，横轴为待标定孔隙水压计12输出的电压，当所述压力荷载波形为所述静态压力荷载波形时，所述标定曲线为静态标定曲线，当所述压力荷载波形为所述动态压力荷载波形时，所述标定曲线为动态标定曲线。

具体的，将标准水压计14记录的静态水压荷载作为纵轴，将待标定孔隙水压计12输出的电压作为横轴，得到待标定孔隙水压计12的静态标定曲线；将标准水压计14记录的动态水压荷载作为纵轴，将待标定孔隙水压计12输出的电压作为横轴，得到待标定孔隙水压计12的动态标定曲线。

综上可知，本实用新型公开的双通道伺服控制动态孔压标定仪包括：高压供气系统100、压力发生系统200、标定室系统300和数据采集处理系统400，高压供气系统100用于为压力发生系统200提供一个稳定、可控的恒定压力源，压力发生系统100用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形；标定室系统300用于安装待标定孔隙水压计12，为待标定孔隙水压计12的性能标定试验和压力发生系统200生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计14量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性；数据采集处理系统400用于生成待标定孔隙水压计12的静态标定曲线和动态标定曲线。因此，本实用新型公开的双通道伺服控制动态孔压标定仪可实现对孔隙水压计的静、动态性能标定与孔隙水压计改进优化，从而填补了国内对于孔隙水压计的动态性能影响因素研究的空白，并且还能够准确模拟原位真实孔隙水压力累积增长过程，并为建立准确可靠的动态孔压增量本构模型提供试验条件支撑。

为方便理解标定室系统300的具体结构，参见图3，本实用新型一实施例公开的一种标定室系统的示意图，标定室系统300中，待标定孔隙水压计12和温度传感器13设置在标定室11上层，标准水压计14设置在标定室11的侧壁上。

其中，标定室11包括：标定室上层117、标定室下层119和设置在标定室上层117和标定室下层119之间的标定室圆筒118。

参见图4和图5分别为本实用新型一实施例公开的一种标定室上层示意图和标定室上层内部环形气腔示意图，标定室上层117包括：进水口121、温度传感器安装口122、孔隙水压计标定口123、进气口124、环形气腔125和多个分流孔126，其中，环形气腔125位于标定室上层117内部，具有特定气体流线内部通道，多个(优选六个)分流孔126均分布在环形气腔125上，并与标定室圆筒118相连通；其中，特定气体流线内部通道即环形气体分配腔，是根据大量的物理试验和有限元数值模拟，计算设计得到的。

进水口121用于在孔隙水压计标定试验前，作为标定室11的进水通道，向标定室11内加注无气水。需要说明的是，在向标定室11内注水完成后，需要用密封螺母115(见图3)进行密封，密封螺母115的具体结构请参见图6(a)所示的示意图以及图6(b)所示的侧视图。

温度传感器安装口122用于安装温度传感器13，由温度传感器13监测标定室11内的水温。

孔隙水压计标定口123用于安装待标定孔隙水压计12，其中，标定室上层117可以设置多个孔隙水压计标定口123，以实现对多个孔隙水压计标定。

在实际应用中，当需要将待标定孔隙水压计12安装在孔隙水压计标定口123时，首先需要将待标定孔隙水压计12的导线穿入图7所示的橡胶塞中，得到图8所示的橡胶塞121和待标定孔隙水压计12导线的合体结构；将橡胶塞121和待标定孔隙水压计12的导线的合体结构插入孔隙水压计标定口123，并用图9(a)和图9(b)所示的标定口螺母116对待标定孔隙水压计12的导线进行密封。需要说明的是，标定室上层117上未使用的孔隙水压计标定口123需要用密封螺母115进行密封处理，以保证标定室11整体的气密性与承压性。

进气口124设置在环形气腔125与标定室上层117侧壁连接处，进气口124用于将标定室11与压力发生系统200的进气管相连接。

标定室上层117的环形气腔125用于保障压力发生系统100内部向标定室11加载气压过程中，气压传递的均匀性和平稳性，使标定室11内部气压分布均匀，以及标定室11内部的水体不会发生振荡，从而有效保障孔隙水压计标定试验过程的准确性和待标定孔隙水压计12在标定室11中不会随水体发生位置变化。

参见图10，本实用新型一实施例公开的一种标定室圆筒示意图，标定室圆筒118的侧壁设置有标准水压计安装口127，用于安装标准水压计14。

参见图11，本实用新型一实施例公开的一种标定室下层示意图，标定室下层119设有排水安装口128和排水孔129，其中，排水安装口128用于安装排水阀120(见图3)，排水孔129与标定室圆筒118相连通，用于在孔隙水压计标定试验结束后，排出标定室11内的无气水。

在进行孔隙水压计标定试验之前，标定室系统300的准备工作如下：

(1)将注水口121上的密封螺母115旋开，通过注水口121向标定室11注入预定量的无气水，经过反复试验，得出标定试验最佳的注水量为：无气水容量占标定室11容量的2/3。

(2)当向标定室11注水完成后，打开任一孔隙水压计标定口123上的密封螺母115。

(3)将待标定孔隙水压计12的感应探头部分(也即前端部分)放入标定室11中，将橡胶塞121和待标定孔隙水压计12的导线的合体结构插入密封螺母115打开的孔隙水压计标定口123中，并通过标定口螺母116压紧橡胶塞121，使待标定孔隙水压计12的导线充分密封。

重复(2)～(3)，将剩余待标定孔隙水压计12依次安装在孔隙水压计标定口123中。

(4)当所有的待标定孔隙水压计12均安装完毕后，检查标定室11的气密性，并在确定标定室11密封性完好后，执行孔隙水压计的标定过程。

需要说明的是，在实际应用中，数据采集处理系统400可以包括：数据采集仪15和工控计算机16(参见图1和图2)；

其中，数据采集仪15的第一输入端口作为整个数据采集处理系统400的第一输入端口，与标定室系统300的输出端连接，具体为：数据采集仪15的第一输入端口分别与标定室系统300中的标准水压计14和待标定孔隙水压计12连接，第一输入端口用于输入待标定孔隙水压计12输出的电压以及标准水压计14输出的性能标定试验所需的参考基准。

数据采集仪15的第二输入端口作为整个数据采集处理系统400的第二输入端口，与压力发生系统100的输出端连接，具体为：数据采集仪15的第二输入端口与压力发生系统100中的标准气压计10连接，第二输入端口用于输入标准气压计10输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形。

工控计算机16的输入端口与数据采集仪15的输出端口连接，工控计算机16的第一输出端口作为整个数据采集处理系统400的输出端口，与压力发生系统200的控制端连接，第一输出端口用于输出控制压力发生系统200工作的控制信号；具体为：工控计算机16的输出端口与采集卡08和驱动器06连接，工控计算机16上的Labview虚拟仪器软件可通过驱动器06控制静态控制阀05的阀门开启时间和阀门开启的大小、转速等，工控计算机上的labview虚拟仪器软件通过采集卡08控制动态控制阀09的电磁灵敏度和电磁工作频率；

工控计算机16的第二输出端口作为数据采集处理系统400的第二输出端口，第二输出端口用于输出工控计算机16根据待标定孔隙水压计12输出的电压和孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，得到的待标定孔隙水压计12的标定曲线，其中，标定曲线的纵轴为参考基准，所述参考基准为标准水压计14量测的水压荷载，横轴为待标定孔隙水压计12输出的电压，当压力荷载波形为静态压力荷载波形时，标定曲线为静态标定曲线，当压力荷载波形为动态压力荷载波形时，标定曲线为动态标定曲线。

(一)使用双通道伺服控制动态孔压标定仪对待标定孔隙水压计12进行静态标定过程(也即静态水压荷载生成过程)如下：

(1)打开数据采集仪15，先预热30min，当数据采集仪15预热完成后，进行下一步；

(2)将标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14分别与数据采集仪15进行连接，并预热5min。数据采集仪15采集温度传感器13采集的温度和标准水压计14量测的水压荷载，并传输到工控计算机16进行分析，当工控计算机16确定所有传感器均未收到外界环境干扰时，进行下一步操作；

(3)设置数据采集仪15的静态采样率为100Hz，采样时间为1min；

(4)打开高压气瓶01阀门，高压气瓶01中的高压气体进入高压减压阀02，设置高压减压阀02的参数，比如，将高压减压阀02的参数设置为350kPa，进而将高压气体调节为可受控制的气压源；

(5)气压源进入蓄能器04，由蓄能器04将压力能储存；

(6)设置精密调压阀03的参数，比如将精密调压阀03的参数设置为200kPa，进而可为压力发生系统200提供一个稳定且精准的气压源；

(7)关闭球阀111和球阀113，打开球阀112；

(8)打开工控计机算16上的Labview虚拟仪器软件，labview虚拟仪器软件可通过控制驱动器06，进而控制静态控制阀05的的阀门开启时间，比如，通过labview虚拟仪器软件设置静态控制阀05的开启时间为1s；

(9)压力发生系统200向标定室11输出静态压力荷载的同时，数据采集仪15同步采集标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14的输出信号；

(10)孔隙水压计标定试验结束后，将待标定孔隙水压计12输出的电压(该电压表示水压大小)与标准水压计14记录的静态水压荷载变化情况(参见图12所示的标准水压计记录的静态水压荷载波形)进行对比，将标准水压计14记录的静态水压荷载作为纵轴，将待标定孔隙水压计12输出的电压作为横轴，得到待标定孔隙水压计12的静态标定曲线。根据静态标定曲线的线性度，可以确定待标定孔隙水压计性能的好坏，静态标定曲线的线性度越高，比如直线(参见图13)，说明待标定孔隙水压计性能越好。

(二)使用双通道伺服控制动态孔压标定仪对待标定孔隙水压计12进行动态标定过程(也即动态水压荷载生成过程)如下：

(1)打开数据采集仪15，先预热30min，当数据采集仪15预热完成后，进行下一步；

(2)将标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14分别与数据采集仪15进行连接，并预热5min。数据采集仪15采集温度传感器13采集的温度和标准水压计14量测的水压荷载，并传输到工控计算机16进行分析，当工控计算机16确定所有传感器均未收到外界环境干扰时，进行下一步操作；

(3)设置数据采集仪15的动态采样率为5000Hz，采样时间为10s；

(4)打开高压气瓶01阀门，高压气瓶01中的高压气体进入高压减压阀02，设置高压减压阀02的参数，比如，将高压减压阀02的参数设置为350kPa，进而将高压气体调节为可受控制的气压源；

(5)气压源进入蓄能器04，由蓄能器04将压力能储存；

(6)设置精密调压阀03的参数，比如将精密调压阀03的参数设置为100kPa，进而可为压力发生系统200提供一个稳定且精准的气压源；

(7)打开球阀111和球阀113，关闭球阀112；

(8)打开工控计机算16上的Labview虚拟仪器软件，labview虚拟仪器软件可通过控制驱动器06，进而控制静态控制阀05的的阀门开启时间，比如，通过labview虚拟仪器软件设置静态控制阀05的开启时间为5s；labview虚拟仪器软件可通过控制采集卡08，进而控制动态控制阀09的电磁灵敏度和电磁工作频率，通过labview虚拟仪器软件设置动态控制阀工作频率为5Hz。

(9)压力发生系统200向标定室11输出静态压力荷载的同时，数据采集仪15同步采集标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14的输出信号；

(10)孔隙水压计标定试验结束后，将待标定孔隙水压计12输出的电压(该电压表示水压大小)与标准水压计14记录的动态水压荷载变化情况(参见图14所示的标准水压计记录的动态水压荷载波形)进行对比，将标准水压计14记录的动态水压荷载作为纵轴，将待标定孔隙水压计12输出的电压作为横轴，得到待标定孔隙水压计12的动态标定曲线(见图13)。

(三)使用双通道伺服控制动态孔压标定仪还可以模拟现场孔压荷载生成过程，如下：

(1)打开数据采集仪15，先预热30min，当数据采集仪15预热完成后，进行下一步；

(2)将标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14分别与数据采集仪15进行连接，并预热5min。数据采集仪15采集温度传感器13采集的温度和标准水压计14量测的水压荷载，并传输到工控计算机16进行分析，当工控计算机16确定所有传感器均未收到外界环境干扰时，进行下一步操作；

(3)设置数据采集仪15的动态采样率为5000Hz，采样时间为10s；

(4)打开高压气瓶01阀门，高压气瓶01中的高压气体进入高压减压阀02，设置高压减压阀02的参数，比如，将高压减压阀02的参数设置为500kPa，进而将高压气体调节为可受控制的气压源；

(5)气压源进入蓄能器04，由蓄能器04将压力能储存；

(6)设置精密调压阀03的参数，比如将精密调压阀03的参数设置为350kPa，进而可为压力发生系统200提供一个稳定且精准的气压源；

(7)打开球阀111和球阀113，关闭球阀112；

(8)打开工控计机算16上的Labview虚拟仪器软件，labview虚拟仪器软件可通过控制驱动器06，进而控制静态控制阀05的的阀门开启时间，比如，通过labview虚拟仪器软件设置静态控制阀05的开启时间为5s；labview虚拟仪器软件可通过控制采集卡08，进而控制动态控制阀09的电磁灵敏度和电磁工作频率，通过labview虚拟仪器软件设置动态控制阀工作频率为5Hz。

(9)压力发生系统200向标定室11输出静态压力荷载的同时，数据采集仪15同步采集标准气压计10、待标定孔隙水压计12、温度传感器13和标准水压计14的输出信号；

(10)孔隙水压计标定试验结束后，可得到标准水压计14记录的动态水压荷载变化情况，请参见图15，其中横轴为时间，纵轴为标准水压计14记录的各个时刻的水压荷载。

基于上述论述可以得出结论，本实用新型相比现有技术，包括：东南大学孔隙水压计静态标定试验装置和美国伦勒斯理工学院的孔隙水压计静态标定试验装置，具有的优势如下：

A、导线密封方式：

本实用新型中，导线密封采用的是通过橡胶塞与孔隙水压计的导线完美配合后，再通过标定口螺母将橡胶塞和孔隙水压计导线固定并密封于孔隙水压计标定口中。因此，本实用新型中孔隙水压计的导线密封处理不仅能达到最佳密封效果，且密封过程步骤十分简单、缩短用时，极大的提高密封效率与标定试验进程；此外，本设计的导线密封方式能够承受输入高压荷载，并标定室无漏气与喷水现象发生，且橡胶塞在标定试验完成后可重复使用。

B、进气方式：

本实用新型中标定室内部具有特定气体流线的环形压力分配腔，并且该压力分配腔上均匀分布着多个分流孔，经过反复推算、数值模拟仿真试验与实际物理试验表明，该环形压力分配腔可保障压力荷载向标定室加载过程中腔内压力分布的均匀性，能够保障压力荷载向水压荷载的动态传递过程的均匀性和平稳性，避免了以往标定装置中由于单孔进气时动态压力荷载引起标定压力腔内液面发生振荡，导致待标定孔隙水压计的位置发生变化，进而影响孔隙水压计标定试验数据的准确性与可靠性。

C、标定室布局方式：

本实用新型中标定室设计有多个(比如10个)孔隙水压计标定口，相较于以往标定装置仅能同时标定一至两孔隙水压计，双通道伺服控制动态孔压标定仪一次最多可同时标定10个不品牌、型号孔隙水压计，极大的提高标定传感器的效率；标定室上安装有温度传感器，用于记录标定室内水温变化情况，有助于提高试验准确性；标定室圆筒侧壁为厚度10mm不锈钢材质，具有良好的承压性与防锈性，并设置有标准水压计安装口，用于安装标准水压计。标定室下层设置有排水阀，可在标定试验结束后，排除标定室内无气水。

D、设置标准水压计：

本实用新型中标定室上安装有一个标准水压计作为标准水压计，标准水压计用于监测与记录标定室内水压变化情况，并为孔隙水压计的性能标定试验提供参考基准。有效的避免了传统标定装置中无标准水压计为孔隙水压计标定提供参考，传统标定装置仅是依靠记录输入压力荷载的大小，来作为孔隙水压计的标定参考，然后孔隙水压计测量的是水压动态变化情况，并且压力荷载的变化情况与水压荷载变化情况是存在一定的幅值差异。

E、压力发生与控制系统：

本实用新型中压力发生与控制系统由高压供气系统和控制阀系统组成，由高压供气系统提供一个稳定的气压源，通过工控计算机上的Labview虚拟仪器软件实现对于控制阀系统的全自动控制，有利于提高孔隙水压计标定试验的可重复性，改变了以往标定装置通过人工控制压力发生装置生成静态压力荷载波形的局面。

F、生成的荷载波形

本实用新型中双通道伺服控制动态孔压标定仪可通过工控计算机上的控制软件控制生成的静态水压荷载的上升时间和幅值大小，及其控制生成的动态水压荷载波形的上升时间、幅值大小和换向频率，还可以模拟现场孔压增长波形的复现。改变以往标定装置中仅能逐级施加静态压力荷载的局限性。

最后，还需要说明的是，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种双通道伺服控制动态孔压标定仪，其特征在于，包括：

压力发生系统，所述压力发生系统用于生成静态压力荷载波形和动态压力荷载波形，并能模拟原位真实孔隙水压力累积增长波形；

输出端与所述压力发生系统的输入端连接的高压供气系统，用于为所述压力发生系统提供一个稳定、可控的恒定压力源；

输入端与所述压力发生系统的输出端连接的标定室系统，用于安装待标定孔隙水压计，为所述待标定孔隙水压计的性能标定试验和所述压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间，同时提供孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，所述参考基准为标准水压计量测的水压荷载，并能在压力荷载加载时，保障压力荷载向水压荷载传递过程的平稳性和均匀性；

数据采集处理系统，具有第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口和第二输出端口；

所述数据采集处理系统通过所述第一输入端口与所述标定室系统的输出端连接，所述第一输入端口用于输入孔隙水压计性能标定试验所需的所述参考基准以及所述待标定孔隙水压计输出的电压；

所述数据采集处理系统通过所述第二输入端口与所述压力发生系统的输出端连接，所述第二输入端口用于输入所述压力发生系统的输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形；

所述数据采集处理系统通过所述第一输出端口与所述压力发生系统的控制端连接，所述第一输出端口用于输出控制所述压力发生系统工作的控制信号；

所述第二输出端口用于输出生成的所述待标定孔隙水压计的标定曲线，其中，所述标定曲线的纵轴为所述标准水压计量测的水压荷载，横轴为所述待标定孔隙水压计输出的电压，当所述压力荷载波形为所述静态压力荷载波形时，所述标定曲线为静态标定曲线，当所述压力荷载波形为所述动态压力荷载波形时，所述标定曲线为动态标定曲线。

2.根据权利要求1所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述高压供气系统包括：顺序连接的高压气瓶、高压减压阀、精密调压阀和蓄能器；

所述高压减压阀用于将所述高压气瓶内的高压气体转换为低压气压源；

所述精密调压阀用于将所述低压气压源转化为一个稳定、可控的恒定压力源，并输出至所述压力发生系统；

所述蓄能器用于在所述精密调压阀输出至所述压力发生系统的压力能超出预设压力值时，将超出的气压能转换为压缩能进行储存；在压力能低于预设压力值时，将存储的压缩能转换为气压能释放，弥补所述精密调压阀输出至所述压力发生系统的压力能。

3.根据权利要求1所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述压力发生系统包括：静态控制阀、驱动器、转换电源装置、采集卡、动态控制阀和标准气压计；

所述静态控制阀分别与所述高压供气系统的输出端和所述驱动器连接，所述静态控制阀用于根据所述驱动器输出的驱动信号来确定阀门开启时间、阀门开启大小和转速；

所述转换电源装置分别与所述驱动器和所述采集卡连接，用于为所述驱动器和所述采集卡提供工作电源；

所述动态控制阀分别所述静态控制阀和所述采集卡连接，用于根据所述采集卡输出的调节指令，调节自身的电磁灵敏度和电磁工作频率；

所述标准气压计分别与所述静态控制阀和所述动态控制阀连接，所述标准气压计用于记录和反馈所述压力发生系统输出的压力荷载波形，包括：静态压力荷载波形和动态压力荷载波形。

4.根据权利要求3所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述压力发生系统还包括：快插式三通接头，所述快插式三通接头的第一接头连接所述标准气压计，所述快插式三通接头的第二接头连接所述静态控制阀，所述快插式三通接头的第三接头连接所述动态控制阀。

5.根据权利要求4所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述快插式三通接头和所述静态控制阀之间、所述快插式三通接头和所述动态控制阀之间、以及所述静态控制阀和所述动态控制阀之间均通过一个球阀连接。

6.根据权利要求1所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述标定室系统包括：标定室、温度传感器和所述标准水压计；

所述待标定孔隙水压计设置在标定室上层，所述标定室与所述压力发生系统连接，用于为所述待标定孔隙水压计的性能标定试验和所述压力发生系统生成的压力荷载提供工作空间；

所述温度传感器设置在所述标定室上层，用于监测所述标定室内的水温；

所述标准水压计设置在所述标定室的侧壁上，用于监测与记录所述标定室内的水压荷载，所述水压荷载即为孔隙水压计性能标定试验所需的参考基准，并记录所述标定室内的水温。

7.根据权利要求6所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述标定室包括：标定室上层、标定室下层和设置在所述标定室上层和所述标定室下层之间的标定室圆筒。

8.根据权利要求7所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述标定室上层包括：进水口、温度传感器安装口、孔隙水压计标定口、进气口、环形气腔和多个分流孔；

所述进水口用于向所述标定室内加注无气水；

所述温度传感器安装口用于安装所述温度传感器；

所述孔隙水压计标定口用于安装所述待标定孔隙水压计；

所述进气口设置在所述环形气腔与所述标定室上层侧壁连接处，所述进气口用于将所述标定室与所述压力发生系统的进气管相连接；

所述环形气腔用于保障所述压力发生系统内部向所述标定室加载气压过程中，气压传递的均匀性和平稳性；

多个所述分流孔均分布在所述环形气腔上，并与所述标定室圆筒相连通。

9.根据权利要求7所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述标定室圆筒的侧壁设置有标准水压计安装口，用于安装所述标准水压计。

10.根据权利要求7所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述标定室下层设有排水安装口和排水孔，其中，所述排水安装口用于安装排水阀，所述排水孔与所述标定室圆筒相连通，用于在孔隙水压计标定试验结束后，排出所述标定室内的无气水。

11.根据权利要求1所述的动态孔压标定仪，其特征在于，所述数据采集处理系统包括：数据采集仪和工控计算机；

所述数据采集仪的第一输入端口作为所述数据采集处理系统的第一输入端口，与所述标定室系统的输出端连接，所述第一输入端口用于输入性能标定试验所需的参考基准以及所述待标定孔隙水压计输出的电压；

所述数据采集仪的第二输入端口作为所述数据采集处理系统的第二输入端口，与所述压力发生系统的输出端连接；

所述数据采集仪的输出端口与所述工控计算机连接，所述输出端口用于输出所述数据采集仪采集的性能标定试验所需的参考基准、所述待标定孔隙水压计输出的电压以及所述压力发生系统的输出的压力荷载波形；

所述工控计算机的第一输出端口作为所述数据采集处理系统的第一输出端口与所述压力发生系统的控制端连接；

所述工控计算机的第二输出端口作为所述数据采集处理系统的第二输出端口。