CN210626279U

CN210626279U - 孔隙压测量装置及测量系统

Info

Publication number: CN210626279U
Application number: CN201921686041.5U
Authority: CN
Inventors: 姜景捷; 彭华; 马秀敏; 李振; 孙尧
Original assignee: INSTITUTE OF GEOMECHANICS CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES
Current assignee: INSTITUTE OF GEOMECHANICS CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2029-10-09

Abstract

本申请提供了一种孔隙压测量装置及测量系统，属于孔隙压测量领域，测量装置包括第一壳体、充气稳压组件、第一传感器、第二传感器和数据采集控制模块；第一壳体的内部设置有背压舱，充气稳压组件设置在背压舱内；第一传感器设置在第一壳体的内部，用以检测背压舱内的压力；第二传感器用于检测背压舱与外界之间的压力差；数据采集控制模块用于计算相应的压力数值以及压力差数值；该测量装置在较高量程时保障较高的测量分辨率，安装前可以预估压力数值调节充气稳压组件的压力，进而调整背压舱内的工作压力范围，实现稳定背压压力源，解决了在较高孔隙压情况下检出有效压力波动异常的问题，有效提高测量的精度及孔隙压力测量的应用能力。

Description

孔隙压测量装置及测量系统

技术领域

本实用新型涉及孔隙压测量领域，具体涉及一种孔隙压测量装置及测量系统。

背景技术

孔隙压测量是一种测量土层、岩层内水压力的方法，传感器埋设在土体内部，土体内渗透的水作用在传感器上以测量其压力，常用于滑坡、泥石流等岩土体孔隙水监测，深孔孔隙压力测量也用于地震活动研究，孔隙水压力是岩土工程施工和研究中经常观测的项目之一。

现有的孔隙压力测量方案与一般的水压力测量一样，不同的是，在传感器进水口安装一个透水石，透水率与被测土体接近用于隔离杂质，其传感器的测量特征与普通压力传感器的输出特征一致，其典型输出为线性关系。

CECS 55：93《孔隙水压力测试规程》中建议，“为了保障孔隙水压计的精度，选择的量程不宜过大，上限值大于静水压力数值与预估的超孔隙水压力数值之和，宜为100～200kPB”。

当前压力传感器的精度为满量程的0.1％左右，传感器量程增大时，其精度会降低；对于较深埋深时的静水压力较高，必须选择更大量程的孔隙压计，导致测量的精度降低，无法测量出其中变化较小的压力信号。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种孔隙压测量装置，可以实现在较深埋深时，检测变化较小的压力信号，有效提高测量的精度，为地质、防灾等科研工作提供更准确的基础数据。

基于上述目的，本实用新型提供的孔隙压测量装置，包括：第一壳体、充气稳压组件、第一传感器、第二传感器和数据采集控制模块；

所述第一壳体的内部设置有背压舱；

所述充气稳压组件设置在所述背压舱内，通过调整所述背压舱内充气稳压组件的气压，确保工作中背压舱内空气部分的体积，进而保障背压舱内压力稳定，提高采集数据稳定性；

所述第一传感器设置在所述第一壳体的内部，用以检测所述背压舱内的压力；

所述第二传感器的一端伸入至所述第一壳体中的背压舱内，另一端伸出至所述第一壳体的外部，用于检测所述背压舱与外界之间的压力差；

所述数据采集控制模块用于采集所述第一传感器检测的压力信号，根据所述压力信号计算出基础压力数值；以及，所述数据采集控制模块采集所述第二传感器检测的压力差信号，根据所述压力差信号计算出压力差数值，两个压力值结合获取高精度的孔隙压压力值，为地质、防灾等科研工作提供更准确的基础数据。

进一步的，所述第一壳体上设置用以连通所述背压舱和外界的管道；所述管道上连通有控制阀，所述控制阀与所述数据采集控制模块电连接。

进一步的，所述数据采集控制模块适用于判断所述压力差数值是否处于预设压力差阈值范围内；

若所述压力差数值超出所述预设压力差阈值范围，所述数据采集控制模块控制所述控制阀开启，使所述背压舱与外界连通；

若所述压力差数值处于所述预设压力差阈值范围内，所述数据采集控制模块控制所述控制阀关闭，使所述背压舱与外界隔离。保障第二传感器处于良好的工作状态，避免损坏传感器。

进一步的，所述数据采集控制模块还用于根据所述基础压力数值和所述压力差信号计算孔隙压压力值。

进一步的，所述充气稳压组件包括气囊，所述气囊的充气头伸出至所述第一壳体外部。

进一步的，所述第一传感器为压力传感器，所述第二传感器为差压传感器。

进一步的，所述第一壳体上设置有多个第一装配孔，所述第一传感器、所述第二传感器、所述气囊的充气头以及所述管道装配在相应的所述第一装配孔内。

进一步的，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有仪器舱，所述第一壳体、所述第一传感器、所述第二传感器和所述数据采集控制模块设置在所述仪器舱内，并且，所述第二传感器及所述管道的端部均伸出至所述第二壳体的外部。

进一步的，所述第二壳体上设置有多个第二装配孔，所述第二传感器和所述管道装配在相对应的所述第二装配孔内。

本实用新型还提供了一种孔隙压测量系统，包括数据监控装置，以及上述的孔隙压测量装置，所述数据监控装置通过信号线与所述数据采集控制模块电连接。

采用上述技术方案，本实用新型提供的孔隙压测量装置的技术效果有：

第一壳体内设置有背压舱，充气稳压组件设置在背压舱内，利用充气稳压组件可以调整背压舱内的工作压力范围；第一传感器用以检测背压舱内的压力，可以获取孔隙压的基本情况；第二传感器用于检测背压舱与外界之间的压力差；数据采集控制模块用于计算相应的压力数值以及压力差数值，进而方便获取孔隙压的变化情况；

本实用新型提供的孔隙压测量装置的输出灵敏度与测量量程无关，在较高量程时，仍然可以保障较高的测量分辨率，安装前可以预估压力数值调节充气稳压组件的压力，进而调节背压舱内的压力稳定范围，实现稳定背压压力源，解决了在较高孔隙压情况下检出有效压力波动异常的问题，提高了孔隙压力测量的应用能力。特别是在较深埋深时，可以检测变化较小的压力信号，有效提高测量的精度，为地质、防灾等科研工作提供更准确的基础数据。

本实用新型提供的孔隙压测量系统，包括上述的孔隙压测量装置，具有数据监控装置的上述特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一中的孔隙压测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一中的第一壳体的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一中的孔隙压测量装置的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例一中的第二壳体的结构示意图；

图5为本实用新型实施例一中的孔隙压测量装置原理图。

附图标记：100-第一壳体，110-背压舱，120-第一装配孔，200-充气稳压组件，210-气囊，211-充气头，300-第一传感器，400-第二传感器，500-数据采集控制模块，600-管道，700-控制阀，800-第二壳体，810-仪器舱，820-第二装配孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1和图2所示，本实用新型提供的孔隙压测量装置，包括：第一壳体100、充气稳压组件200、第一传感器300、第二传感器400和数据采集控制模块500。

第一壳体100的内部设置有背压舱110；充气稳压组件200设置在背压舱110内，通过对充气稳压组件200进行充气，使充气稳压组件200的体积发生变化，进而调整背压舱110内的工作压力范围；

第一传感器300设置在第一壳体100的内部，用以检测背压舱110内的压力；

第二传感器400的一端伸入至第一壳体100中的背压舱110内，另一端伸出至第一壳体100的外部，用于检测背压舱110与外界之间的压力差；

数据采集控制模块500分别与第一传感器300和第二传感器400电连接，数据采集控制模块500用于采集第一传感器300检测的压力信号，根据压力信号计算出基础压力数值，方便工作人员获取基础压力数据；

同时，数据采集控制模块还用于采集第二传感器400检测的压力差信号，根据压力差信号计算出压力差数值，便于在应用时调整背压舱110内部与外界的压力差，进而在较高量程时仍然可以保障较高的测量分辨率。

需要说明的是，上述的背压舱110内的工作压力范围指的是，孔隙压测量装置在土体内工作时，背压舱110内的气体及水的共同压力范围；

另外，由于第二传感器400专用于测量检测背压舱110与外界之间的压力差变化，并且第二传感器400的量程较小，因此，在应用时，需要使用第一传感器300来检测背压舱110内的基础压力数值，进而达到调整该孔隙压测量装置的压力感应范围。

本实用新型实施例提供的孔隙压测量装置，第一壳体100内设置有背压舱110，充气稳压组件200设置在背压舱110内，利用充气稳压组件200可以调整背压舱110内的工作压力范围，进而保障背压舱110内的压力稳定，提高采集数据稳定性；第一传感器300与第一壳体100连接，用以检测背压舱110内的压力，便于获取背压舱110内的基础压力数值，以供科研人员研究；第二传感器400用于检测背压舱110与外界之间的压力差；数据采集控制模块用于计算相应的压力数值以及压力差数值。

本实用新型实施例提供的孔隙压测量装置的输出灵敏度与测量量程无关，在较高量程时，仍然可以保障较高的测量分辨率，安装前可以根据工作场地预估压力数值，来调节充气稳压组件200的压力，进而调节背压舱110内的工作压力范围，实现稳定背压压力源，解决了在较高孔隙压情况下检出有效压力波动异常的问题，保障测量质量，提高了孔隙压力测量的应用能力。

本实用新型的可选实施方案中，数据采集控制模块还用于根据基础压力数值和压力差信号计算孔隙压压力值，以方便科研人员获取较高精度的孔隙压数据。

本实用新型的可选实施方案中，第一传感器300为压力传感器，第二传感器400为差压传感器。

参照图5，为了达到调节背压舱110与外界的压力差，本实用新型的一个可选实施例中，第一壳体100上设置用以连通背压舱110和外界的管道600；管道600上连通有控制阀700，控制阀700与数据采集控制模块500电连接，数据采集控制模块500用于控制该控制阀700的开启或者关闭，进而使背压舱110与外界连通或者隔离。例如，当背压舱110与外界连通时，可以调整背压舱110与外界的压力差。

本实用新型实施例提供的孔隙压测量装置，安装前可以根据工作场地预估压力数值，来调节充气稳压组件200的压力，进而调节背压舱110内的压力。

数据采集控制模块500采用下述方式对背压舱110与外界的压力差进行调节：

数据采集控制模块500适用于判断压力差数值是否处于预设压力差阈值范围内；

若压力差数值超出预设压力差阈值范围内的最大值，数据采集控制模块500控制控制阀700开启，使背压舱110与外界连通，使外界水源进入至背压舱110内，对背压舱110泄压或者增压，直至压力差数值处于预设压力差阈值范围内；

若压力差数值处于预设压力差阈值范围内，数据采集控制模块500控制控制阀700关闭，使背压舱110与外界保持在隔离装置。

通过上述的调节方式，应用时，可以调整压力感应范围，例如专门设计测量范围为6～7MPB，而不是传统的0～7MPB。

本实用新型的可选实施方案中，充气稳压组件200包括气囊210，气囊210的充气头211伸出至第一壳体100外部，经充气头211对气囊210充气，利用气囊210的体积变化对背压舱110内的压力进行调节。

参照图2，为了方便装配充气头211、第一传感器300、第二传感器400和管道600，在第一壳体100上设置有多个第一装配孔120，第一传感器300、第二传感器400、气囊的充气头211以及管道600分别装配在相对应的第一装配孔120内。并且，上述各个组件与第一装配孔120之间采用密封件进行密封。

参照图3和图4，本实用新型的可选实施方案中，该孔隙压测量装置还包括第二壳体800，第二壳体800内设置有仪器舱810，第一壳体100、第一传感器300、第二传感器400和数据采集控制模块500设置在仪器舱810内，仪器舱810起到对上述各组件的保护作用。并且，第二传感器400及管道600的端部均伸出至第二壳体800的外部，使第二传感器400和管道600分别与外界连通。

参照图4，本实用新型的可选实施方案中，第二壳体800上设置有多个第二装配孔820，第二传感器400和管道600装配在相对应的第二装配孔820内，进而可以检测外界的压力。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种孔隙压测量系统，其包括数据监控装置，以及上述实施例一种提供的孔隙压测量装置。

由于孔隙压测量装置的结构在实施例一种已做出说明，因此本实施例中不再赘述；

上述的数据监控装置通过信号线与数据采集控制模块电连接，数据监控装置可以采集数据采集控制模块计算的基础压力数值、压力差数值及孔隙压压力值，方便工作人员进行监控。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种孔隙压测量装置，其特征在于，包括：第一壳体、充气稳压组件、第一传感器、第二传感器和数据采集控制模块；

所述第一壳体的内部设置有背压舱；

所述充气稳压组件设置在所述背压舱内，用于调整所述背压舱内的工作压力范围；

所述第二传感器的一端伸入至所述背压舱的内部，另一端伸出至所述第一壳体的外部，用于检测所述背压舱与外界之间的压力差；

所述数据采集控制模块用于采集所述第一传感器检测的压力信号，根据所述压力信号计算基础压力数值；以及，所述数据采集控制模块采集所述第二传感器检测的压力差信号，根据所述压力差信号计算压力差数值。

2.根据权利要求1所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述第一壳体上设置用以连通所述背压舱和外界的管道；

所述管道上连通有控制阀，所述控制阀与所述数据采集控制模块电连接。

3.根据权利要求2所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述数据采集控制模块适用于判断所述压力差数值是否处于预设压力差阈值范围内；

若所述压力差数值处于所述预设压力差阈值范围内，所述数据采集控制模块控制所述控制阀关闭，使所述背压舱与外界隔离。

4.根据权利要求1所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述数据采集控制模块还用于根据所述基础压力数值和所述压力差信号计算孔隙压压力值。

5.根据权利要求2所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述充气稳压组件包括气囊，所述气囊的充气头伸出至所述第一壳体外部。

6.根据权利要求1所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述第一传感器为压力传感器，所述第二传感器为差压传感器。

7.根据权利要求5所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述第一壳体上设置有多个第一装配孔，所述第一传感器、所述第二传感器、所述气囊的充气头以及所述管道装配在相对应的所述第一装配孔内。

8.根据权利要求2所述的孔隙压测量装置，其特征在于，还包括第二壳体，所述第二壳体内设置有仪器舱，所述第一壳体、所述第一传感器、所述第二传感器和所述数据采集控制模块设置在所述仪器舱内，并且，所述第二传感器及所述管道的端部均伸出至所述第二壳体的外部。

9.根据权利要求8所述的孔隙压测量装置，其特征在于，所述第二壳体上设置有多个第二装配孔，所述第二传感器和所述管道装配在相对应的所述第二装配孔内。

10.一种孔隙压测量系统，其特征在于，包括数据监控装置，以及权利要求1-9中任意一项所述的孔隙压测量装置，所述数据监控装置通过信号线与所述数据采集控制模块电连接。