CN216350453U - 一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及冻土检测技术领域，提供了一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，包括测顶、基座和测体；所述测顶贯穿设置有循环制冷导管和位移传感器，底部设置有上压电陶瓷智能骨料槽；所述基座顶部设置有下压电陶瓷智能骨料槽；所述测体的一端连接所述基座顶部，另一端连接所述测顶底部以形成试验腔体。该实用新型能够利用压电陶瓷检测冻土冻胀，以获取在不同条件下的冻土参数，解决现有技术中检测冻土冻胀的装置复杂以及不存在利用压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置的问题。

Description

一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置

技术领域

本实用新型涉及冻土检测技术领域，具体涉及一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置。

背景技术

土的冻胀是由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部分水结冰体积膨胀，以及更主要的是土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结缘迁移、聚集，并冻结膨胀所致。冻土融化时，由于孔隙水的排出，使土体产生下沉，叫做融沉。

冻土地区的冬季地基土冻结后产生冻胀变形，夏季融化后产生融化下沉变形，易造成建筑物冻害，严重的甚至不能使用。冻土地区土壤的冻胀直接关系到建筑物的使用年限和结构安全，因此需要对土壤的冻胀性进行检测。

现有的检测冻土冻胀的装置一般较为复杂，试验环境要求苛刻，对冻土冻胀情况的分析较为单一，且没有采用压电陶瓷协助检测的设备。

实用新型内容

本实用新型提供了一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，该实用新型能够利用压电陶瓷检测冻土冻胀，以获取在不同条件下的冻土参数，解决现有技术中检测冻土冻胀的装置复杂以及不存在利用压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，包括测顶、基座和测体；所述测顶贯穿设置有循环制冷导管和位移传感器，底部设置有上压电陶瓷智能骨料槽；所述基座顶部设置有下压电陶瓷智能骨料槽；所述上压电陶瓷智能骨料槽和所述下压电陶瓷智能骨料槽装有压电陶瓷智能骨料；所述测体的一端连接所述基座顶部，另一端连接所述测顶底部以形成试验腔体；所述位移传感器的感应端、所述上压电陶瓷智能骨料槽和所述下压电陶瓷智能骨料槽位于所述试验腔体内，所述循环制冷导管连通所述试验腔体；所述测顶和所述基座均设置有贯穿孔洞，用于连接外部设备的屏蔽导线通过所述贯穿孔洞与所述压电陶瓷智能骨料电连接。

压电陶瓷是一种可实现电能和机械能转换的信息功能材料，由于其良好的耐久性及可嵌入性，现常用作激励传感器或接收传感器，从而实现主动检测的效果。压电陶瓷具有正逆电效应，当对它施加机械应力的时候，会产生机械应力向电压信号的转换(正压电效应)，另外，当对它施加一个电压信号时，会实现电压信号向机械波的转换(逆压电效应)，这种在构件中传播的机械波称为应力波。

采用压电材料对结构进行健康检测的方法主要分为被动法和主动法，而后者常划分为机械阻抗法和波动法。本实用新型实施例提供的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，利用了波动法对冻土冻胀进行检测，其原理为设置至少两个压电陶瓷智能骨料，利用压电陶瓷自身性能，将一个压电陶瓷智能骨料作为驱动发射器发射应力波信号，其余压电陶瓷智能骨料则作为接收传感器接收应力波信号。通过对比分析试验土样在不同条件下激励传感器发射信号与接收传感器接收信号之间的差异，将电信号与冻土冻胀位移建立联系，把土体内部变化情况通过信号方式呈现，以获取在不同条件下的冻土参数。

在应用本实用新型实施例提供的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置时，压电陶瓷智能骨料安装于上压电陶瓷智能骨料槽和下压电陶瓷智能骨料槽；试验腔体用于容纳试验土样并进行冻土冻胀检测试验；位移传感器的感应端与试验土样相连以获取试验土样的冻胀位移；循环制冷导管用于外接制冷设备对试验土样进行各种试验条件下的单向冻结。循环制冷导管位于测顶使得试验土样上层刚发生冻胀时，下层仍保持未冻胀状态，模拟天然土层的冻融循环过程。由于试验土样各层的冻结状态不一，因此试验土样的竖向位移近似反映了整个试验土样的冻结状态；位移传感器位于测顶，感应端与试验土样相连以获取试验土样的竖向位移，贯穿设置以便于试验人员进行试验操作以及读数；上压电陶瓷智能骨料槽和下压电陶瓷智能骨料槽分设于试验腔体两端使得一个压电陶瓷智能骨料发射出的自上向下或自下向上穿过试验土样的应力波被其余相对设置的电陶瓷智能骨料所接收。

在应用本实用新型实施例提供的检测装置进行冻土冻胀检测试验时，压电陶瓷智能骨料电性连接有屏蔽导线以连接外部设备，试验人员通过控制外部设备以控制压电陶瓷智能骨料发射应力波信号或接受接收应力波信号，因此在测顶和基座上预设贯穿孔洞以将压电陶瓷智能骨料通过屏蔽导线与外部设备连接。使用屏蔽导线是为了减少其对应力波电信号的干扰。

综上所述，本实用新型提供了一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，模拟天然土层的冻融循环过程，并通过上下相对设置的压电陶瓷智能骨料与测量竖向位移的位移传感器的配合以获取在不同条件下的冻土参数。

进一步的，所述测顶底面和所述基座顶面设置有凹槽，所述测体通过所述凹槽分别与所述测顶和所述基座卡接。在应用本实用新型实施例提供的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置时，涉及到对压电陶瓷智能骨料以及试验土样的安装与拆卸，试验土样的黏性以及冻土的各种性质等因素使得对试验土样的安装与拆卸以及试验结束后对检测装置的清洁很麻烦。本技术方案便于试验人员对压电陶瓷智能骨料以及试验土样进行安装与拆卸，也便于在试验结束后对检测装置的各组成部分进行清洁。

进一步的，所述测体包括左右依次卡接的至少两个测体片；所述测体片的一端设置有凸出部，另一端设置有凹陷部；所述测体片的所述凸出部与另一所述测体片的所述凹陷部配合以卡接。本技术方案能够进一步便于试验人员对验土样进行安装与拆卸，并且在试验过程中由于土的冻结膨胀，可能会导致测体破坏；该实施方式下，当任一测体片损坏时，只需更换损坏的测体片即可，降低本实用新型实施例提供的检测装置的维护成本。

进一步的，所述凹槽侧面和所述凹陷部侧面均设置有弹性凸起。本实施方式中，当测体通过凹槽分别与测顶和基座卡接时，弹性凸起凹陷并对测体施加向内的力，使测体分别与测顶和基座的连接稳定，防止测体在试验过程中晃动。同理，弹性凸起也会使得凸出部与凹陷部的配合卡接稳定，防止测体在试验过程中散架。

进一步的，所述测体由透明材料制成。本技术方案使得试验人员能够直观地透过测体观察试验土样的状态，并且可以在试验过程中配合摄像设备记录试验土样的变化过程，以联系压电陶瓷电信号及冻胀位移建立新的试验关系。

进一步的，所述测体侧面设置有刻度线。刻度线的设置使得试验人员能够精确定位试验土样的厚度以适应不同的试验条件。

进一步的，所述测体为管状。管状侧面没有角，利于试验土样在试验腔体内填充紧密，也利于在试验结束后对检测装置进行清洁。

进一步的，所述测顶顶部设置有手提把手。本技术方案便于试验人员通过拉提手提把手完成对测顶的安装与拆卸。

进一步的，所述上压电陶瓷智能骨料槽位于所述试验腔体上端面的中心点，所述下压电陶瓷智能骨料槽位于所述试验腔体下端面的中心点。在试验土样的冻结过程中，各区域的冻结状态均不相同，但试验腔体上端面的中心点和试验腔体下端面的中心点的连线附近的试验土样最能反映整个试验土样的冻结状态；本技术方案旨在以此为依据获取最能反映整个试验土样的冻结状态的应力波电信号。需要说明的是，试验腔体上端面指测顶底面用以形成试验腔体的部分，试验腔体下端面指基座顶面用以形成试验腔体的部分。

进一步的，所述测顶、所述基座和所述测体均由绝缘材料制成。该实施方式为了避免测顶、基座和测体在试验过程中带电而干扰压电陶瓷的检测，影响检测的效果。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型弥补了现有技术的不足，提供了一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，能够利用压电陶瓷检测冻土冻胀。

2、本实用新型模拟天然土层的冻融循环过程，并以获取的电信号来反映整个试验土样冻结状态。

3、本实用新型中测体由透明材料制成以及其侧面设置有刻度线使试验人员可以以此改变试验条件并建立多组的试验关系。

4、本实用新型提供的检测装置具有安装拆卸方便的特点，便于试验人员对压电陶瓷智能骨料以及试验土样进行安装与拆卸，也便于在试验结束后对检测装置的各组成部分进行清洁。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。附图中由透明部分遮挡的可视部分由虚线表示，在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的检测装置中基座的结构示意图；

图3为图1所示的检测装置中测顶的仰视示意图；

图4为图1所示的检测装置中测体的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-测顶，2-基座，3-测体，4-试验腔体，5-压电陶瓷智能骨料，6-贯穿孔洞，7-屏蔽导线，8-凹槽，9-弹性凸起，11-循环制冷导管，12-位移传感器，13-上压电陶瓷智能骨料槽，14-手提把手，21-下压电陶瓷智能骨料槽，31-测体片，32-刻度线，311-凸出部，312-凹陷部。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置包括测顶1、基座2和测体3；测顶1贯穿设置有循环制冷导管11和位移传感器12，底部设置有上压电陶瓷智能骨料槽13；基座2顶部设置有下压电陶瓷智能骨料槽21；测体3一端连接测顶1底部，另一端连接基座2顶部以形成试验腔体4；位移传感器12的感应端、上压电陶瓷智能骨料槽13和下压电陶瓷智能骨料槽21位于试验腔体4内，循环制冷导管11连通试验腔体4；上压电陶瓷智能骨料槽13和下压电陶瓷智能骨料21槽装有压电陶瓷智能骨料5；测顶1和基座2均设置有贯穿孔洞6，用于连接外部设备的屏蔽导线7通过贯穿孔洞6与压电陶瓷智能骨料5电连接。

请参阅图2和图3，在本实施例中，测体3为管状，分别卡接测顶1和基座2；基座2顶部设置有用于与管体3卡接的凹槽8，并且凹槽8侧面还设置有弹性凸起9，保证了基座2与测体3紧密连接。同样的，测顶1的底部也设置有侧面带有弹性凸起9的凹槽8。同时，图2中还示出了带有屏蔽导线7的压电陶瓷智能骨料5安装于下压电陶瓷智能骨料槽21。

请参阅图4，在本实施例中，测体3由透明材料制成，包括左右依次卡接的四个测体片31，并且某一测体片31侧面设置有刻度线32；测体片31的一端设置有凸出部311，另一端设置有凹陷部312；测体片31的凸出部311与另一测体片31的凹陷部312配合以卡接。需要说明的是，当基座2与带有刻度线32的测体片31卡接后，刻度线32的零刻度线与基座2的顶面位于同一平面。

在本实施例中，上压电陶瓷智能骨料槽13和下压电陶瓷智能骨料槽21均为一个，分别位于试验腔体4上端面的中心点和试验腔体4下端面的中心点。

在本实施例中，为了避免测顶1、基座2和测体3在试验过程中带电而干扰压电陶瓷的检测，影响检测的效果，测顶1、基座2和测体3均由绝缘材料制成。

在应用本实用新型实施例提供的检测装置时，试验人员将压电陶瓷智能骨料5安装于上压电陶瓷智能骨料槽13和下压电陶瓷智能骨料槽21；根据试验方便及需要完成对测体片31以及试验土样的安装，最后将测顶1底部卡接测体3顶部。测顶1和基座2预设有贯穿孔洞6，屏蔽导线7的一端穿过贯穿孔洞6与压电陶瓷智能骨料5电连接，另一端连接外部设备以控制压电陶瓷智能骨料5发射应力波信号或接受接收应力波信号。试验人员通过循环制冷导管11用于外接制冷设备对试验土样进行各种试验条件下的单向冻结，通过位移传感器12以获取试验土样的竖向位移。本实施方式获得的应力波电信号近似反应了整个试验土样的冻结状态，并结合竖向位移建立试验关系。另外，结合摄像设备记录试验土样的变化过程、刻度线32精确定位试验土样的厚度等条件以建立多组试验关系。

本实用新型实施例提供的检测装置的各组成部分均采用卡接，安装拆卸方便，利于进行冻土冻胀试验，也便于在试验结束后对各组成部分进行清洗。

本实用新型实施例中，弹性凸起9的设置能够保证基座2与测体3以及各测体片31之间紧密连接，防止测体3在试验过程中晃动或散架。

本实用新型实施例同时公开了一种压电陶瓷智能骨料5的实施方式，压电陶瓷智能骨料包括压电陶瓷片和涂有绝缘层的铜壳，压电陶瓷片由涂有绝缘层的铜壳包裹。

在本实用新型的另一实施例中，上压电陶瓷智能骨料槽13为一个且下压电陶瓷智能骨料槽21为至少两个，或者下压电陶瓷智能骨料槽21为一个且上压电陶瓷智能骨料槽13为至少两个。在该实施方式下，试验腔体4一端面设置有作为激励传感器的一个压电陶瓷智能骨料5，另一端面设置有作为接受传感器的至少两个压电陶瓷智能骨料5，能够获得多组应力波信号，建立多组试验关系，以此来反映整个试验土样的冻结状态。

在本实用新型的另一实施例中，上压电陶瓷智能骨料槽13和下压电陶瓷智能骨料槽21均为至少两个。该实施方式意图为其中一个压电陶瓷智能骨料5作为激励传感器，其余相对设置的压电陶瓷智能骨料5作为接受传感器，以此建立多组试验关系。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，包括测顶(1)、基座(2)和测体(3)；所述测顶(1)贯穿设置有循环制冷导管(11)和位移传感器(12)，底部设置有上压电陶瓷智能骨料槽(13)；所述基座(2)顶部设置有下压电陶瓷智能骨料槽(21)；所述上压电陶瓷智能骨料槽(13)和所述下压电陶瓷智能骨料槽(21)装有压电陶瓷智能骨料(5)；所述测体(3)的一端连接所述基座(2)顶部，另一端连接所述测顶(1)底部以形成试验腔体(4)；所述位移传感器(12)的感应端、所述上压电陶瓷智能骨料槽(13)和所述下压电陶瓷智能骨料槽(21)位于所述试验腔体(4)内，所述循环制冷导管(11)连通所述试验腔体(4)；所述测顶(1)和所述基座(2)均设置有贯穿孔洞(6)，用于连接外部设备的屏蔽导线(7)通过所述贯穿孔洞(6)与所述压电陶瓷智能骨料(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测顶(1)底面和所述基座(2)顶面设置有凹槽(8)，所述测体(3)通过所述凹槽(8)分别与所述测顶(1)和所述基座(2)卡接。

3.根据权利要求2所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测体(3)包括左右依次卡接的至少两个测体片(31)；所述测体片(31)的一端设置有凸出部(311)，另一端设置有凹陷部(312)；所述测体片(31)的所述凸出部(311)与另一所述测体片(31)的所述凹陷部(312)配合以卡接。

4.根据权利要求3所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述凹槽(8)侧面和所述凹陷部(312)侧面均设置有弹性凸起(9)。

5.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测体(3)由透明材料制成。

6.根据权利要求5所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测体(3)侧面设置有刻度线(32)。

7.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测体(3)为管状。

8.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测顶(1)顶部设置有手提把手(14)。

9.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述上压电陶瓷智能骨料槽(13)位于所述试验腔体(4)上端面的中心点，所述下压电陶瓷智能骨料槽(21)位于所述试验腔体(4)下端面的中心点。

10.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷检测冻土冻胀的检测装置，其特征在于，所述测顶(1)、所述基座(2)和所述测体(3)均由绝缘材料制成。

Images