专利名称：薄膜式土压力传感器标定装置及标定方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜式土压力传感器标定装置。本发明还涉及一种采用薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法。
背景技术：
随着传感器技术的飞速发展，出现了一大批微型传感器。在岩土行业，体积较大的土压力盒已经逐渐退出了历史的舞台，越来越多的新型土压力传感器进入了人们的视线。例如薄膜式土压力传感器，凭借着其微型、精确、灵敏、廉价等优点被岩土行业人士所青睐。其中，薄膜式土压力传感器的标定就成为了至关重要的问题，它是连接传感器与岩土力学问题的纽带，决定着传感器能否在岩土领域进行准确的测量。采用合适的标定设备能够更好地帮助我们了解传感器的特性，更准确地绘制出传感器的标定曲线，但现有的与本发明相近的技术主要是针对传统的土压力盒的标定设备，而传统的土压力盒和薄膜式土压力传感器不仅形状大小不一样，而且材质也是完全不一样，因此传统的土压力盒标定装置对于薄膜式土压力传感器已经完全不再适用。同样，以前针对传统的土压力盒标定装置而设计的标定方法也不再适用于薄膜式土压力传感器。
发明内容
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本发明要解决的技术问题是提供一种适用于薄膜式土压力传感器标定的、结构简单、标定方便的薄膜式土压力传感器标定装置。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种适用于薄膜式土压力传感器标定的、操作简单、标定方便的采用薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法。针对薄膜式土压力传感器标定装置而言，本发明的薄膜式土压力传感器标定装置包括:1) 一基座，基座设有向上延伸的凸缘；II)设在基座上方的充土环，充土环的下表面与凸缘的上表面密封固定；111)设在充土环上方的荷载环，荷载环的下表面与充土环的上表面密封固定，荷载环的环壁上设有一压力表连接孔，荷载环内部放置有一荷载体，荷载体设有一可测试压力的压力表；IV)设在荷载环上方的加压盖，加压盖的顶部设有一压力台连接孔；其中，基座、充土环、荷载环和加压盖的内壁围成一具有光滑表面的内部空间。该薄膜式土压力传感器标定装置针对薄膜式土压力传感器薄而小的结构特点设计，具有体积小、结构简单、标定方便的优点。优选的，基座、充土环和荷载环通过多个贯穿的定位固定螺栓连接。该结构保证了整个薄膜式土压力传感器标定装置的整体性。优选的，荷载体为充水橡皮囊，充水橡皮囊内部设有一压力表，充水橡皮囊的外部设有压力表读数装置，压力表读数装置通过压力表连接孔与压力表连接。荷载体为充水橡皮囊。荷载环内采用水作为介质对土体加压，保证了标定土体中的荷载均布。优选的，基座与充土环之间设有第一垫片。另一种优选的方案，充土环与荷载环之间设有第二垫片。上述第一垫片和第二垫片保证了基座与充土环、充土环和荷载环之间的密封性。优选的，凸缘的环壁上设有供传感器传输线通过的引线孔，引线孔内设有橡胶垫。传感器传输线从引线孔中穿过，减少了传感器传输线在标定土体的长度，保证了标定土体的完整性。优选的，充土环包括一铸铁环，铸铁环的内部套有一玻璃环。更进一步的优�。酚氩ＡЩ分渖栌幸幌鸾夯�。采用玻璃作为充土环的内壁，减小了标定土体与内壁之间的摩擦力，提高了标定的准确性。针对采用薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法而言，本发明的采用薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法，包括以下步骤:i)将标定土体放直在基座的内部，并使基座内的标定土体的上表面与基座的上表面处于同一平面；ii)将待标定的传感器平放在基座内的标定土体的上表面中心，基座的外部设有数据采集设备，该传感器通过传感器传输线与数据采集设备相连；iii)将充土环安装在基座的上方，再用标定土体填满充土环内部，充土环内的标定土体的上表面与充土环的上表面处于同一平面；iv)将荷载环安装在充土环上方，再调整放置在荷载环中的荷载体的位置，使该荷载体平铺在充土环内的标定土体的上表面上；V)将加压盖安装在荷载环上方，并通过压力台连接孔将加压盖与压力仪连接；vi)压力仪施加压力在荷载体上,并通过该荷载体和标定土体传送至待标定的传感器，对该传感器进行预压；vii)预压结束后，压力`仪分别施加不同的压力至传感器，并分别记录对应的压力表读数装置的压力表读数和数据采集设备采集的传感器输出电压；viii)对上述纪录的压力表读数和传感器输出电压进行处理，得到该传感器在该标定土体中的标定曲线。该方法适用于薄膜式土压力传感器标定的，操作简单，标定方便。采用标定土体作为传力介质，标定环境更加符合真实工作环境。
图1为本发明的薄膜式土压力传感器标定装置的一种具体实施方式
的结构示意图。图2为图1所示薄膜式土压力传感器标定装置的基座的结构示意图。图3为图1所示薄膜式土压力传感器标定装置的充土环的结构示意图。图4为图1所示薄膜式土压力传感器标定装置的荷载环的结构示意图。图5为图1所示薄膜式土压力传感器标定装置的加压盖的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。如图1至图5所示，本发明的薄膜式土压力传感器标定装置包括:1) 一基座1，基座I设有向上延伸的凸缘11，凸缘11的环壁上设有供传感器传输线通过的引线孔12，引线孔12内设有橡胶垫；11)设在基座I上方的充土环2，充土环2的下表面与凸缘11的上表面密封固定，充土环2包括一铸铁环21，铸铁环21的内部套有一玻璃环22，铸铁环21与玻璃环22之间设有一橡胶环23 ；111)设在充土环2上方的荷载环3，荷载环3的下表面与充土环2的上表面密封固定,荷载环3的环壁上设有一压力表连接孔31,荷载环3设有一荷载体，荷载体优选为充水橡皮囊，充水橡皮囊内部设有一压力表，充水橡皮囊的外部设有压力表读数装置，压力表读数装置通过压力表连接孔31与压力表连接；IV)设在荷载环3上方的加压盖4，加压盖4的顶部设有一压力台连接孔41。上述基座1、充土环2、荷载环3和加压盖4的内壁围成一具有光滑表面的内部空间；基座1、充土环2和荷载环3通过多个贯穿的定位固定螺栓5连接；基座I与充土环2之间设有第一垫片；充土环2与荷载环3之间设有第二垫片。该薄膜式土压力传感器标定装置针对薄膜式土压力传感器薄而小的结构特点设计，具有体积小、结构简单、标定方便的优点。本发明的采用薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法包括以下步骤:i)将标定土体放直在基座I的内部，并使基座I内的标定土体的上表面与基座I的上表面处于同一平面；ii)将待标定的传感器平放在基座I内的标定土体的上表面中心，基座I的外部设有数据采集设备，该传感器通过传感器传输线与数据采集设备相连；iii)将充土环2安装在基座I的上方，再用标定土体填满充土环2内部，充土环2内的标定土体的上表面与充土环2的上表面处于同一平面；
iv)将荷载环3安装在充土环2上方，再调整放置在荷载环3中的荷载体的位置，使该荷载体平铺在充土环2内的标定土体的上表面上；V)将加压盖4安装在荷载环3上方，并通过压力台连接孔41将加压盖4与压力仪连接；vi)压力仪施加压力在荷载体上,并通过该荷载体和标定土体传送至待标定的传感器，对该传感器进行预压；vii)预压结束后，压力仪分别施加不同的压力至传感器，并分别记录对应的压力表读数装置的压力表读数和数据采集设备采集的传感器输出电压；viii)对上述纪录的压力表读数和传感器输出电压进行处理，得到该传感器在该标定土体中的标定曲线。其中，待标定的传感器采用Tekscan公司生产的Flexiforce型,其特性为:由两层很薄的聚酯薄膜组成，每层薄膜上铺设银质导体并涂上一层特殊的压敏半导体材料，两片薄膜压合在一起就形成了传感器，当外力作用到传感点上时，传感点的阻值随外力成比例变化，传感器未受力时，传感点阻值最大，压力逐渐增大，传感点阻值相应逐渐减小。该传感器的有效传感区的直径为9.54_，厚度为0.127mm,宽度为14_，长度为21mm。针对该传感器的标定土体可采用标准砂，其密度为1.65g/cm3,粒径为0.25 0.5mm,数据采集设备可采用Campbell CR1000型数据采集器，压力仪可采用艾德堡推拉力(500N)计。测试过程中，压力仪可选用 0N、25N、50N、75N、100N、125N、150N、175N、200N、225N、250N、275N、300N 的压力值对该传感器施加压力。该方法适用于薄膜式土压力传感器标定的，操作简单，标定方便。采用标定土体作为传力介质，标定环境更加符合真实工作环境。以上对本发明实施例所提供的薄膜式土压力传感器标定装置及标定方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改 变都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于包括: I)一基座(I)，所述基座(I)设有向上延伸的凸缘(11); II)设在所述基座(I)上方的充土环(2)，所述充土环(2)的下表面与所述凸缘(11)的上表面密封固定； III)设在所述充土环(2)上方的荷载环(3)，所述荷载环(3)的下表面与所述充土环(2)的上表面密封固定，所述荷载环(3)的环壁上设有一压力表连接孔(31)，所述荷载环(3)内部放置有一荷载体，所述荷载体设有一可测试压力的压力表； IV)设在所述荷载环(3)上方的加压盖(4)，所述加压盖(4)的顶部设有一压力台连接孔(41)； 上述基座(I)、充土环(2)、荷载环(3)和加压盖⑷的内壁围成一具有光滑表面的内部空间。
2.根据权利要 求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述基座(I)、充土环(2)和荷载环(3)通过多个贯穿的定位固定螺栓(5)连接。
3.根据权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述荷载体为充水橡皮囊，所述充水橡皮囊内部设有一压力表，所述充水橡皮囊的外部设有压力表读数装置，所述压力表读数装置通过所述压力表连接孔(31)与所述压力表连接。
4.根据权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述基座(I)与所述充土环(2)之间设有第一垫片。
5.根据权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述充土环(2)与所述荷载环(3)之间设有第二垫片。
6.根据权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述凸缘(11)的环壁上设有供传感器传输线通过的引线孔(12)。
7.根据权利要求6所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述引线孔(12)内设有橡胶垫。
8.根据权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述充土环(2)包括一铸铁环(21)，所述铸铁环(21)的内部套有一玻璃环(22)。
9.根据权利要求8所述的薄膜式土压力传感器标定装置，其特征在于:所述铸铁环(21)与所述玻璃环(22)之间设有一橡胶环(23)。
10.一种采用权利要求1所述的薄膜式土压力传感器标定装置的标定方法，其特征在于包括以下步骤: i)将标定土体放置在所述基座(I)的内部，并使所述基座(I)内的标定土体的上表面与所述基座(I)的上表面处于同一平面； ii)将待标定的传感器平放在所述基座(I)内的标定土体的上表面中心，所述基座(I)的外部设有数据采集设备，该传感器通过传感器传输线与数据采集设备相连； iii)将所述充土环(2)安装在所述基座(I)的上方，再用标定土体填满所述充土环(2)内部，所述充土环(2)内的标定土体的上表面与所述充土环(2)的上表面处于同一平面； iv)将所述荷载环(3)安装在所述充土环(2)上方，再调整放置在所述荷载环(3)中的荷载体的位置，使该荷载体平铺在所述充土环(2)内的标定土体的上表面上；V)将所述加压盖(4)安装在所述荷载环(3)上方，并通过所述压力台连接孔(41)将所述加压盖(4)与压力仪连接； vi)所述压力仪施加压力在所述荷载体上,并通过该荷载体和标定土体传送至待标定的传感器，对该传感器进行预压； vii)预压结束后，压力仪分别施加不同的压力至传感器，并分别记录对应的压力表读数装置的压力表读数和数据采集设备采集的传感器输出电压； viii)对上述纪录的压力表读数和传感器输出电压进行处理，得到该传感器在该标定土体中的标定 曲线。
全文摘要
本发明涉及一种薄膜式土压力传感器标定装置和标定方法。本发明的薄膜式土压力传感器标定装置包括基座、充土环、荷载环和加压盖，上述部件组成一具有光滑表面内部空间的整体。该薄膜式土压力传感器标定装置针对薄膜式土压力传感器薄而小的结构特点设计，具有体积小、结构简单、标定方便的优点。本发明的标定方法中，将标定土体充满该标定装置的内部空间，传感器放置在标定土体中，通过压力仪对该传感器施压，根据压力表读数和传感器输出电压，得到该传感器在该标定土体中的标定曲线。该标定方法适用于薄膜式土压力传感器，操作简单，标定方便，采用标定土体作为传力介质，标定环境更加符合真实工作环境。
文档编号G01L25/00GK103245457SQ20121002476
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者武威, 朱合华, 徐前卫, 春军伟, 王安民, 朱宝林, 杨成, 蔡永昌, 庄晓莹, 张琦 申请人:同济大学
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