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专利名称：三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种在三轴室内高湿度和高压水环境中采用压电陶瓷元测试土样波速的装置。
技术背景目前，国内尚无三轴室内土样纵波和横波波速测试的压电陶瓷元测试系统和相应的装置，而土样纵波波速通常采用超声波法测试，存在纵波到时较难判断的缺点。在三轴室内高湿度和高压水环境中，国外通常采用环氧树脂对高阻抗压电陶瓷元进行密封并安装在相应部位，但存在环氧树脂密封层厚度较大影响压电陶瓷元刚度、密封层容易存在气泡造成防潮性能较差、环氧树脂老化防潮性能降低影响传感器的使用寿命、压电陶瓷元高频振动造成环氧树脂密封层微裂缝而产生短路报废等问题。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种三轴室内压电陶瓷元土样波速测试的装置，不仅解决了整个测试系统的电连接问题，而且解决了高阻抗压电陶瓷发射元、接收元(以下简称发射元、接收元)在三轴室内的安装、防水防潮和耐久性问题。
本实用新型采用的技术方案如下它包括在三轴室内土样的上压盖中置有一发射元，其呈悬臂状的一端插入土样上端，另一端固定在上压盖内并经屏蔽信号线与室外的压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；土样的下压盖中置有一接收元，其呈悬臂状的一端插入土样下端，另一端固定在下压盖内并经屏蔽信号线与室外的电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器；与上压盖连接有轴向加力杆，与下压盖连接有土样底座或内置力传感器；其特征在于1)发射元表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样上端中，另一端用环氧树脂嵌固在上压盖的安装槽内，并用柔性材料填充发射元与透水石的空隙，透水石接上排水管，土样上压盖引出信号线口用密封压固螺栓密封，并从密封压固螺栓中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管的发射信号线；2)接收元表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样下端中，另一端用环氧树脂嵌固在下压盖的安装槽内，并用柔性材料填充接收元与透水石的空隙，透水石接下排水管，土样下压盖引出信号线口用密封压固螺栓密封，并从密封压固螺栓中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管的接收信号线；3)从土样上、下压盖中分别引出套有防水耐压塑料管或尼龙管的发射、接收信号线，通过装在三轴室底座上加有密封圈的压固螺栓中引出，分别由发射屏蔽信号线、接收屏蔽信号线接压电线性放大器及数字式示波器、电荷放大器。
本实用新型具有的有益效果是通过采用上述方案，确保了三轴压力室内高压水环境中土样波速测试之压电陶瓷传感器的良好工作状态，并使压电陶瓷传感器具有极好的防水防潮性能和耐久性；该装置还具有原理明确、结构简单、使用方便的特点。


图1为三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置原理图；图2为土样上压盖或下压盖上压电陶瓷元安装方法示意图；图3为图2的俯视图；图4为压电陶瓷元发射、接收信号线与土样上压盖、下压盖或三轴室底座密封连接方法示意图；图5为图4发射、接收信号线与三轴室底座密封连接方法的另一种连接示意图。
图中1、轴向加力杆 2、上排水管 2’、下排水管 3、上压盖 3’、下压盖 4、压电陶瓷发射元 4’、压电陶瓷接收元 5、三轴室 6，6’、透水石 7，7’、密封压固螺栓 8，8’、分别为装在防水耐压塑料或尼龙管中的发射、接收信号线 9、土样 10，10’、分别为发射、接收信号线与三轴压力室底座的密封装置 11，11’、分别为发射、接收屏蔽信号线 12、土样底座 13、三轴室底座 14、柔性填充材料 15、环氧树脂 16、防水耐压塑料或尼龙信号线管17、尼龙(橡胶)密封圈+紫铜密封垫+止水生料带 18、密封压固螺栓19、底座信号线通道。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，它包括在三轴室5内土样9的上压盖3中置有一发射元4，其呈悬臂状的一端插入土样9上端，另一端固定在上压盖3内并经屏蔽信号线11与室外的压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；土样9的下压盖3’中置有一接收元4’，其呈悬臂状的一端插入土样9下端，另一端固定在下压盖3’内并经屏蔽信号线11’与室外的电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器；与上压盖3连接有轴向加力杆1，与下压盖3’连接有土样底座12或内置力传感器。
1)发射元4表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样9上端中，另一端用环氧树脂15嵌固在上压盖3的安装槽内，并用柔性材料14填充发射元4与透水石6的空隙，透水石6接上排水管2，土样上压盖3引出信号线口用密封压固螺栓7密封，并从密封压固螺栓7中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管16的发射信号线8；2)接收元4’表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样9下端中，另一端用环氧树脂15嵌固在下压盖3’的安装槽内，并用柔性材料14填充接收元4’与透水石6’的空隙，透水石6’接下排水管2’，土样下压盖3’引出信号线口用密封压固螺栓7’密封，并从密封压固螺栓7’中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管16的接收信号线8’；3)从土样9上、下压盖3、3’中分别引出套有防水耐压塑料管或尼龙管16的发射、接收信号线8、8’，通过装在三轴室底座13上加有密封圈17的压固螺栓10、10’中引出，分别由发射屏蔽信号线11、接收屏蔽信号线11’接压电线性放大器及数字式示波器、电荷放大器。
三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置的发射元4和接收元4’为高阻抗压电陶瓷元传感器，表面用环氧树脂密封。
如图4所示，试验上压盖3引出信号线口加有密封圈17，用密封压固螺栓7密封，并从密封压固螺栓7中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管16的发射信号线8；试验下压盖3’引出信号线口加有密封圈17，用密封压固螺栓7’密封，并从密封压固螺栓7’中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管16的接收信号线8’。
如图5所示，从土样9上、下压盖3、3’中分别引出套有防水耐压塑料管或尼龙管16的发射、接收信号线8、8’，通过装在另一个密封压固螺栓18上加有密封圈17的压固螺栓10、10’和装在三轴室底座13上的压固螺栓18，从三轴室底座13的通道19中引出，分别由发射屏蔽信号线11、接收屏蔽信号线11’接压电线性放大器及数字式示波器、电荷放大器。
密封圈17是由尼龙密封圈+紫铜密封垫+止水生料带组成，或由橡胶密封圈+紫铜密封垫+止水生料带组成。
压电陶瓷元4、4’在三轴室5内的防水防潮安装是本测试系统的关键，可通过以下方法实现在高阻抗压电陶瓷元4、4’和其接线基座的表面用含适量固化剂的环氧树脂密封，密封层要均匀，不宜太厚，不得有气泡存在，以确保密封层的防水防潮性、韧性和抗老化性能；压电陶瓷元4、4’需插入土样中一端呈悬臂状态，其接线基座的一端嵌入土样9上压盖3或下压盖3’的安装槽内，由环氧树脂15填充固定。
其工作过程是在三轴室5内，环氧树脂密封的发射元4一端插入土样9上端，另一端用环氧树脂15嵌固在土样9上压盖3中，并通过防水防潮屏蔽发射信号线8、11经三轴室底座13与函数发生器电连接；环氧树脂密封的接收元4’一端插入土样9下端，另一端用环氧树脂15嵌固在土样9下压盖3’中，并通过防水防潮屏蔽接收信号线8’、11’经三轴室底座13与数字式示波器电连接；当函数发生器产生一脉冲信号经压电线性放大器放大后，传至发射元4和数字式示波器，发射元4将产生一微弱纵向或横向振动，在土样9中产生一以纵波或横波为主的波，通过土样9传至接收元4’并接收，经电荷放大器转化为电压信号后，在示波器上通过与来自压电线性放大器的初始发射脉冲信号对比，得到波在土样9中的传播时间，由土样9的长度和波的传播时间计算得到土样9的波速。
权利要求1.三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，它包括在三轴室(5)内土样(9)的上压盖(3)中置有一发射元(4)，其呈悬臂状的一端插入土样(9)上端，另一端固定在上压盖(3)内并经屏蔽信号线(11)与室外的压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；土样(9)的下压盖(3’)中置有一接收元(4’)，其呈悬臂状的一端插入土样(9)下端，另一端固定在下压盖(3’)内并经屏蔽信号线(11’)与室外的电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器；与上压盖(3)连接有轴向加力杆(1)，与下压盖(3’)连接有土样底座(12)或内置力传感器；其特征在于1)发射元(4)表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样(9)上端中，另一端用环氧树脂(15)嵌固在上压盖(3)的安装槽内，并用柔性材料(14)填充发射元(4)与透水石(6)的空隙，透水石(6)接上排水管(2)，土样上压盖(3)引出信号线口用密封压固螺栓(7)密封，并从密封压固螺栓(7)中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的发射信号线(8)；2)接收元(4’)表面用环氧树脂密封，呈悬臂状的一端插入土样(9)下端中，另一端用环氧树脂(15)嵌固在下压盖(3’)的安装槽内，并用柔性材料(14)填充接收元(4’)与透水石(6’)的空隙，透水石(6’)接下排水管(2’)，土样下压盖(3’)引出信号线口用密封压固螺栓(7’)密封，并从密封压固螺栓(7’)中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的接收信号线(8’)；3)从土样(9)上、下压盖(3、3’)中分别引出套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的发射、接收信号线(8、8’)，通过装在三轴室底座(13)上加有密封圈(17)的压固螺栓(10、10’)中引出，分别由发射屏蔽信号线(11)、接收屏蔽信号线(11’)接压电线性放大器及数字式示波器、电荷放大器。
2.根据权利要求1所述的三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于所说的发射元(4)和接收元(4’)为高阻抗压电陶瓷元传感器，表面用环氧树脂密封。
3.根据权利要求1所述的三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于试验上压盖(3)引出信号线口加有密封圈(17)，用密封压固螺栓(7)密封，并从密封压固螺栓(7)中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的发射信号线(8)。
4.根据权利要求1所述的三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于试验下压盖(3’)引出信号线口加有密封圈(17)，用密封压固螺栓(7’)密封，并从密封压固螺栓(7’)中引出外套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的接收信号线(8’)。
5.根据权利要求1所述的三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于从土样(9)上、下压盖(3、3’)中分别引出套有防水耐压塑料管或尼龙管(16)的发射、接收信号线(8、8’)，通过装在另一个密封压固螺栓(18)上加有密封圈(17)的压固螺栓(10、10’)和装在三轴室底座(13)上的压固螺栓(18)从三轴室底座(13)的通道(19)中引出，分别由发射屏蔽信号线(11)、接收屏蔽信号线(11’)接压电线性放大器及数字式示波器、电荷放大器。
6.根据权利要求1所述的三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于所说的密封圈(17)是由尼龙密封圈+紫铜密封垫+止水生料带组成，或由橡胶密封圈+紫铜密封垫+止水生料带组成。
专利摘要本实用新型公开了一种三轴室内压电陶瓷元土样波速测试装置。包括在三轴室内土样的上、下压盖中分别置有用环氧树脂密封的发射元、接收元，其呈悬臂状的一端插入土样中，另一端用环氧树脂填充固定，引出线口用密封压固螺栓密封，套有防水耐压管的引出信号线经三轴室底座上的密封压固螺栓引至室外，分别接屏蔽信号线。发射信号线与压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；接收信号线经电荷放大器与数字式示波器和存储器连接。本装置确保三轴室内高压水环境中土样波速测试之发射元、接收元的良好工作状态，具有极好的防水防潮性能和耐久性。该装置还具有原理明确、结构简单、使用方便的特点。
文档编号G01H5/00GK2602355SQ0226161
公开日2004年2月4日 申请日期2002年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者陈云敏, 姬美秀, 黄博, 王立忠 申请人:浙江大学