船載共振柱儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種船載共振柱儀，是由扭轉振動電磁驅動裝置、縱向振動裝置、平衡底座和檢測裝置組成，扭轉振動電磁驅動裝置是由四個分別置于四個驅動線圈中的扭轉振動磁鐵分別通過螺釘固定在正十字形擺臂的四個端點上，四個驅動線圈分別裝在四個線圈套中，四個驅動線圈分別通過電纜線與電源連接組成四套扭轉振動電磁驅動裝置，四套扭轉振動電磁驅動裝置等角度分別固定在支撐內缸上。本實用新型解決了現(xiàn)有共振柱儀由于實驗臺架的擺動而影響其測試精度的問題，使廣泛應用于巖土測試的共振柱儀器能夠應用于海洋勘探船上，對所采集到的沉積物樣品能及時檢測和分析，不用再拿到陸地實驗室檢測和分析。省去了搬運和保管，節(jié)省了人力物力和時間。
【專利說明】船載共振柱儀
【技術領域】:
[0001]本實用新型涉及一種海洋資源勘探中及時對所采集的沉積物樣品進行橫波(S)和縱波(P)波速測量的裝置，尤其是適用于勘探船上及時測量沉積物波速的裝置。
【背景技術】
[0002]共振柱試驗的理論基礎是波在土體中的傳播理論——波動理論。在土試樣上施加扭轉或軸向振動力，改變振動頻率，直至測出體系的共振頻率為止。再根據共振頻率及試件的幾何尺寸，端部的限制條件等計算出試件的動力參數(shù)。
[0003]最早把共振柱技術引入土工試驗的是日本工程師飯?zhí)?1938年)其后，香農(Shannon)、亞曼(Yamane)和迪特里奇(Dietrich, 1959年)、威爾遜(Wilson)和迪特里奇等介紹了共振柱原理的某些新應用和新的共振設備。
[0004]近年來，共振法已逐漸成為室內測定土的動模量和阻尼指標的常規(guī)試驗方法。美國、日本、德國等國已廣泛應用了這種實驗技術。近年來已發(fā)展到用計算機控制整個實驗過程。
[0005]GZ-1型共振柱試驗機于1982年4月制造完畢，即可用共振法測土的壓縮模量和剪切模量，也可用自由振動法測土的剪切模量和阻尼。
[0006]共振柱儀由于其具有低頻特性而廣泛應用于巖土樣品的地球物理參數(shù)性質測試當中。但是在海洋勘探中，勘探船船體會隨著海水的波動而在一定范圍內擺動，船體搖擺會使常規(guī)共振柱中待測樣品的軸線偏離重力方向，導致重力或慣性力對待測樣品產生附加力矩，從而顯著降低待測樣品共振頻率的測試精度，進而降低波速測定精度。導致在使用常規(guī)共振柱儀對采用鉆探手段獲取的巖心樣品進行地球物理特性測試時存在較大誤差而不能應用。
[0007]而在海洋勘探中，當所采取的的沉積物樣品到達甲板后，及時進行地球物理參數(shù)測量具有非常重要的意義。因此，設計適用于海洋勘探船用的共振柱儀用于對所采取的沉積物樣品進行實時測試將減少由于儲運過程中對樣品物理參數(shù)改變導致的誤差。由于上述原因現(xiàn)有的共振柱儀只適用于室內測試，不能用于船載。

【發(fā)明內容】
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[0008]本實用新型的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于非靜止環(huán)境的船載共振柱儀。
[0009]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0010]船載共振柱儀，是由扭轉振動電磁驅動裝置、縱向振動裝置、平衡底座和檢測裝置構成:
[0011]所述的扭轉振動電磁驅動裝置是由四個分別置于四個驅動線圈22中的扭轉振動磁鐵20分別通過螺釘固定在正十字形擺臂29的四個端點上，四個驅動線圈22分別裝在四個線圈套21中，四個驅動線圈22分別通過電纜線23與電源連接組成四套扭轉振動電磁驅動裝置，四套扭轉振動電磁驅動裝置等角度分別固定在支撐內缸15上；
[0012]所述的縱向振動裝置是由線圈套47通過吊腿46固定于頂蓋27上，驅動線圈52裝在線圈套47之中，并用端蓋48將其封裝，磁鐵49置于驅動線圈52之中，磁鐵49固定在連接法蘭53上，并通過尼龍連接棒51與加速度傳感器50連接，電纜26與驅動線圈52連接構成；
[0013]所述的平衡底座由電機架3通過螺栓固定在左支腿4上，步進電機I固定在左電機架3上，步進電機I裝有傳動齒輪組2的小齒輪，左軸6端部上固定傳動齒輪組2的大齒輪，左軸6通過左軸承5安裝在左支腿4上，右軸17通過右軸承18安裝在右支腿19上，左軸6和右軸17分別與平衡外框7兩側的法蘭盤連接，后電機架36固定在平衡外框7上，步進電機35安裝在后電機架36上，步進電機35輸出軸上固定有傳動齒輪組37的小齒輪，軸40和軸42通過軸承38、后軸承蓋39和軸承44、前軸承蓋43安裝于平衡外框7上，后軸40和前軸42分別與平衡內框8兩側的法蘭盤連接，單軸陀螺儀10和單軸陀螺儀14均固定于平衡內框8的底部，單軸陀螺儀10通過信號線與步進電機I連接，單軸陀螺儀14通過信號傳輸線與步進電機35連接構成；
[0014]檢測裝置是由平衡內框8之上設有底座9，底座9的外凸臺上裝有承壓缸16，承壓缸16底部通過自密封管螺紋與底座9密封連接，底座9的內凸臺上裝有支撐內杠15，樣品套41置于支撐內杠15之中，其下端固定在底座9上，樣品套41上部蓋有樣品帽30，擺臂29和連接法蘭53均通過螺釘固定在樣品帽30上，擺臂29上安裝有加速度傳感器34，并通過傳感器連接線28與外部進行數(shù)據交換，頂蓋27通過螺栓固定在承壓缸16上，線柱24、氣水接頭31、溫度傳感器25、壓力傳感器32分別安裝在頂蓋27上，各接線與對應的外部接線柱連接構成。
[0015]有益效果:本實用新型解決了現(xiàn)有共振柱儀由于實驗臺架的擺動而影響其測試精度的問題，使廣泛應用于巖土測試的共振柱儀器能夠應用于海洋勘探船上，對所采集到的沉積物樣品能及時檢測和分析，不用再拿到陸地實驗室檢測和分析。省去了搬運和保管，節(jié)省了人力物力和時間。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]附圖1船載共振柱儀主視圖
[0017]附圖2船載共振柱儀左視圖
[0018]附圖3附圖1中A—A首I]面俯視圖
[0019]I步進電機，2傳動齒輪組，3左電機架，4左支腿，5軸承，6軸，7平衡外框，8平衡內框，9底座，10單軸陀螺儀，11螺栓，12排水通道，13箍筋圈，14單軸陀螺儀，15支撐內缸，16承壓外缸，17軸，18軸承，19右支腿，20扭轉振動磁鐵，21線圈套，22驅動線圈，23電纜線，24外部接線柱，25溫度傳感器，26電纜，27頂蓋，28傳感器連接線，29擺臂，30樣品帽，31氣水接頭，32壓力傳感器，33氣水輸送管，34加速度傳感器，35步進電機，36后電機架，37傳動齒輪組,38后軸承,39后軸承蓋,40后軸,41樣品套,42前軸,43前軸承蓋,44前軸承，45密封墊，46吊腿，47線圈套，48端蓋，49磁鐵，50加速度傳感器，51尼龍連接棒，52驅動線圈，53連接法蘭?！揪唧w實施方式】:
[0020]下面結合附圖和實施例作進一步的詳細說明:
[0021]船載共振柱儀，是由扭轉振動電磁驅動裝置、縱向振動裝置、平衡底座和檢測裝置組成:
[0022]所述的扭轉振動電磁驅動裝置是由四個分別置于四個驅動線圈22中的扭轉振動磁鐵20分別通過螺釘固定在正十字形擺臂29的四個端點上，四個驅動線圈22分別裝在四個線圈套21中，四個驅動線圈22分別通過電纜線23與電源連接組成四套扭轉振動電磁驅動裝置，四套扭轉振動電磁驅動裝置等角度分別固定在支撐內缸15上；
[0023]所述的縱向振動裝置是由線圈套47通過吊腿46固定于頂蓋27上，驅動線圈52裝在線圈套47之中，并用端蓋48將其封裝，磁鐵49置于驅動線圈52之中，磁鐵49固定在連接法蘭53上，并通過尼龍連接棒51與加速度傳感器50連接，電纜26與驅動線圈52連接構成；
[0024]所述的平衡底座由電機架3通過螺栓固定在左支腿4上，步進電機I固定在左電機架3上，步進電機I裝有傳動齒輪組2的小齒輪，左軸6端部上固定傳動齒輪組2的大齒輪，左軸6通過左軸承5安裝在左支腿4上，右軸17通過右軸承18安裝在右支腿19上，左軸6和右軸17分別與平衡外框7兩側的法蘭盤連接，后電機架36固定在平衡外框7上，步進電機35安裝在后電機架36上，步進電機35輸出軸上固定有傳動齒輪組37的小齒輪，軸40和軸42通過軸承38、后軸承蓋39和軸承44、前軸承蓋43安裝于平衡外框7上，后軸40和前軸42分別與平衡內框8兩側的法蘭盤連接，單軸陀螺儀10和單軸陀螺儀14均固定于平衡內框8的底部，單軸陀螺儀10通過信號線與步進電機I連接，單軸陀螺儀14通過信號傳輸線與步進電機35連接構成；
[0025]檢測裝置是由平衡內框8之上設有底座9，底座9的外凸臺上裝有承壓缸16，承壓缸16底部通過自密封管螺紋與底座9密封連接，底座9的內凸臺上裝有支撐內杠15，樣品套41置于支撐內杠15之中，其下端固定在底座9上，樣品套41上部蓋有樣品帽30，擺臂29和連接法蘭53均通過螺釘固定在樣品帽30上，擺臂29上安裝有加速度傳感器34，并通過傳感器連接線28與外部進行數(shù)據交換，頂蓋27通過螺栓固定在承壓缸16上，線柱24、氣水接頭31、溫度傳感器25、壓力傳感器32分別安裝在頂蓋27上，各接線與對應的外部接線柱連接構成。
[0026]船載共振柱儀通過左支腿4和右支腿19安裝固定于實驗平臺上，將實驗擬測樣品裝入樣品套41中并將下端固定在底座9的凸臺上，裝入支撐內缸15使其下端面座入底座9上，將安裝有扭轉振動磁鐵20、加速度傳感器28的擺臂29和安裝有磁鐵49和加速度傳感器50的連接法蘭53依次固定在樣品冒30上，并將樣品套41套入樣品冒30并使樣品冒30的端面與擬測樣品端面緊密接觸。將裝有驅動線圈22的線圈套21固定在支撐內缸15上，并保證扭轉振動磁鐵20位于驅動線圈22的中空部位，該過程共裝四組，完成扭轉振動部分的安裝。將扭轉振動部分裝入承壓缸16，使承壓缸16底部通過自密封管螺紋與底座9密封連接，將外部線柱24、氣水接頭31、溫度傳感器25、壓力傳感器32分別安裝于頂蓋27上并保證密封墊圈裝上，將安裝有驅動線圈52的線圈套47通過吊腿46安裝固定在頂蓋27上，連接各接線與對應的外部接線柱，安放頂蓋27于承壓缸底端相應位置并保證磁鐵49位于驅動線圈52的中空部位。連接各外部接線和管路，檢查裝置氣密性。安裝檢查無問題后開啟相關通道，啟動裝置，裝置內部的相關參數(shù)通過傳感器獲取并傳輸至外部數(shù)據采集系統(tǒng)。調整輸入驅動線圈22和驅動線圈52的交流電頻率，獲取測試樣品的共振頻率，從而計算出樣品的橫波速度Vs和縱波速度Vp，在樣品發(fā)生共振后，切斷驅動線圈22和驅動線圈52的供電后，采集樣品的振動衰減曲線，通過衰減曲線獲取品質因子。
[0027]安裝于共振柱儀底座上的兩套單軸陀螺儀10和14，在實驗平臺發(fā)生擺動時，由于陀螺儀系統(tǒng)具有定軸穩(wěn)定性，單軸陀螺儀10和14分別感知實驗平臺兩個方向的轉角，并通過內置信號放大器電路控制步進電機I和步進電機35回轉相應角度，使共振柱儀的中心軸線方向始終與重力方向保持一致，達到共振柱儀相對于地心靜止的目的。
【權利要求】
1.一種船載共振柱儀，是由扭轉振動電磁驅動裝置、縱向振動裝置、平衡底座和檢測裝置組成，其特征在于: 所述的扭轉振動電磁驅動裝置是由四個分別置于四個驅動線圈(22)中的扭轉振動磁鐵(20)分別通過螺釘固定在正十字形擺臂(29)的四個端點上，四個驅動線圈(22)分別裝在四個線圈套(21)中，四個驅動線圈(22)分別通過電纜線(23)與電源連接組成四套扭轉振動電磁驅動裝置，四套扭轉振動電磁驅動裝置等角度分別固定在支撐內缸(15)上； 所述的縱向振動裝置是由線圈套(47)通過吊腿(46)固定于頂蓋(27)上，驅動線圈(52)裝在線圈套(47)之中，并用端蓋(48)將其封裝，磁鐵(49)置于驅動線圈(52)之中，磁鐵(49)固定在連接法蘭(53)上，并通過尼龍連接棒(51)與加速度傳感器(50)連接，電纜(26)與驅動線圈(52)連接構成； 所述的平衡底座由電機架(3)通過螺栓固定在左支腿(4)上，步進電機(I)固定在左電機架(3)上，步進電機(I)裝有傳動齒輪組(2)的小齒輪，左軸(6)端部上固定傳動齒輪組(2)的大齒輪，左軸(6)通過左軸承(5)安裝在左支腿(4)上，右軸(17)通過右軸承(18)安裝在右支腿(19)上，左軸(6)和右軸(17)分別與平衡外框(7)兩側的法蘭盤連接，后電機架(36)固定在平衡外框(7)上，步進電機(35)安裝在后電機架(36)上，步進電機(35)輸出軸上固定有傳動齒輪組(37)的小齒輪，后軸(40)和前軸(42)通過后軸承(38)、后軸承蓋(39)和前軸承(44)、前軸承蓋(43)安裝于平衡外框(7)上，后軸(40)和前軸(42)分別與平衡內框(8)兩側的法蘭盤連接，單軸陀螺儀(10)和單軸陀螺儀(14)均固定于平衡內框(8)的底部，單軸陀螺儀(10)通過信號線與步進電機(I)連接，單軸陀螺儀(14)通過信號傳輸線與步進電機(35)連接構成； 檢測裝置是由平衡內框(8)之上設有底座(9)，底座(9)的外凸臺上裝有承壓缸(16)，承壓缸(16)底部通過自密封管螺紋與底座(9)密封連接，底座(9)的內凸臺上裝有支撐內杠(15)，樣品套(41)置于支撐內杠(15)之中，其下端固定在底座(9)上，樣品套(41)上部蓋有樣品帽(30)，擺臂(29)和連接法蘭(53)均通過螺釘固定在樣品帽(30)上，擺臂(29)上安裝有加速度傳感器(34)，并通過傳感器連接線(28)與外部進行數(shù)據交換，頂蓋(27)通過螺栓固定在承壓缸(16)上，線柱(24)、氣水接頭(31)、溫度傳感器(25)、壓力傳感器(32)分別安裝在頂蓋(27)上，各接線與對應的外部接線柱連接構成。
【文檔編號】G01N29/12GK203705399SQ201420019156
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月11日 優(yōu)先權日:2014年1月11日
【發(fā)明者】彭枧明, 羅永江, 李麗佳, 張鑫鑫, 何將福, 甘心, 吳冬宇, 高建龍, 馮雪磊 申請人:吉林大學