本實(shí)用新型涉及土壓力檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器。

背景技術(shù)：

巖土介質(zhì)中土壓力測(cè)量是土力學(xué)理論和巖土工程實(shí)驗(yàn)研究中的一個(gè)重要內(nèi)容，大量巖土工程理論和實(shí)際中問(wèn)題的解決，往往依靠現(xiàn)場(chǎng)模型或模型試驗(yàn)直接的測(cè)量結(jié)果，目前土測(cè)量的基本方法是采用將土壓力傳感器埋于土中或者埋于土中結(jié)構(gòu)物表面，進(jìn)而對(duì)土壓力進(jìn)行直接測(cè)量。由于相較其他測(cè)量方式條件更易達(dá)到，土壓力傳感器仍然是世界各國(guó)進(jìn)行土介質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究的基本工具。

在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，傳統(tǒng)的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)的土壓力傳感器，在測(cè)量黃土及軟土壓力時(shí)，存在以下問(wèn)題：

(1)多采用探井安裝的方式，施工周期長(zhǎng)，難度大，成本高，尤其是在松軟巖土體或水下安裝時(shí)，施工困難，坍孔風(fēng)險(xiǎn)較大；

(2)安裝過(guò)程需要較大的工作面，造成傳感器周邊巖土體擾動(dòng)，改變了原來(lái)的應(yīng)力場(chǎng)，使得傳感器測(cè)出的實(shí)際壓力與真實(shí)壓力有誤差；

(3)一個(gè)傳感器僅能測(cè)定一個(gè)方向的土壓力；傳感器置于深部，傳感器本身無(wú)法偵測(cè)位置變化，在滑坡等監(jiān)測(cè)中，傳感器位置或角度變化，嚴(yán)重影響測(cè)量成果；

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器，簡(jiǎn)化黃土及軟土的土壓力的測(cè)量，提高測(cè)量精度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器，包括探頭外殼，所述探頭外殼包括用于連接觸探桿的探頭外殼卡扣部分以及與該探頭外殼卡扣部分連接的位于探頭外殼卡扣部分下方的探頭外殼上部；所述探頭外殼上部的側(cè)壁的下部由三個(gè)互為60°夾角的平面圍成，且三個(gè)互為60°夾角的平面之間的三條相交線(xiàn)不同時(shí)平行；在每個(gè)平面的中部位置開(kāi)有圓形卡槽，所述圓形卡槽內(nèi)覆蓋并固定有剛性片，所述剛性片的中心固定有附著于其上的電阻應(yīng)變片；所述電阻應(yīng)變片通過(guò)信號(hào)引線(xiàn)與設(shè)于探頭外殼內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊信號(hào)連接，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊通過(guò)傳感器引線(xiàn)與上位機(jī)信號(hào)連接；所述探頭外殼內(nèi)部還水平固定有電子羅盤(pán)，電子羅盤(pán)通過(guò)電子羅盤(pán)引線(xiàn)與上位機(jī)信號(hào)連接。

較佳地，所述圓形卡槽的直徑為30mm；所述剛性片為鋼片，鋼片的直徑為29mm，厚度為1mm；所述鋼片固定于所述圓形卡槽內(nèi)。

較佳地，所述探頭外殼上部的側(cè)壁為圓柱面，圓柱面的圓柱直徑為48mm。

較佳地，所述探頭外殼上部的中部開(kāi)有用于引出傳感器引線(xiàn)以及電子羅盤(pán)引線(xiàn)的通孔。

較佳地，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊的信號(hào)輸出的傳感器引線(xiàn)、電子羅盤(pán)的信號(hào)輸出的電子羅盤(pán)引線(xiàn)的輸出信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，直接將數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

較佳地，所述探頭外殼上部與探頭外殼卡扣部分之間的連接方式是卡扣連接；探頭外殼卡扣部分與觸探桿螺紋連接。

較佳地，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊采用舟正科技公司生產(chǎn)的型號(hào)為 DAQM-4202的采集模塊。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供一種用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型采用自壓入式結(jié)構(gòu)，在黃土及軟土地區(qū)測(cè)試土壓力時(shí)，不需要進(jìn)行回填，安裝迅速，節(jié)約成本。

2、本實(shí)用新型采用三相壓力傳感器和電子羅盤(pán)相結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)傳感器位置精確定位及壓力的更精準(zhǔn)測(cè)量。

3、本實(shí)用新型適用于測(cè)試地下水位以下土層的土壓力，解決了成孔難及成本高昂的問(wèn)題。

4、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊采集應(yīng)變片及電子羅盤(pán)測(cè)量數(shù)據(jù)，直接放大傳輸減少信號(hào)衰減，使得信號(hào)不受干擾，提高測(cè)量精度。

本實(shí)用新型傳感器的體積小，能耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較現(xiàn)有技術(shù)大大降低。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型傳感器的內(nèi)部連接示意圖；

圖3是應(yīng)用本實(shí)用新型的傳感器進(jìn)行加載過(guò)程的工作原理圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、傳感器引線(xiàn)；2、通孔；3、探頭外殼卡扣部分；4、探頭外殼上部；5、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊；6、電子羅盤(pán)；7、剛性片；8、電阻應(yīng)變片；9、觸探架；10、觸探桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器，其土壓力傳感器包括探頭外殼，所述探頭外殼包括用于連接觸探桿10的探頭外殼卡扣部分3以及與該探頭外殼卡扣部分3連接的位于探頭外殼卡扣部分3下方的探頭外殼上部4；所述探頭外殼上部4的側(cè)壁的下部由三個(gè)互為60°夾角的平面圍成，且三個(gè)互為60°夾角的平面之間的三條相交線(xiàn)不同時(shí)平行；即探頭外殼壓入部分為圓柱被三個(gè)互為60°夾角的三個(gè)平面所截得到的三棱錐形，便于進(jìn)行壓入操作；在每個(gè)平面的中部位置開(kāi)有圓形卡槽，所述圓形卡槽內(nèi)覆蓋并固定有剛性片7，所述剛性片7的中心固定有附著于其上的電阻應(yīng)變片8；所述電阻應(yīng)變片8通過(guò)信號(hào)引線(xiàn)與設(shè)于探頭外殼內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5信號(hào)連接，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5通過(guò)傳感器引線(xiàn)1與上位機(jī)信號(hào)連接；所述電阻應(yīng)變片8的引線(xiàn)直接連接現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5引出四條導(dǎo)線(xiàn)電源正、電源負(fù)、A、B。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊具體采用舟正科技公司生產(chǎn)的型號(hào)為DAQM-4202的采集模塊(RS485總線(xiàn)8路模數(shù)隔離模擬量輸入)；所述探頭外殼內(nèi)部還水平固定有電子羅盤(pán)6，電子羅盤(pán) 6通過(guò)電子羅盤(pán)引線(xiàn)與上位機(jī)信號(hào)連接，便于定位三向土壓力傳感器的檢測(cè)位置并提高測(cè)量精度。

如圖1、圖2所示，三個(gè)電阻應(yīng)變片8分別固定在三個(gè)剛性片7中心，三個(gè)剛性片7對(duì)應(yīng)固定在探頭外殼壓入部分的三向上(即三個(gè)斜面上)，電阻應(yīng)變片8的引線(xiàn)引出至現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5的四條引線(xiàn)再引出探頭；電子羅盤(pán)6水平固定于探頭外殼壓入部分內(nèi)部，亦連接現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5；電子羅盤(pán)6引出的正、負(fù)電源導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)過(guò)12V-5V降壓模塊與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5的電源正、負(fù)導(dǎo)線(xiàn)連接，接12V電源；最終輸出四條傳感器引線(xiàn)1從通孔2連出，可接至PC端。

進(jìn)一步地，所述圓形卡槽的直徑為30mm；所述剛性片7為鋼片，鋼片的直徑為29mm，厚度為1mm；所述鋼片固定于所述圓形卡槽內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述探頭外殼上部4的側(cè)壁為圓柱面，該圓柱面的圓柱直徑為 48mm。探頭壓入部分(直徑50mm)比上部略大，壓入時(shí)探頭整體直接接觸土層面積小，摩擦力小，便于壓入操作。壓入時(shí)，上層硬土可通過(guò)打洞的方式處理，黃土及軟土部分可將三向土壓力傳感器組裝完畢后將引線(xiàn)穿過(guò)壓入管道，通過(guò)外界加壓的方式，配合電子羅盤(pán)6得到的數(shù)據(jù)，將三向土壓力傳感器壓入至預(yù)定位置，進(jìn)行測(cè)量。

進(jìn)一步地，所述探頭外殼上部4的中部開(kāi)有用于引出傳感器引線(xiàn)1以及電子羅盤(pán)引線(xiàn)的通孔2。

進(jìn)一步地，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊5的信號(hào)輸出的傳感器引線(xiàn)1、電子羅盤(pán)6的信號(hào)輸出的電子羅盤(pán)引線(xiàn)的輸出信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，直接將數(shù)據(jù)傳入上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。數(shù)據(jù)分析部分，所述電子羅盤(pán)6可測(cè)出探頭所處的位置與Y三軸的夾角記為γ，測(cè)量得到的三個(gè)數(shù)據(jù)記為F1、F2、F3，那么，測(cè)得X軸方向的土壓力Y軸方向的土壓力Z軸方向的土壓力

進(jìn)一步地，所述探頭外殼上部4與探頭外殼卡扣部分3之間的連接方式是卡扣連接；探頭外殼卡扣部分3與觸探桿10螺紋連接。

用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器的測(cè)量方法，包括如下步驟：

第一步，先平整場(chǎng)地，放平壓入主機(jī)，以便使探頭外殼沿豎向與地面垂直，并下好地錨，以便固定壓入主機(jī)；

第二步，將多根能夠依次連接的鋼管作為觸探桿10，將供電電纜線(xiàn)、傳感器引線(xiàn)1以及電子羅盤(pán)引線(xiàn)穿入觸探桿10，并將觸探桿10與土壓力傳感器連接，接通電路，調(diào)整好儀器；

第三步，在壓力機(jī)械的作用下將土壓力傳感器和作為觸探桿10的鋼管打入地底，在此過(guò)程中應(yīng)保持土壓力傳感器的探頭勻速垂直壓入土中；其中觸探桿10通過(guò)觸探架9進(jìn)行支撐。

第四步，將所述傳感器引線(xiàn)1以及電子羅盤(pán)引線(xiàn)連接上位機(jī)，根據(jù)反饋回的信號(hào)判斷壓入位置和角度，調(diào)整至達(dá)到預(yù)期后，停止壓力機(jī)械作用，并取出鋼管及探頭外殼卡扣部分3。

圖3是應(yīng)用本實(shí)用新型的傳感器進(jìn)行加載過(guò)程的工作原理圖。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于黃土及軟土的壓入式三向土壓力傳感器，該土壓力傳感器包括探頭外殼、鋼片、電阻應(yīng)變片、電子羅盤(pán)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊和傳感器引線(xiàn)，其中，探頭外殼壓入部分為直徑50mm的圓柱被三個(gè)互為60°的三個(gè)平面截得，三平面在中心部位開(kāi)有直徑30mm的圓形卡槽，直徑29mm厚度1mm的鋼片中心貼有電阻應(yīng)變片并固定于圓形卡槽中央；電阻應(yīng)變片引線(xiàn)直接連接現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊并通過(guò)傳感器引線(xiàn)可將數(shù)據(jù)直接傳至上位機(jī)；電子羅盤(pán)水平固定于探頭內(nèi)部，數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器引線(xiàn)傳輸；便于定位三向土壓力傳感器的檢測(cè)位置并提高測(cè)量精度。從探頭引出的諸多傳感器引線(xiàn)可通過(guò)降壓模塊和轉(zhuǎn)換器經(jīng)轉(zhuǎn)換，最終輸出4條，引出可直接將數(shù)據(jù)傳導(dǎo)入PC機(jī)及其他設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，操作方便。探頭外殼壓入部分直徑50mm，其他部分直徑48mm，探頭外殼壓入部分略大，壓入時(shí)探頭上部及壓入裝置直接接觸土層面積小，摩擦力小，便于壓入操作。本實(shí)用新型的土壓力傳感器為壓入式土壓力傳感器，適用于多種土壓力測(cè)量，尤其是不適宜打洞放入傳感器的黃土及軟土的土壓力測(cè)量，其探頭可以直接插入土中進(jìn)行壓力測(cè)量，相較于目前的其他軟土壓力測(cè)量方式，更加簡(jiǎn)潔，操作簡(jiǎn)單并且便宜。本實(shí)用新型的土壓力傳感器可測(cè)量三個(gè)方向的土壓力，并通過(guò)位置傳感器和方向測(cè)量模塊通過(guò)計(jì)算得出該位置的土壓力，避免了由于其他安裝方式造成的土壓力傳感器傾斜或達(dá)不到預(yù)定位置造成的土壓力測(cè)量誤差，相較于單相傳感器，精度更高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型采用自壓入式結(jié)構(gòu)，在黃土及軟土地區(qū)測(cè)試土壓力時(shí)，不需要進(jìn)行回填，安裝迅速，節(jié)約成本。

2、本實(shí)用新型采用三相壓力傳感器和電子羅盤(pán)相結(jié)合的方式，可實(shí)現(xiàn)傳感器位置精確定位及壓力的更精準(zhǔn)測(cè)量。

3、本實(shí)用新型適用于測(cè)試地下水位以下土層的土壓力，解決了成孔難及成本高昂的問(wèn)題。

4、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)式采集模塊采集應(yīng)變片及電子羅盤(pán)測(cè)量數(shù)據(jù)，直接放大傳輸減少信號(hào)衰減，使得信號(hào)不受干擾，提高測(cè)量精度。

本實(shí)用新型傳感器的體積小，能耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較現(xiàn)有技術(shù)大大降低。

以上公開(kāi)的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本實(shí)用新型實(shí)施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。