專利名稱：一種基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量邊界土壓力的基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，屬于光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土壓力是指擋土結(jié)構(gòu)物背后的填土因自重或外荷載作用對墻背產(chǎn)生的側(cè)向壓力， 土壓力的大小直接決定著擋土構(gòu)筑物及被擋土體的穩(wěn)定和安全。現(xiàn)實(shí)中影響土壓力的因素很多，如土體介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)組成，擋土墻的變形和位移，填土表面荷載，地下水的情況，被擋土體的回填工藝等。眾多的實(shí)踐證明，觀測土中的土壓力結(jié)果相對比較準(zhǔn)確，但觀測土與構(gòu)筑物的接觸土壓力效果尚不是十分理想，往往難以反應(yīng)地基土的真實(shí)受力情況，即使在受力邊界十分明顯的條件下，接觸土壓力的監(jiān)測也不是十分理想，監(jiān)測值常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值(歐智勇，詹金林，關(guān)于接觸土壓力觀測的探討，企業(yè)科技與發(fā)展 ,2007 年)。與本發(fā)明接近的技術(shù)是光纖光柵封裝土壓力傳感器(參見文獻(xiàn)周智，“光纖光柵封裝土壓力傳感器”，發(fā)明專利說明書，2007年10月，授權(quán)公告號CN200962061)。該技術(shù)采用承壓板加光纖光柵的結(jié)構(gòu)對土壓力進(jìn)行測量。由于采用的是單膜板，易受土質(zhì)種類和土壓力偏心的影響，對各種環(huán)境的適應(yīng)性較差；標(biāo)定時，不同的土質(zhì)對單膜板式傳感器的標(biāo)定曲線有較明顯的影響，標(biāo)定過程較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，通過采用雙層膜片結(jié)構(gòu)，解決了土壓力分布不均和土質(zhì)種類不同的影響，適應(yīng)性強(qiáng)，標(biāo)定簡單。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的所采取的技術(shù)方案是雙膜式土壓力傳感器的使用包括傳感器的掩埋和信號的處理兩個過程；傳感器的掩埋過程中首先在實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)定裝置對土壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，獲取傳感器的初始輸出信號；然后選取要測量土壓力的某深度的接觸面，挖開周圍土體，在接觸界面的樁或者墻面上鑿個平底孔，保持一次膜片3向外把土壓力傳感器放入孔中，注意保護(hù)外接傳輸線18 ；傳感器的掩埋完成后，進(jìn)入信號的處理過程，土壓力傳感器的一次膜片3會感受到土體的均布壓力
進(jìn)而發(fā)生撓度變化，傳壓油腔5的液壓油在受到一次膜片3的擠壓作用時，根據(jù)靜止流體力學(xué)中靜壓強(qiáng)的等值性一個等值的均布壓力約會作用在二次膜片4上，二次膜片4的中心會產(chǎn)生對應(yīng)的撓度變化兩和徑向應(yīng)變& ,帶有傳感元件的應(yīng)變探頭17感受到撓度變化和徑向應(yīng)變~后，產(chǎn)生受力之后的輸出信號，根據(jù)輸出信號相對于初始輸出信號的變化量反算出土壓力傳感器感受到的均布土壓力丹。所述的雙膜式土壓力傳感器放入后，優(yōu)選的實(shí)施方法土壓力傳感器凸出界面的高度為4 ’在填土過程中先用粒徑小于10 i 的土質(zhì)回填50 的高度，然后填充普通土， 并壓實(shí)完成土壓力傳感器的埋設(shè)。所述的雙膜式土壓力傳感器包括一次膜片3、二次膜片4、傳壓油腔5、油嘴2、密封螺釘6、殼體7、底蓋8、引出孔9、應(yīng)變探頭17和外接傳輸線18 ；土壓力傳感器采用了雙層膜片結(jié)構(gòu)；一次膜片3通過邊緣的環(huán)狀膜片1與殼體7的外環(huán)粘接在一起，二次膜片4焊接在殼體7的內(nèi)環(huán)上，一次膜片3和二次膜片4之間形成的傳壓油腔5通過油嘴2注滿液壓油，位于二次膜片4下方的帶有傳感元件的應(yīng)變探頭17通過殼體7內(nèi)部的引出孔9與外接傳輸線18相連接，環(huán)氧樹脂對弓I出孔9進(jìn)行密封，最后殼體7與底蓋8螺紋連接，構(gòu)成基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器。其中，所述的二次膜片4的直徑小于一次膜片3的直徑；所述的傳壓油腔5可以通過內(nèi)部的液壓油把一次膜片3受的均布土壓力等值傳遞到二次膜片4上；所述的一次膜片 3通過粘接在一次膜片3外環(huán)的環(huán)狀膜片1與殼體7的外環(huán)粘接在一起；所述的液壓油具有適宜的粘度和良好的抗壓性；所述的引出孔9為殼體7內(nèi)部沿直徑方向?yàn)橐€預(yù)留的細(xì)孔。其中，環(huán)狀膜片1、油嘴2、一次膜片3、二次膜片4、密封螺釘6、殼體7、底蓋8、引出孔9、應(yīng)變片10、外接電纜11、圓球12、扇形固定塊13、等強(qiáng)度懸臂梁14、光纖Bragg光柵 15、外接光纜16都是市場普通的元件。本方法的液壓傳遞數(shù)學(xué)模型如下
當(dāng)一次膜片受到一個均布壓力Λ并達(dá)到穩(wěn)定時，根據(jù)靜止流體力學(xué)中靜壓強(qiáng)的等值
性，二次膜片也受到來自油體的均布壓力約。根據(jù)圓形薄板小撓度變形理論，二次膜片產(chǎn)生的撓度為
3(1-^Xr22-ζ2)2,、
^% ⑴
式(1)中，&為二次膜片厚度，E2為二次膜片楊氏彈性模量，ft為二次膜片泊松比為二次膜片的半徑，^為從二次膜片中心沿半徑方向的距離。在二次膜片的中心處Ct=O),最大撓度為 % ―― ⑵
在二次膜片半徑上的徑向應(yīng)變?yōu)?br> er = ^ (1 -A2X^-Sx2)(3)
St2E2
對于帶有傳感元件的應(yīng)變探頭，工作原理為
式(4)中，Δ於為應(yīng)變探頭的輸出信號變化量，為應(yīng)變，邊為撓度。
把(2)、(3)式代入(4)式，則應(yīng)變探頭的信號變化量^^與勻布壓力η的關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，其特征是雙膜式土壓力傳感器的使用包括傳感器的掩埋和信號的處理兩個過程；傳感器的掩埋過程中首先在實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)定裝置對土壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，獲取傳感器的初始輸出信號；然后選取要測量土壓力的某深度的接觸面，挖開周圍土體，在接觸界面的樁或者墻面上鑿個平底孔，保持一次膜片向外把土壓力傳感器放入孔中，注意保護(hù)外接傳輸線；傳感器的掩埋完成后，進(jìn)入信號的處理過程，土壓力傳感器的一次膜片會感受到土體的均布壓力A)進(jìn)而發(fā)生撓度變化，傳壓油腔的液壓油在受到一次膜片的擠壓作用時，根據(jù)靜止流體力學(xué)中靜壓強(qiáng)的等值性一個等值的均布壓力A會作用在二次膜片上，二次膜片的中心會產(chǎn)生對應(yīng)的撓度變化％和徑向應(yīng)變Sr ,帶有傳感元件的應(yīng)變探頭感受到撓度變化0 和徑向應(yīng)變 后，產(chǎn)生受力之后的輸出信號，根據(jù)輸出信號相對于初始輸出信號的變化量U廣反算出土壓力傳感器感受到的均布土壓力P0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，其特征是雙膜式土壓力傳感器放入后，土壓力傳感器凸出界面的高度為4膽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，其特征是在填土過程中先用粒徑小于10 f的土質(zhì)回填50 ^的高度，然后填充普通土，并壓實(shí)完成土壓力傳感器的埋設(shè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于液壓傳動的雙膜式土壓力傳感器的使用方法，屬于光電子測量技術(shù)領(lǐng)域，使用方法包括傳感器的掩埋和信號的處理兩個過程；傳感器的掩埋過程中首先在實(shí)驗(yàn)室利用標(biāo)定裝置對土壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，獲取傳感器的初始輸出信號；然后選取要測量土壓力的某深度的接觸面，挖開周圍土體，在接觸界面的樁或者墻面上鑿個平底孔，保持一次膜片向外把土壓力傳感器放入孔中；傳感器的掩埋完成后，進(jìn)入信號的處理過程，根據(jù)輸出信號相對于初始輸出信號的變化量反算出土壓力傳感器感受到的均布土壓力。本發(fā)明解決了土壓力分布不均和土質(zhì)種類不同的影響，適應(yīng)性強(qiáng)，標(biāo)定簡單。
文檔編號G01L25/00GK102519629SQ20111040063
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者曹敏, 李川, 王達(dá)達(dá), 陳爾闊 申請人:云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司電力研究院, 昆明理工大學(xué)