專利名稱：基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，涉及巖土工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
土的三軸剪切試驗、土的直接剪切試驗和土體固結(jié)試驗均屬于土力學(xué)常規(guī)物性試驗，其目的是用于獲取土體的基本物理力學(xué)指標(biāo)。其中土的三軸剪切試驗是將土樣放置在三軸儀的壓力容器內(nèi)，通過記錄在控制排水條件下施加周圍應(yīng)力的環(huán)境里土樣受不同大小剪應(yīng)力時剪切變形來確定土樣的抗剪強度參數(shù)。土的直接剪切試驗是將制備好的土樣放置于直剪儀容器內(nèi)，通過記錄土樣受不同大小剪應(yīng)力時剪切變形來確定土樣的抗剪強度參數(shù)。土體固結(jié)試驗是將制備好的土樣放置在固結(jié)儀內(nèi)，通過記錄土樣在側(cè)限條件下變形與時間一壓力的關(guān)系確定土壓縮性的高低。目前，上述試驗主要是利用基礎(chǔ)的試驗設(shè)備或者是成套的商用試驗系統(tǒng)來實現(xiàn)的。在使用基礎(chǔ)的試驗設(shè)備進(jìn)行試驗的過程中，需根據(jù)不同的試驗要求在施加載荷后按相應(yīng)的時間間隔記錄變形狀態(tài)， 甚至在一些試驗中還需要測得施加載荷長時間后土樣穩(wěn)定時的變形值。這樣使得試驗過程中試驗數(shù)據(jù)的采集與記錄復(fù)雜，且試驗過程持續(xù)時間長從而降低了試驗的效率；同時由于人工讀數(shù)誤差較大，往往也造成了試驗結(jié)果的不準(zhǔn)確。如果選擇使用成套的商用試驗系統(tǒng)，則會大大增加了試驗的成本。
發(fā)明內(nèi)容為了避免試驗過程中數(shù)據(jù)采集與記錄的復(fù)雜與不準(zhǔn)確，同時又不增加太多的經(jīng)費投入。本實用新型提供一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對現(xiàn)有的土力學(xué)基礎(chǔ)試驗設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使得試驗系統(tǒng)能夠按照試驗需求自動準(zhǔn)確地讀取和記錄土樣在承受相應(yīng)荷載下不同時刻的位移變形量，并能按照規(guī)范要求自動繪制出相應(yīng)的關(guān)系圖
-1'TfeP曰。本實用新型的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括:三軸儀、三速電動等應(yīng)變直剪儀，高壓固結(jié)儀，所述三軸儀設(shè)有軸力傳感器、第一位移傳感器；所述三速電動等應(yīng)變直剪儀設(shè)有第二位移傳感器；所述高壓固結(jié)儀設(shè)有第三位移傳感器；所述軸力傳感器、第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器通過cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接PC機，所述PC機設(shè)有虛擬控制界面。所述三軸儀包括⑶S壓力控制系統(tǒng)，⑶S壓力控制系統(tǒng)連接壓力源。所述⑶S壓力控制系統(tǒng)包括:⑶S圍壓系統(tǒng)，⑶S反壓系統(tǒng)。所述軸力傳感器安裝在三軸儀的軸力導(dǎo)桿上。所述第一位移傳感器為兩個，分別安裝在三軸儀的壓力室上蓋兩端。本實用新型一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)快速，而且使用方便。[0011]在相關(guān)試驗中，本實用新型系統(tǒng)能按設(shè)定的時間間隔自動采集數(shù)據(jù)，取代了傳統(tǒng)試驗中長時間頻繁觀測記錄數(shù)據(jù)的人工勞動。本實用新型系統(tǒng)充分發(fā)揮了傳感器采集數(shù)據(jù)精確快速和計算機處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確高效的特性，能對數(shù)據(jù)快速采集同時實時在線快速分析處理，做到數(shù)據(jù)采集與處理的自動化、準(zhǔn)確化、高速化，大大地提高工作效率。

圖1為本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖。圖2為本實用新型系統(tǒng)的三軸儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型系統(tǒng)的三速電動等應(yīng)變直剪儀結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型系統(tǒng)的高壓固結(jié)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖廣圖4所示，基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括:三軸儀
1、三速電動等應(yīng)變直剪儀2，高壓固結(jié)儀3，所述三軸儀I設(shè)有軸力傳感器1.7、第一位移傳感器1.2。所述三速電動等應(yīng)變直剪儀2設(shè)有第二位移傳感器2.7。所述高壓固結(jié)儀3設(shè)有第三位移傳感器3.4。所述軸力傳感器1.7、第一位移傳感器1.2、第二位移傳感器、第三位移傳感器3.4通過cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4連接PC機5，所述PC機5設(shè)有LabView編制的虛擬控制界面。 本實用新型三軸儀I采用軸力傳感器1.7、第一位移傳感器1.2分別替換軸向加壓設(shè)備中的測力計百分表、以及軸向變形和體積變形量測系統(tǒng)中的軸向位移百分表。并結(jié)合虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)從而大大提高了試驗效率。如圖2所示，三軸儀I包括:軸向加壓設(shè)備1.1，第一位移傳感器1.2,壓力室上蓋1.3,有機玻璃桶1.4,⑶S圍壓系統(tǒng)1.5，電動機L 6，軸力傳感器1.7，軸力導(dǎo)桿L 8，試樣帽1.9，透水石L 10，橡皮筋L 11，排水閥1.12，⑶S反壓系統(tǒng)1.13，孔隙水壓力量測系統(tǒng)1.14。將軸力傳感器1.7安裝在軸力導(dǎo)桿1.8上以置換原測力百分表。兩個第一位移傳感器1.2分別安裝在壓力室上蓋1.3兩端，替代原軸向位移百分表以測量剪切位移(傳感器精度為0.1%)。第一位移傳感器1.2將感知的位移變化以電壓信號的形式傳遞給cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4。PC機5讀取所采集信號，通過LabVIEW編制的虛擬儀器控制界面將電壓信號翻譯成相應(yīng)大小的位移值，并將經(jīng)過程序處理的數(shù)據(jù)最終以文檔或圖表的形式存儲起來。同時周圍壓力由與壓力室直接相連的壓力源7供給。本實用新型系統(tǒng)采用電動機1.6帶動多級變速的齒輪箱，并通過傳動系統(tǒng)使壓力室自下向上移動，從而使試樣承受軸向壓力。LabView編制的虛擬控制界面上的系統(tǒng)系數(shù)欄可以自由填寫傳感器的標(biāo)定系數(shù)，便于定期對位移傳感器進(jìn)行校核并重新標(biāo)定后繼續(xù)進(jìn)行使用。試驗數(shù)據(jù)欄可以根據(jù)試驗需求輸入相應(yīng)圍壓值、反壓值、孔壓值，然后在點擊運行鍵后由GDS壓力控制器按照所設(shè)置的值精確地提供周圍壓力。時間設(shè)置欄可人工設(shè)定數(shù)據(jù)讀取間隔的時間，cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4在儀器開始運行后按照所設(shè)定的時間間隔自動讀取并記錄相應(yīng)數(shù)值。試驗過程中，軸力傳感器1.7和第一位移傳感器1.2按設(shè)定的時間間隔分別測定軸向壓力和軸向位移信息，信息經(jīng)過計算機程序處理，在控制界面上可自動繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。[0020]本實用新型三速電動等應(yīng)變直剪儀2由:剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動裝置、測力計和位移測量系統(tǒng)五個部分組成。在技術(shù)方案中采用三個第二位移傳感器2.7，分別替換垂直加壓設(shè)備中垂直位移百分表、測力計百分表、位移量測系統(tǒng)中的剪切水平位移百分表，并結(jié)合虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)從而大大提高了試驗效率。如圖3所示，三速電動等應(yīng)變直剪儀2包括:支架2.1，底座2.2 ;推力桿2.3，透水石2.4，上盒2.5，下盒
2.6，第二位移傳感器2.7，試樣帽2.8 ;濾紙2.9，鋼環(huán)2.10。用2個第二位移傳感器2.7、置換原垂直位移百分表、原測力百分表，分別用于測定在相應(yīng)荷載下的變形量，并在下剪切盒一端使用I個第二位移傳感器2.7，替代原剪切水平位移百分表直接測量下盒的水平位移(傳感器精度為0.1%)。第二位移傳感器將感知的位移變化以電壓信號的形式傳遞給cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4。PC機5讀取所采集信號，通過LabVIEW編制的虛擬儀器控制界面將電壓信號翻譯成相應(yīng)大小的位移值，并將經(jīng)過程序處理的數(shù)據(jù)最終以文檔或圖表的形式存儲起來。LabView編制的虛擬控制界面上的系統(tǒng)系數(shù)欄可以自由填寫傳感器的標(biāo)定系數(shù)，便于定期對位移傳感器系數(shù)進(jìn)行校核并重新標(biāo)定后繼續(xù)進(jìn)行使用。樣本信息欄可以輸入試驗計算所需樣本信息。數(shù)據(jù)采集方式欄可選擇人工設(shè)定檔或自動記錄檔。其中人工設(shè)定檔是根據(jù)試驗要求人工設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔的時間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在儀器開始運行后按照所設(shè)定的時間間隔自動讀取并記錄相應(yīng)數(shù)值；自動記錄檔是按照默認(rèn)時間間隔的對數(shù)形式讀取數(shù)據(jù)從而滿足了某些試驗中大部分變形都集中在前期很小的一段時間內(nèi)的特點的需要。在試驗的固結(jié)過程中，施加垂直壓力，垂直位移傳感器每Ih測固結(jié)沉降位移一次，所得信息經(jīng)過計算機程序處理在控制界面上相應(yīng)位置自動生成固結(jié)沉降隨時間變化圖。在試驗的剪切過程中，傳感器按設(shè)定方式采集土樣8變形量，同時控制界面上會自動繪制出剪切力與剪切位移的關(guān)系圖。本實用新型高壓固結(jié)儀3由:固結(jié)容器、加壓設(shè)備、變形量測設(shè)備三個部分組成。采用第三位移傳感器3.4替換軸變形量測設(shè)備中的軸向位移百分表，并結(jié)合虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)從而大大提高了試驗效率。高壓固結(jié)儀3包括:支架3.1 ;透水石3.2，水槽3.3，第三位移傳感器3.4，傳力塊3.5，加壓上蓋3.6，濾紙3.7，環(huán)刀3.8，導(dǎo)環(huán)
3.9，護(hù)環(huán)3.10。用第三位移傳感器3.4置換原軸向位移百分表用于測定在相應(yīng)荷載下的變形量(傳感器精度為0.1%)。第三位移傳感器3.4將感知的位移變化以電壓信號的形式傳遞給cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4。PC機5讀取所采集信號，通過LabVIEW編制的虛擬儀器控制界面將電壓信號翻譯成相應(yīng)大小的位移值，并將經(jīng)過程序處理的數(shù)據(jù)最終以文檔或圖表的形式存儲起來。LabView編制的虛擬控制界面上的系統(tǒng)系數(shù)欄可以自由填寫第三位移傳感器3.4的標(biāo)定系數(shù)，便于定期對第三位移傳感器3.4進(jìn)行校核并重新標(biāo)定后繼續(xù)進(jìn)行使用。樣本信息欄可以輸入試驗計算所需樣本信息。數(shù)據(jù)采集采用自動讀取的形式，即在人工設(shè)定記錄時間間隔后自動監(jiān)測位移的發(fā)生，并自行記錄產(chǎn)生位移的時間和位移大小。試驗過程中，逐級加壓，傳感器按設(shè)定方式采集土樣8變形量，同時在控制界面上相應(yīng)區(qū)域自動繪制沉降量隨時間的變化關(guān) 系圖。
權(quán)利要求1.基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括:三軸儀(I)、三速電動等應(yīng)變直剪儀(2)，高壓固結(jié)儀(3)，其特征在于， 所述三軸儀(I)設(shè)有軸力傳感器(1.7)、第一位移傳感器(1.2)； 所述三速電動等應(yīng)變直剪儀(2)設(shè)有第二位移傳感器(2.7、)； 所述高壓固結(jié)儀(3)設(shè)有第三位移傳感器(3.4)； 所述軸力傳感器(1.7)、第一位移傳感器(1.2)、第二位移傳感器(2.7)、第三位移傳感器(3.4 )通過cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(4 )連接PC機(5 )，所述PC機(5 )設(shè)有虛擬控制界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸儀(I)包括⑶S壓力控制系統(tǒng)(6)，⑶S壓力控制系統(tǒng)(6)連接壓力源(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述⑶S壓力控制系統(tǒng)(6)包括:⑶S圍壓系統(tǒng)(1.5)，⑶S反壓系統(tǒng)(1.13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述軸力傳感器(1.7)安裝在三軸儀(I)的軸力導(dǎo)桿(1.8)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述第一位移傳感器(1`.2)為兩個，分別安裝在三軸儀(I)的壓力室上蓋(1.3)兩端。
專利摘要基于LabView的土固結(jié)和剪切試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括三軸儀、三速電動等應(yīng)變直剪儀，高壓固結(jié)儀，所述三軸儀設(shè)有軸力傳感器、第一位移傳感器；所述三速電動等應(yīng)變直剪儀設(shè)有第二位移傳感器；所述高壓固結(jié)儀設(shè)有第三位移傳感器；所述軸力傳感器、第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器通過cDAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接PC機，所述PC機設(shè)有LabView編制的虛擬控制界面。本實用新型對現(xiàn)有的土力學(xué)基礎(chǔ)試驗設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使得試驗系統(tǒng)能夠按照試驗需求自動準(zhǔn)確地讀取和記錄土樣在承受相應(yīng)荷載下不同時刻的位移變形量，并能按照規(guī)范要求自動繪制出相應(yīng)的關(guān)系圖譜。
文檔編號G01N3/24GK203148780SQ20132019377
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者張華 , 高抗, 胡文龍, 曹金露, 李茂 申請人:三峽大學(xué)