本發(fā)明涉及傳感器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的涉及一種壓入式孔壓傳感器。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)于黃土、軟土地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的研究，均需要通過野外現(xiàn)場水文監(jiān)測獲取多年孔壓數(shù)據(jù)。一般采用現(xiàn)場鉆孔布置多排表壓式傳感器，常用表壓式傳感器主要有minidiver、yb電阻應(yīng)變滲壓計(jì)、yh振弦式滲壓計(jì)等。

一般情況下，由于表壓式傳感器測到的孔壓受大氣壓的影響，要得到準(zhǔn)確的孔壓數(shù)據(jù)需同時(shí)測量大氣壓力進(jìn)行校正，一方面由于大氣壓力校正增加了孔壓測量數(shù)據(jù)誤差；另一方面增加了現(xiàn)場水文監(jiān)測的費(fèi)用，使得監(jiān)測成本上升。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的孔壓數(shù)據(jù)的獲取，存在由于大氣壓的影響，導(dǎo)致孔壓數(shù)據(jù)誤差大和監(jiān)測成本高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓入式孔壓傳感器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在由于大氣壓的影響，導(dǎo)致孔壓數(shù)據(jù)誤差大和監(jiān)測成本高的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓入式孔壓傳感器，包括：錐體、導(dǎo)水孔、透水石、差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器、導(dǎo)氣管、放大器和數(shù)據(jù)采集單元；

所述導(dǎo)水孔設(shè)置在所述錐體頂面上；所述導(dǎo)水孔上設(shè)置有所述透水石和所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器，且所述透水石和所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器將所述導(dǎo)水孔密封；

所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器頂部設(shè)置有殼體；所述導(dǎo)氣管設(shè)置在所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器頂部，且所述導(dǎo)氣管經(jīng)過所述殼體穿出所述殼體頂面；所述放大器位于所述殼體內(nèi)部，所述放大器與所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器電連接，以及所述放大器與位于所述殼體外部的所述數(shù)據(jù)采集單元電連接；

所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器，用于獲取所述導(dǎo)水孔內(nèi)部壓力信號(hào)；所述放大器，用于放大所述壓力信號(hào)，獲得放大后壓力信號(hào)；所述數(shù)據(jù)采集單元，用于采集和保存所述放大后壓力信號(hào)。

較佳地，所述導(dǎo)水孔為凹槽結(jié)構(gòu)。

較佳地，所述導(dǎo)水孔上設(shè)置有兩塊所述透水石，且兩塊所述透水石分別位于所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器兩側(cè)。

較佳地，所述壓入式孔壓傳感器測試架還包括：觸探架和觸探管，所述觸探管可升降設(shè)置在所述觸探架上；防水電纜穿過所述觸探管，其中，所述防水電纜包括：位于所述殼體外部的所述差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器與所述數(shù)據(jù)采集單元之間的連接線，及位于所述殼體外部的所述導(dǎo)氣管。

本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種壓入式孔壓傳感器，該壓入式孔壓傳感器能夠直接通過靜壓壓入，減少鉆孔對(duì)于土體的擾動(dòng)；無需大氣壓修正，且采用高精度差壓式傳感器芯體，精度高(0.1-0.2％fs)；內(nèi)嵌放大模塊，外干擾小，以便在黃土、軟土地區(qū)進(jìn)行水文監(jiān)測得到可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；柱狀透水石在上部安裝，不易堵塞導(dǎo)水孔；無需鉆孔，易于安裝，快速高效，成本低，可滿足科研和生產(chǎn)監(jiān)測的需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓入式孔壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓入式孔壓傳感器測試架示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測斷面布置示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測斷面分布圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)。

附圖標(biāo)記說明：

1-錐體，2-導(dǎo)水孔，3-透水石，4-差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器，5-導(dǎo)氣管，6-放大器，7-防水電纜，8-殼體，9-觸探架，10-觸探管。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓入式孔壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種壓入式孔壓傳感器測試架示意圖。如圖1和圖2所示，該傳感器包括：錐體1、導(dǎo)水孔2、透水石3、差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4、導(dǎo)氣管5、放大器6和數(shù)據(jù)采集單元。

具體地，導(dǎo)水孔2設(shè)置在錐體1頂面上；導(dǎo)水孔2上設(shè)置有透水石3和差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4，且透水石3和差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4將導(dǎo)水孔2密封。

需要說明的是，錐體1倒置設(shè)置，即尖端向下，便于壓如土中。

需要說明的是，導(dǎo)水孔2為凹槽結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，本發(fā)明中將導(dǎo)水孔2設(shè)置為橫截面為圓形的凹槽。本發(fā)明中并不限定導(dǎo)水孔2的具體結(jié)構(gòu)。

較佳地，導(dǎo)水孔2上設(shè)置有兩塊透水石3，且兩塊透水石3分別位于差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4兩側(cè)。即在差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4的兩側(cè)分別設(shè)置透水石3，保證了錐體1的平衡。

具體地，差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4頂部設(shè)置有殼體8；導(dǎo)氣管5設(shè)置在差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4頂部，且導(dǎo)氣管5經(jīng)過殼體8穿出殼體8頂面；放大器6位于殼體8內(nèi)部，放大器6與差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4電連接，以及放大器6還與位于殼體8外部的數(shù)據(jù)采集單元電連接。

需要說明的是，殼體8的作用是：在埋設(shè)本發(fā)明的壓入式孔壓傳感器的過程中，保護(hù)放大器6不會(huì)進(jìn)入土中被破壞。

較佳地，壓入式孔壓傳感器測試架還包括：觸探架9和觸探管10，觸探管10可升降設(shè)置在觸探架9上；防水電纜7穿過觸探管10，其中，防水電纜7包括：位于殼體8外部的差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4與數(shù)據(jù)采集單元之間的連接線，及位于殼體8外部的所述導(dǎo)氣管5。

需要說明的是，如圖2所示的觸探管10下降會(huì)降至地面而不會(huì)降至觸探架9的底座上，圖2只是平面圖。

需要說明的是，使用時(shí)，將導(dǎo)氣管5拉到地面，用于平衡壓力差。

需要說明的是，觸探管10與差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4通過鎖扣連接。

需要說明的是，防水電纜7還內(nèi)置有鋼絲，防止內(nèi)部電線受拉短路。

需要說明的是，將錐體1、導(dǎo)水孔2、透水石3和差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4壓入土中，通過觸探架9上設(shè)置的手搖手把使觸探管10下降，觸探管10底部擠壓使殼體8下降，殼體8下降推動(dòng)差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4下降，從而測得導(dǎo)水孔3內(nèi)部的壓力信號(hào)。

需要說明的是，本發(fā)明的基本原理是用準(zhǔn)靜力(相對(duì)動(dòng)力觸探而言，沒有或很少?zèng)_擊荷載)將一個(gè)內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中。

具體地，差壓式擴(kuò)散硅式壓力傳感器4，用于獲取導(dǎo)水孔3內(nèi)部壓力信號(hào)；放大器6，用于放大壓力信號(hào)，獲得放大后壓力信號(hào)；數(shù)據(jù)采集單元，用于采集和保存放大后壓力信號(hào)。

需要說明的是，擴(kuò)散硅壓力傳感器4的工作原理是：被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。

需要說明的是，該壓入式孔壓傳感器能夠直接通過靜壓壓入，減少鉆孔對(duì)于土體的擾動(dòng)；無需大氣壓修正，且采用高精度差壓式傳感器芯體，精度高(0.1-0.2％fs)；內(nèi)嵌放大模塊，外干擾小，以便在黃土、軟土地區(qū)進(jìn)行水文監(jiān)測得到可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；柱狀透水石在上部安裝，不易堵塞導(dǎo)水孔；無需鉆孔，易于安裝，快速高效，成本低，可滿足科研和生產(chǎn)監(jiān)測的需要。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測斷面布置示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測斷面分布圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)合圖1和圖2，如圖3、圖4和圖5所示，下面結(jié)合實(shí)施實(shí)例和對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明的具體實(shí)施，需要說明的是，本發(fā)明所要保護(hù)的范圍不僅限于下列實(shí)施實(shí)例。

a)選擇某滑坡群，相鄰設(shè)置兩個(gè)對(duì)比監(jiān)測斷面，兩者相距1m，對(duì)比以往的監(jiān)測方法與本發(fā)明的壓入式孔壓傳感器的監(jiān)測效果；

b)參見圖3，分別在每條斷面上分別設(shè)置4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，其中臺(tái)面上布置3個(gè)，坡面上布置1個(gè)。

c)根據(jù)地下水位的高度，確定壓入式孔壓傳感器監(jiān)測深度，“10”和“11”號(hào)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測深度為20m，兩者相距10m；“12”號(hào)監(jiān)測點(diǎn)位于臺(tái)面邊緣，監(jiān)測深度約30m?！?3”號(hào)監(jiān)測點(diǎn)位于斜坡上，黃土層與粉質(zhì)粘土層交界面上部。

d)在設(shè)置的監(jiān)測點(diǎn)位置安裝壓入式孔壓傳感器，在地面表層設(shè)置觸探架8，將觸探管9連接壓入式孔壓傳感器，利用靜壓力將其壓入土層中指定位置。

e)參考圖4，在b監(jiān)測斷面采用鉆孔下套管的方式，在與a監(jiān)測斷面平行的位置及相同深度(監(jiān)測點(diǎn)14-17)安裝表壓式傳感器。

f)供電采用多個(gè)模塊化太陽能供電系統(tǒng)(50w單晶硅光電板，配20a蓄電池)，數(shù)據(jù)采集傳輸采用gprsrtu模塊，監(jiān)測周期1年。

根據(jù)應(yīng)用對(duì)比實(shí)例，首先對(duì)比兩種監(jiān)測方案的施工時(shí)長及整個(gè)監(jiān)測方案的費(fèi)用，采用壓入式孔壓傳感器的施工工藝簡單，極大的節(jié)省了施工工時(shí)，并且成本低，節(jié)省了監(jiān)測經(jīng)費(fèi)；其次對(duì)比兩種傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)的結(jié)果，圖5是地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)采用壓入式孔壓傳感器的測量結(jié)果精度高且監(jiān)測過程中監(jiān)測點(diǎn)不容易受到外界環(huán)境的擾動(dòng)。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。