專利名稱：巖石體積變形測量傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于巖石性能測試領域，特別涉及一種對巖石試件體積變形進行定量測試的器具。
背景技術：
現有巖石試件的體積變形是利用安裝在巖石試件上的縱向和橫向引伸計，或貼在巖石試件表面的縱向和橫向應變片，分別測量其兩個方向的應變后，再根據公式計算出巖石的體積變形。然而，上述測量器具和方法只適用于小變形的硬巖，而對于可發生大變形的軟巖則無法測量，且上述測量器具和方法測得的僅是巖石中部橫截面對應的變形，并不是巖石的真實的體積變形。
發明內容本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種巖石體積變形測量傳感器，以便能獲得巖石試件在試驗過程中體積變形的全過程數據，準確測量出巖石真實的體積變形。本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器，包括測量油缸、活塞、活塞桿、位移傳感器和輸油主管路；活塞位于測量油缸內，將測量油缸分為第一腔室和第二腔室，第一腔室設置有與輸油主管路連接的第一輸油支管，第二腔室設置有與輸油主管路連接的第二輸油支管，輸油主管路與第一輸油支管的接頭和第二輸油支管的接頭之間設置有截止閥；活塞桿為兩根，兩活塞桿的一端分別與活塞兩端面的中心部位固連，且它們的中心線與活塞的中心線重合，兩活塞桿的另一端分別從測量油缸兩端的端蓋伸出；位移傳感器安裝在測量油缸的外側壁上，其位移測量桿的自由端通過連接件與位于輸油主管路出口端的活塞桿連接。本實用新型所述的巖石體積變形測量傳感器，其活塞桿的長度應大于測量油缸的長度，以滿足測量的需要。本實用新型所述的巖石體積變形測量傳感器，其連接件優選兩端設置有連接孔的桿件或條形板。本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器的使用方法①將巖石試件安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室內的試樣臺上，將所述巖石體積變形測量傳感器的輸油主管路出口端與所述三軸壓力室的輸油管連接，將所述巖石體積變形測量傳感器的輸油主管路進口端與供油油箱連接，將所述巖石體積變形測量傳感器的位移傳感器的信號輸出接口與三軸壓力試驗機的控制系統連接；②開啟所述輸油主管路上設置的截止閥，使測量油缸的第一腔室、第二腔室及三軸壓力試驗機的三軸壓力室充滿油液；③根據初步估算的巖石試件可能發生的最大體積膨脹變形，操作未與位移測量桿連接的活塞桿，將活塞調至能夠測量巖石試件可能發生的最大體積膨脹變形相對應的位置，然后關閉輸油主管路上設置的截止閥；④測量巖石試件的壓縮體積變形時，測量油缸靠近輸油主管路出口端的腔室中的油液連續輸入三軸壓力試驗機的三軸壓力室內，致使活塞向輸油主管路的出口端運動、與活塞連接的活塞桿帶動位移傳感器的位移測量桿向活塞運動的方向運動，在位移測量桿運動的同時，位移傳感器向三軸壓力試驗機的控制系統輸送位移測量桿運動數據的電信號，三軸壓力試驗機的控制系統將接收到的電信號進行處理，記錄并顯示巖石的壓縮體積變形；⑤測量巖石試件的膨脹體積變形時，三軸壓力試驗機的三軸壓力室內的油液連續輸入測量油缸靠近輸油主管路出口端的腔室中，致使活塞向輸油主管路的進口端運動、與活塞連接的活塞桿帶動位移傳感器的位移測量桿向活塞運動的方向運動，在位移測量桿運動的同時，位移傳感器向三軸壓力試驗機的控制系統輸送位移測量桿運動數據的電信號，三軸壓力試驗機的控制系統將接收到的電信號進行處理，記錄并顯示巖石的膨脹體積變形。從上述方法可以看出，當巖石試件發生壓縮體積變形時，將導致測量油缸靠近輸油主管路出口端的腔室中的油液減少，從而使靠近輸油主管路出口端的腔室體積減小，當巖石試件發生膨脹體積變形時，將導致測量油缸靠近輸油主管路出口端的腔室中的油液增力口，從而使靠近輸油主管路出口端的腔室體積增大，而測量油缸靠近輸油主管路出口端腔室體積減小值減去三軸壓力試驗機加載立柱壓入三軸壓力室內的體積變化值則為巖石試件發生壓縮體積變形的體積變形值，測量油缸靠近輸油主管路出口端腔室體積增加值減去三軸壓力試驗機加載立柱壓入三軸壓力室內的體積變化值則為巖石試件發生膨脹體積變形的體積變形值。根據上述機理進行軟件設計并在三軸壓力試驗機的控制系統安裝所述軟件，三軸壓力試驗機的控制系統即可根據位移測量桿運動數據的電信號記錄并顯示巖石的壓縮體積變形和膨脹體積變形。本實用新型具有以下有益效果I、本實用新型為巖石試件體積變形的測量提供了一種與現有技術不同構思的新測量儀器，此種傳感器與三軸壓力試驗機配合使用，可以得到巖石試件在被施壓過程中體積變形的全過程數據及巖石試件的真實體積變形。2、使用本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器，有效解決了具有大變形特征的軟巖的體積變形測量問題，可為軟巖的利用提供可靠的數據支持。3、本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器不僅結構簡單，而且與三軸壓力試驗機配套使用操作簡便，因而易于推廣。
圖I是本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器的結構示意圖；圖2是圖I的俯視圖；圖3是圖I的A-A剖視圖；圖4是三軸壓力試驗機的三軸壓力室的結構示意圖。圖中，I-活塞桿，2-測量油缸(2-1 :第一腔室、2-2 :第二腔室)，3_活塞，4_位移傳感器外殼，5-位移測量桿,6-連接件,7-截止閥,8-輸油主管路,9-第一輸油支管，10-第二輸油支管，11-巖石試件頂部加載立柱，12-三軸壓力室，13-保護膜，14-巖石試件,15-巖石試件底部加載立柱，16-三軸壓力室輸油管，17-三軸壓力室底座。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型所述巖石體積變形測量傳感器和使用方法作進一步說明。實施例I本實施例中，巖石體積變形測量傳感器的結構如圖I、圖2、圖3所示，由測量油缸
2、活塞3、活塞桿I、位移傳感器、連接件6、輸油主管路8、第一輸油支管9、第二輸油支管10和截止閥7構成。測量油缸2的長度為400mm，內徑為80mm，活塞3的外徑與測量油缸2的內徑公稱尺寸相同，且為動配合，所述活塞3位于測量油缸2內，將測量油缸分為第一腔室2-1和第·二腔室2-2 ;第一輸油支管9的一端與第一腔室2-1連接，其另一端與輸油主管路8連接，第二輸油支管10的一端與第二腔室2-2連接，其另一端與輸油主管路8連接，截止閥7為高壓球閥(型號MKHP-800，中國榆次天興液力機械有限公司生產)，設置在輸油主管路與第一輸油支管的接頭和第二輸油支管的接頭之間；活塞桿I為兩根，兩活塞桿的長度均比測量油缸2的長度長40mm，兩活塞桿的一端分別與活塞3兩端面的中心部位固連，且它們的中心線與活塞3的中心線重合，兩活塞桿的另一端分別從測量油缸兩端的端蓋伸出；位移傳感器為市售商品(型號WYDC-500L，生產企業中國廈門柯原測控技術有限公司)，其量程大于測量油缸2的長度，所述位移傳感器安裝在測量油缸的外側壁上，其位移測量桿5的自由端通過連接件6與位于輸油主管路8出口端的活塞桿連接，所述連接件6為兩端設置有連接孔的條形板。實施例2本實施例對軟巖試件在三軸壓力試驗中的體積變形進行測量，使用的三軸壓力試驗機型號為MTS815 (美國MTS公司生產);使用實施例I所述的巖石體積變形測量傳感器，操作如下①將巖石試件14安裝在三軸壓力試驗機的三軸壓力室內的試樣臺上(如圖4所示)，將所述巖石體積變形測量傳感器的輸油主管路8出口端與所述三軸壓力室的輸油管16連接，將所述巖石體積變形測量傳感器的輸油主管路8進口端與供油油箱連接，將所述巖石體積變形測量傳感器的位移傳感器的信號輸出接口與三軸壓力試驗機的控制系統連接;②開啟所述輸油主管路8上設置的截止閥7，使測量油缸的第一腔室2-1、第二腔室2-2及三軸壓力試驗機的三軸壓力室12充滿油液；③根據初步估算的巖石試件可能發生的最大體積膨脹變形，操作未與位移測量桿5連接的活塞桿，將活塞3調至與巖石試件可能發生的最大體積膨脹變形相對應的位置，然后關閉輸油主管路8上設置的截止閥7 ；④操作三軸壓力試驗機，對巖石試件14施加圍壓壓力，在圍壓壓力的作用下，巖石試件14逐漸發生壓縮體積變形，在此過程中，測量油缸2的第二腔室2-2中的油液連續輸入三軸壓力試驗機的三軸壓力室內，致使活塞3向輸油主管路8的出口端運動、與活塞連接的活塞桿帶動位移傳感器的位移測量桿5向活塞運動的方向運動，在位移測量桿5運動的同時，位移傳感器向三軸壓力試驗機的控制系統輸送位移測量桿運動數據的電信號，三軸壓力試驗機的控制系統將接收到的電信號進行處理，記錄并顯示巖石的壓縮體積變形；⑤當圍壓壓力加至目標值后，操作三軸壓力試驗機對巖石試件14施加軸向荷載，直至巖石發生破壞，在軸向荷載的作用下，巖石試件14首先發生壓縮體積變形，然后發生膨脹體積變形，在巖石試件14發生壓縮體積變形過程中，測量油缸2的第二腔室2-2中的油液連續輸入三軸壓力試驗機的三軸壓力室內，致使活塞3向輸油主管路8的出口端運動、與活塞連接的活塞桿帶動位移傳感器的位移測量桿5向活塞運動的方向運動，在位移測量桿5運動的同時，位移傳感器向三軸壓力試驗機的控制系統輸送位移測量桿運動數據的電信號，三軸壓力試驗機的控制系統將接收到的電信號進行處理，記錄并顯示巖石的壓縮體積變形；在巖石試件14發生膨脹體積變形過程中，三軸壓力試驗機的三軸壓力室內的油液連續輸入測量油缸2的第二腔室2-2中，致使活塞3向輸油主管路8的進口端運動、與活塞連接的活塞桿帶動位移傳感器的位移測量桿5向活塞運動的方向運動，在位移測量桿5運動的同時，位移傳感器向三軸壓力試驗機的控制系統輸送位移測量桿運動數據的電信號，三軸壓力試驗機的控制系統將接收到的電信號進行處理，記錄并顯示巖石的膨脹體積變
權利要求1.一種巖石體積變形測量傳感器，其特征在于包括測量油缸(2)、活塞(3)、活塞桿(I)、位移傳感器和輸油主管路(8)； 活塞(3)位于測量油缸(2)內，將測量油缸分為第一腔室(2-1)和第二腔室(2-2)，第一腔室設置有與輸油主管路(8)連接的第一輸油支管(9)，第二腔室設置有與輸油主管路(8)連接的第二輸油支管(10)，輸油主管路與第一輸油支管的接頭和第二輸油支管的接頭之間設置有截止閥(7); 活塞桿(I)為兩根，兩活塞桿的一端分別與活塞兩端面的中心部位固連，且它們的中心線與活塞的中心線重合，兩活塞桿的另一端分別從測量油缸兩端的端蓋伸出； 位移傳感器安裝在測量油缸的外側壁上，其位移測量桿(5)的自由端通過連接件(6)與位于輸油主管路(8)出口端的活塞桿連接。
2.根據權利要求I所述的巖石體積變形測量傳感器，其特征在于所述活塞桿(I)的長度大于測量油缸(2)的長度。
3.根據權利要求I或2所述的巖石體積變形測量傳感器，其特征在于所述連接件(6)為兩端設置有連接孔的桿件或條形板。
專利摘要一種巖石體積變形測量傳感器，包括測量油缸、活塞、活塞桿和位移傳感器；活塞位于測量油缸內，將測量油缸分為第一腔室和第二腔室，第一腔室設置有與輸油主管路連接的第一輸油支管，第二腔室設置有與輸油主管路連接的第二輸油支管，輸油主管路與第一輸油支管的接頭和第二輸油支管的接頭之間設置有截止閥；活塞桿為兩根，兩活塞桿的一端分別與活塞兩端面的中心部位固連，且它們的中心線與活塞的中心線重合，兩活塞桿的另一端分別從測量油缸兩端的端蓋伸出；位移傳感器安裝在測量油缸的外側壁上，其位移測量桿的自由端通過連接件與位于輸油主管路出口端的活塞桿連接。
文檔編號G01B21/00GK202710408SQ20122041040
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者劉建鋒, 謝和平, 徐進 申請人:四川大學