溫控動三軸參數量測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種溫控動三軸參數量測系統，用于量測待測土樣在不同溫度下的動力參數，包括測試室、光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器、光纖光柵溫度傳感器、傳感光纖和處理單元。待測土樣設置于測試室內。光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器和光纖光柵位移傳感器設置于待測土樣的頂部。光纖光柵溫度傳感器設置于測試室內。處理單元包括解調儀，光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器和光纖光柵溫度傳感器分別通過傳感光纖電性連接解調儀。本量測系統具有較好的溫度穩定性，避免了溫度變化對傳感器本身性能的影響，具有較高的精度和靈敏度。
【專利說明】溫控動三軸參數量測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種量測系統，尤其涉及一種溫控動三軸參數量測系統。
【背景技術】
[0002]在鐵路和公路路基建設過程中，由于在循環荷載下，對土體的動力參數進行測試是非常必要的。土的動態特性主要是指土的變形特性和強度特性。在室內進行土的動力特性試驗，主要包括兩方面的內容:(I)確定土的動強度，用以分析在大變形條件下地基和結構物的穩定性，特別是沙土的振動液化問題；(2)確定剪切模量和阻尼比，用以計算在小變形條件下土體在一定范圍內所引起的位移、速度、加速度或應力隨時間的變化。
[0003]動三軸儀是測試土體動力參數的最為常用的試驗設備。普通的動三軸儀僅能測試常溫下土體的動力參數。大量試驗研究表明，土體的動力參數是隨溫度變化而改變的。然而，隨著國民經濟的發展，高速鐵路和高速公路的建設遍布于全國各地，包括存在多年凍土的青藏高原，以及廣大范圍的季節冰凍區。因此，常溫下土體的動力參數是不能應用于多年凍土和凍融循環時的土體。若能通過量測系統獲得任意溫度尤其是正凍和正融時土體的動力參數，將能為多年凍土區和季節冰凍區鐵路與公路的設計和施工提供參數資料。
[0004]普通的動三軸試驗儀的測試系統由于是在常溫作用下，其測試傳感器采用普通的溫度、應力應變和加速度傳感器就可以滿足量測要求。這些傳感器都是基于電阻或者電磁基本原理來達到測試的目的，顯然傳感器的靈敏度和精度受到溫度的影響。尤其在低溫和高溫環境時，很多傳感器將不能正常工作，無法測量凍結和融化狀態時土體的動力參數。
實用新型內容
[0005]本實用新型為了克服現有技術的不足，提供一種溫度穩定性好的溫控動三軸參數量測系統。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型提供一種溫控動三軸參數量測系統，用于量測待測土樣在不同溫度下的動力參數，包括測試室、光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器、光纖光柵溫度傳感器、傳感光纖和處理單元。待測土樣設置于測試室內。光纖光柵加速度傳感器設置于待測土樣的頂部。光纖光柵速度傳感器設置于待測土樣的頂部。光纖光柵位移傳感器設置于待測土樣的頂部。光纖光柵溫度傳感器設置于測試室內。傳感光纖連接光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器和光纖光柵溫度傳感器。處理單元包括解調儀。光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器和光纖光柵溫度傳感器分別通過傳感光纖電性連接解調儀。
[0007]于本實用新型的一實施例中，處理單元還包括微機控制終端，電性連接解調儀。
[0008]綜上所述，本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統將測試室的溫度和待測土樣的位移、速度和加速度轉化為光信號的波長變化，通過解調儀對波長的解析，從而獲得待量測的各物理量。光纖光柵傳感器是根據光纖光柵波長的變化來獲得待測土樣的物理量，不受溫度的影響，避免了溫度變化對傳感器本身性能的影響，克服了現有傳感器不能獲得高溫和低溫狀態下土樣動力參數的缺陷。各傳感器集成到傳感光纖再連接到處理單元，由于其傳輸的是光信號，因此受溫度和電磁干擾的影響比較小，傳輸損耗小，并且具有較好的絕緣性和耐腐蝕性，能有效的提高測試數據的精度和可靠性。本量測系統的工作溫度范圍為-40°C ?300°C，能夠滿足溫控動三軸量測的要求，為精確測定土樣的動力參數提供了強有力的技術保障。
[0009]為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1所示為本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1所示為本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統的示意圖。如圖1所示，本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統用于量測待測土樣在不同溫度下的動力參數，包括測試室8、光纖光柵加速度傳感器2、光纖光柵速度傳感器3、光纖光柵位移傳感器5、光纖光柵溫度傳感器4、傳感光纖I和處理單元6。
[0012]待測土樣7設置于測試室8內。光纖光柵加速度傳感器2設置于待測土樣7的頂部。光纖光柵速度傳感器3設置于待測土樣7的頂部。光纖光柵位移傳感器5設置于待測土樣7的頂部。光纖光柵溫度傳感器4設置于測試室8內。傳感光纖I連接光纖光柵加速度傳感器2、光纖光柵速度傳感器3、光纖光柵位移傳感器5和光纖光柵溫度傳感器4。處理單兀6包括解調儀和微機控制終端。光纖光柵加速度傳感器2、光纖光柵速度傳感器3、光纖光柵位移傳感器5和光纖光柵溫度傳感器4分別通過傳感光纖電性連接解調儀。
[0013]本實用新型的光纖光柵加速度傳感器2、光纖光柵速度傳感器3、光纖光柵位移傳感器5分別測量待測土樣7的加速度、速度和位移這三項動力指標。光纖光柵溫度傳感器4測量測試室8內的溫度，即試驗時的溫度。通過解調儀對光信號的波長進行解譯，可獲得不同溫度下待測土樣7在動荷載下的動力響應，通過一定的換算即能獲得土樣在不同溫度下的動力參數，避免根據波長手動計算物理參數的缺陷。
[0014]于本實施例中，處理單元6還包括微機控制終端，微機控制終端能夠根據測試結果，繪出試驗所需的各種數據圖形并進行存儲。
[0015]光纖光柵傳感器(Fiber Grating Sensor)的傳感過程是通過外界物理參量對光纖布拉格(Bragg)波長的調制來獲取傳感信息，是一種波長調制型光纖傳感器。本實用新型的光纖光柵加速度傳感器2、光纖光柵速度傳感器3、光纖光柵位移傳感器5和光纖光柵溫度傳感器4均是現有技術，其感測原理在此不展開進行贅述。解調儀對光纖光柵Bragg波長進行高精度解調，其方法也是現有技術，在此亦不再贅述。
[0016]本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統是對動三軸測試儀中量測設備的改進。本量測系統中的測試室8可作為整個動三軸測試儀中的壓力室。于實際應用中，動三軸測試儀還包括激振設備等，給待測土樣提供固結壓力、動應力等。由于激振設備為現有設備，在此也不展開贅述。
[0017]綜上所述，本實用新型提供的溫控動三軸參數量測系統將測試室的溫度和待測土樣的位移、速度和加速度轉化為光信號的波長變化，通過解調儀對波長的解析，從而獲得待量測的各物理量。光纖光柵傳感器是根據光纖光柵波長的變化來獲得待測土樣的物理量，不受溫度的影響，避免了溫度變化對傳感器本身性能的影響，克服了現有傳感器不能獲得高溫和低溫狀態下土樣動力參數的缺陷。各傳感器集成到傳感光纖再連接到處理單元，由于其傳輸的是光信號，因此受溫度和電磁干擾的影響比較小，傳輸損耗小，并且具有較好的絕緣性和耐腐蝕性，能有效的提高測試數據的精度和可靠性。本量測系統的工作溫度范圍為-40°C ?300°C，能夠滿足溫控動三軸量測的要求，為精確測定土樣的動力參數提供了強有力的技術保障。
[0018]雖然本實用新型已由較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟知此技藝者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權利要求書所要求保護的范圍為準。
【權利要求】
1.一種溫控動三軸參數量測系統，用于量測待測土樣在不同溫度下的動力參數，其特征在于，所述溫控動三軸參數量測系統包括: 測試室，所述待測土樣設置于所述測試室內； 光纖光柵加速度傳感器，設置于所述待測土樣的頂部； 光纖光柵速度傳感器，設置于所述待測土樣的頂部； 光纖光柵位移傳感器，設置于所述待測土樣的頂部； 光纖光柵溫度傳感器，設置于所述測試室內； 傳感光纖，連接所述光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器和光纖光柵溫度傳感器； 處理單元，包括解調儀，所述光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵速度傳感器、光纖光柵位移傳感器和光纖光柵溫度傳感器分別通過傳感光纖電性連接所述解調儀。
2.根據權利要求1所述的溫控動三軸參數量測系統，其特征在于，所述處理單元還包括微機控制終端，電性連接所述解調儀。
【文檔編號】G01B11/16GK203479647SQ201320537294
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】姜屏 申請人:紹興文理學院