專利名稱：一種三軸試樣徑向變形的測量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是一種用于三軸試樣的徑向變形測量裝置與方法，用于室內(nèi)三軸試驗中測量試樣的徑向變形。
背景技術(shù)：
據(jù)查，目前國內(nèi)外所使用的試樣徑向變形測量方法，主要有貼標(biāo)簽讀數(shù)、讀數(shù)顯微鏡測量刻度間距、局部安裝應(yīng)變片、PSD激光傳感器、壓力室內(nèi)布置平面位置固定的激光傳感器等方法進(jìn)行徑向變形測量。大多數(shù)應(yīng)變測試方法會對試樣產(chǎn)生一定的干擾，尤其對于質(zhì)地較軟的試樣，會對其徑向變形產(chǎn)生一定的影響。光學(xué)讀數(shù)和應(yīng)變測量的方法都是對試樣局部變形的測量，并且測量精度和可靠性都比較低，光強(qiáng)對PSD激光傳感器的測試影響較大，給測試帶來了一定的誤差，壓力室內(nèi)固定的測試裝置的測量方法，可移植性不強(qiáng)，在不同的儀器上通用性差，不使用與小直徑的三軸壓力室測量。傳統(tǒng)測量方法存在對試樣擾動、不能非接觸連續(xù)測量、精度不高、靈活性差等缺點(diǎn)，因此在測量三軸試樣軸向變形方面·存在一些障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三軸試樣徑向變形的測量裝置與方法，用以準(zhǔn)確測量三軸壓力室內(nèi)試樣的徑向變形。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案一種三軸試樣徑向變形的測量裝置，它包括用于定位測量的固定支架，該固定支架中包括與三軸壓力室密貼的定位支架，所述的定位支架與三軸壓力室具有相同的中軸線；所屬的固定支架帶有沿單一方向無間隙自由滑動的滑塊，所述的滑塊同位移計、激光測距儀聯(lián)動，滑塊、位移計和激光測距儀的豎向軸線與固定支架的中軸線平行，并且滑塊筒位移計、激光測距儀剛性固定連接，所述的位移計和激光測距儀均為高精度傳感器。一種三軸試樣徑向變形的測試方法，它包括以下步驟(I)在三軸壓力室外選擇具備測量條件的位置不少于三個，相互間盡量平均分布，并記錄各個測點(diǎn)位置和壓力室直徑；(2)將固定支架與壓力室密貼并固定，連接動態(tài)測量采集系統(tǒng)，通過激光測距儀測量至試樣高度范圍內(nèi)不同位置處的距離，更換測量位置，直至完成；(3)根據(jù)試驗要求，測量不同時刻激光測距儀至試樣表面的距離，根據(jù)幾何原理計算試樣直徑獲得試樣的徑向變形值，通過多點(diǎn)測量求平均值的方法可減小誤差，根據(jù)光速換算實(shí)際土樣變形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用非接觸連續(xù)測量方式，可在三軸壓力室外對試樣進(jìn)行測量，解決了固定支架與三軸壓力室的接觸問題，通過多點(diǎn)測量和數(shù)據(jù)分析處理方法，消除了試樣傾斜對徑向變形測試的影響。此外該裝置測量的數(shù)據(jù)還可用于三軸試樣軸向局部變形、試樣體積變化等方面的測量與分析。


圖I :測試裝置正視圖；圖2 :測試裝置俯視圖
具體實(shí)施例方式該測量裝置主要包括用于傳感器定位的定位支架1，安裝和固定傳感器的固定支架2，位移傳感器3，激光測距儀4和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。定位支架I與固定支架之間固定，不發(fā)生轉(zhuǎn)動和相對位移，固定支架上的滑塊5與位移傳感器3的下端和激光測距儀4固定，形成聯(lián)動裝置，激光測距儀和位移傳感器的信號進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時記錄數(shù)據(jù)。固定支架2、位移計3和激光測距儀4以及滑塊5的中軸線平行。測量過程中，通過滑塊5的上下移動，帶動激光測距儀4上下移動，由激光測距儀4測量至試樣7的距離，測量高度有位移傳感器3記錄。一種三軸試樣徑向變形的測試方法，它包括以下步驟(I)在三軸壓力室6外選擇具備測量條件的位置不少于三個，相互間盡量平均分布，并記錄各個測點(diǎn)位置與壓力室直徑； (2)將固定支架與壓力室密貼并固定，連接動態(tài)測量采集系統(tǒng)，通過激光測距儀測量至試樣7高度范圍內(nèi)不同位置處的距離，更換測量位置，直至試驗完成；(3)根據(jù)試驗要求，測量不同時刻激光測距儀至試樣表面的距離，根據(jù)幾何原理計算試樣直徑，獲得試樣的徑向變形值，通過多點(diǎn)測量求平均值的方法可減小誤差，根據(jù)光速換算實(shí)際土樣變形。
權(quán)利要求
1.一種三軸試樣徑向變形的測量裝置，其特征在于用于徑向變形測量裝置的固定支架，該固定支架包括一個與三軸壓力室具有相同的中心軸線的定位支架，定位支架與三軸壓力室密貼；該固定支架帶有沿單一方向無間隙自由滑動的滑塊，滑塊同位移傳感器、激光測距儀聯(lián)動，滑塊、位移傳感器和激光測距儀的豎向軸線與支架的軸線平行。
2.如權(quán)利要求I所述的一種三軸試樣徑向變形的測量裝置，其特征在于可在三軸壓力室外對其內(nèi)部的試樣進(jìn)行非接觸、多方位測量，該裝置采用激光測距裝置測量至試樣表面的距離，不干擾試樣，該裝置可在三軸壓力室外部的各方位對試樣進(jìn)行測量。
3.—種三軸試樣徑向變形的測試方法，其特征在于其包括以下步驟 (1)在三軸壓力室外選擇具備測量條件的位置不少于三個，相互間盡量平均分布，并記錄各個測點(diǎn)位置與壓力室直徑； (2)將固定支架與壓力室密貼并固定，連接動態(tài)測量采集系統(tǒng)，通過激光測距儀測量至試樣高度范圍內(nèi)不同位置處的距離，更換測量位置，直至完成； (3)根據(jù)試驗要求，測量不同時刻激光測距儀至試樣表面的距離，根據(jù)幾何原理計算試樣直徑獲得試樣的徑向變形值，通過多點(diǎn)測量求平均值的方法可減小誤差，根據(jù)光速換算實(shí)際土樣變形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三軸試樣徑向變形的測量裝置和方法，其特點(diǎn)是用于徑向變形測量裝置的固定支架包括一個與三軸壓力室具有相同的中心軸線的定位支架，定位支架與三軸壓力室密貼；該固定支架帶有沿單一方向無間隙自由滑動的滑塊，滑塊同位移傳感器、激光測距儀聯(lián)動，滑塊、位移傳感器和激光測距儀的豎向軸線與支架的軸線平行，可在三軸壓力室外對其內(nèi)部的試樣進(jìn)行非接觸、多方位測量，該裝置采用激光測距裝置測量至試樣表面的距離，不干擾試樣，該裝置可在三軸壓力室外部的各方位對試樣進(jìn)行測量。通過測量數(shù)據(jù)、利用幾何知識計算試樣直徑的徑向變形值，通過多點(diǎn)測量求平均值的方法可減小誤差，根據(jù)光速換算可獲得實(shí)際土樣變形。
文檔編號G01B11/16GK102901460SQ20121043434
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者葉陽升, 張千里, 史存林, 陳鋒, 蔡德鉤, 馬偉斌, 姚建平, 閆宏業(yè), 王立軍 申請人:中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所