[發明專利]一種壓力補償式觸探探頭及海洋靜力觸探設備

有效

• 申請號: 201810083423.2
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108330941B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 張民生;王振豪;王秀海
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發明公開了一種壓力補償式觸探探頭及海洋靜力觸探設備，其屬于海洋靜力觸探技術領域，壓力補償式觸探探頭包括外殼、傳力組件、傳感器和油囊，外殼為兩端開口的殼體，傳力組件位于外殼的一端且密封外殼的開口，傳感器位于外殼內并與傳力組件連接，傳感器包括孔壓傳感器和錐尖傳感器，孔壓傳感器和錐尖傳感器均包括應變橋式壓力補償結構；油囊位于外殼的另一端且密封外殼的開口，油囊的內腔與外殼的內腔連通并形成用于硅油流動的通道。海洋靜力觸探設備采用上述壓力補償式觸探探頭，將探頭檢測到的壓力以電壓的形式輸出，當海水壓力變化或者溫度變化時，輸出電壓均為0，能夠同時消除溫度及海水壓力變化對測量產生的非線性影響。

技術領域

本發明涉及海洋靜力觸探技術領域，尤其涉及一種壓力補償式觸探探頭及海洋靜力觸探設備。

背景技術

靜力觸探是一種原位測試手段，也是一種勘探手段，它和常規的鉆探-取樣-室內試驗等勘探程序相比，具有快速、精確、經濟和節省人力等優點，可以滿足廣大沿海地區的工程勘察需求。

靜力觸探的基本原理是用準靜力(相對動力觸探而言，沒有或很少沖擊荷載)將一個內部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力也不同，傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號輸入到記錄儀表中記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質特征之間的定性關系和統計相關關系，來實現取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預估單樁承載力等工程地質勘察目的。

海洋靜力觸探探頭用于測試沉積物內部的錐尖阻力、側摩阻力及孔隙水壓力等。目前，靜力觸探探頭的錐尖通過單端受力方式來測試土和水的總應力，由于海水壓力隨水深增加而不斷提高，采用這種結構的探頭的量程往往要考慮海水壓力的影響。當水深超過1000m時，探頭受到的靜水壓力較大，探頭的量程需要比實際測試土體強度高許多，從而導致探頭的分辨率降低；對于深海淺層沉積物，其強度范圍在10kPa-200kPa范圍內，但由于水深較大，探頭量程要達到兆帕級。同時由于海水壓力的存在，孔隙水壓力也需要在靜水壓力的基礎上得到超靜水壓力，這顯然降低了相對測量精度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種壓力補償式觸探探頭，以解決現有技術中存在的海水壓力使得探頭測試量程高，導致探頭分辨率低、測量精度低的技術問題。

本發明的目的在于提供一種海洋靜力觸探設備，以解決現有技術中存在的海水壓力影響測試精度的技術問題。

如上構思，本發明所采用的技術方案是：

一種壓力補償式觸探探頭，包括：

外殼，其為兩端開口的殼體；

傳力組件，位于所述外殼的一端且密封所述外殼的開口；

傳感器，位于所述外殼內并與所述傳力組件連接，所述傳感器包括孔壓傳感器和錐尖傳感器，所述孔壓傳感器和所述錐尖傳感器均包括應變橋式壓力補償結構；

油囊，位于所述外殼的另一端且密封所述外殼的開口，所述油囊的內腔與所述外殼的內腔連通并形成用于硅油流動的通道。

其中，所述錐尖傳感器包括中空的柱體，所述柱體上沿周向均勻間隔開設有四個U型通槽，相鄰所述U型通槽之間形成測量片，所述U型通槽內側的部分形成補償片，所述補償片與所述測量片沿周向的寬度相等。

其中，所述補償片與所述測量片上均設置有應變片，相互對稱的兩個所述應變片串聯構成應變橋電路，所述補償片、所述測量片和所述應變橋電路構成所述應變橋式壓力補償結構。

其中，所述傳力組件包括：

傳力柱，包括伸出所述外殼之外的受力部和位于所述外殼之內的傳力部；

錐尖，位于所述外殼的端部并與所述受力部連接，所述錐尖傳感器與所述傳力部連接。