[發明專利]一種基于光纖傳感的探頭固定式黏土界限含水率測定方法

有效

• 申請號: 201911336862.0
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110987829B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 李豪杰;朱鴻鵠;張誠成;程剛;張春新;裴華富;施斌
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01L1/24;G01N3/06;G01N3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馮慧

1.一種基于光纖傳感的探頭固定式聯合測定黏土界限含水率的裝置，其特征在于，包括機箱外殼，機箱外殼底座上固定連接步進電機，步進電機通過傳動軸與上面的載物臺連接，試樣盒自由放置于載物臺上，試樣盒懸空設置圓錐探頭，圓錐探頭通過垂向傳力結構與光纖溫度補償模塊連接，光纖溫度補償模塊與光纖應變傳感模塊固定連接，光纖應變傳感模塊固定于機箱外殼頂部，光纖應變傳感模塊通過光纖連接至光纖光柵數據解調模塊；

所述的光纖溫度補償模塊內部設有第一光纖光柵，所述的光纖應變傳感模塊內部設有第二光纖光柵；光纖光柵數據解調模塊按照設置的頻率實時采集并顯示第一光纖光柵和第二光纖光柵的中心波長變化量，采集完畢后通過內置的程序分別計算得出第一光纖光柵和第二光纖光柵的平均中心波長變化量Δλ₁和Δλ₂，以及中心波長變化量極差R₁和R₂；

光纖應變差值(Δλ₂-Δλ₁)與貫入力呈線性關系，通過標定試驗獲得；貫入力和圓錐探頭-土體界面剪切力呈正比例關系，推導過程如下：

式中，τ為圓錐探頭-土體界面剪應力；F為貫入力；α為圓錐頂角；h為圓錐探頭椎體部分高度；C為圓錐系數；

根據重塑土抗剪強度與含水率關系，所述圓錐探頭-土體界面剪切力對數與土體含水率的對數呈一次函數關系，表達式如下：

lgτ＝C₂-mlgw

式中，τ為土體抗剪強度，土體抗剪強度數值上等于圓錐探頭-土體界面剪應力；w為土體含水率；C₂、m為系數。

2.如權利要求1所述的基于光纖傳感的探頭固定式聯合測定黏土界限含水率的裝置，其特征在于，所述的第一光纖光柵封裝于應變隔離環中。

3.如權利要求1所述的基于光纖傳感的探頭固定式聯合測定黏土界限含水率的裝置，其特征在于，所述的第二光纖光柵通過環氧樹脂緊密封裝于光纖應變傳感模塊中。

4.如權利要求1-3任一所述的基于光纖傳感的探頭固定式聯合測定黏土界限含水率的裝置，其特征在于，所述的機箱外殼、光纖應變傳感模塊以及光纖溫度補償模塊內部都設有排纖槽，光纖被環氧樹脂固定封裝在排纖槽中。

5.如權利要求1所述的基于光纖傳感的探頭固定式聯合測定黏土界限含水率的裝置，其特征在于，所述的步進電機通過傳動軸推動載物臺以一定的速度向上移動，步進電機的行程小于等于圓錐探頭到試樣盒底面的距離。