[發明專利]一種均布激光位移傳感器全方位測量試樣全局變形的裝置

在審

• 申請號: 202110084914.0
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112798400A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 鄒德高;季曉檬;孔憲京;張佳晨;張良;陳濤;馬斌;梁存紹;周晨光
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;四川華能瀘定水電有限公司
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06;G01N3/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

一種均布激光位移傳感器全方位測量試樣全局變形的裝置，屬于土工試驗技術領域。包括激光式動態跟蹤裝置、外置輪輻式力傳感器、外置局部位移傳感器、外置力軸承、激光位移傳感器組裝內外環、激光式動態跟蹤裝置等。激光式動態跟蹤裝置中的可旋轉式激光位移傳感器測量裝置包括12個結構、功能相同的激光位移傳感器和1個色標傳感器，12個激光位移傳感器沿內環周向均勻設于圓環上，設于壓力室外殼外圍一圈，色標傳感器位于任意兩個激光位移傳感器之間。本發明裝置可實現對三軸試樣全表面不同部位進行掃描，實現軸向?徑向位移的精準測量，不受加載條件的約束；不會對三軸試樣試驗過程中的變形產生干擾；安裝方法簡單，操作簡便，測量精度高。

技術領域

本發明屬于土工試驗技術領域，涉及一種均布激光位移傳感器全方位測量試樣全局變形的裝置。

技術背景

在常規三軸試驗過程中，三軸試樣上下端部分別與試樣帽和試樣底座接觸，由于摩擦力的約束，在試驗加載過程中，試樣端部受力與試樣中段受力情況有所不同。即使常規測量為三軸試驗提供了足夠的精度，但也無法在較小的應變水平下準確地測量土壤變形，在應變水平下可能會出現峰值強度和剛度，或者是代表原位土壤響應的剪切帶。

目前，為了更好地對三軸試樣的應變發展進行精準地測量，大量的學者提出了相對可行的方法，主要有以下幾個方法：

(1)電解質液位移傳感器

該方法是一種由電解質水平儀制成的傾角儀，密封在玻璃膠囊中，容納三個部分浸沒在電解質中的共面電極。該系統通過將三軸試樣的軸向變形轉換為電解質液面的傾斜進而測量。但即使電解質液位正常工作，它也會響應其所附著的剛體轉動。

(2)霍爾效應傳感器測量法

該方法是將霍爾效應傳感器粘貼在三軸試樣表面上，并連接鉸鏈的一端。當試樣發生變形時，使鉸鏈另一端發生旋轉，從而測量三軸試樣徑向變形。該方法設備安裝難度極大，對環境要求高，固定鞘會刺破乳膠膜，不利于試驗進行，且該方法只能測量三軸試樣徑向變形。

(3)線性變形傳感器(LDT)

該方法的主要原理是：在三軸試樣外表面垂直安裝應變儀，并通過鉸鏈連接。試樣的變形會引起兩者之間距離的改變，可以通過應變儀檢測該變化并將其記錄為軸向應變。該方法由于LDT的滯后，機械缺陷以及電壓輸入的變化削弱了該傳感器的性能，而且膜片和鉸鏈之間的接觸力往往隨著變形的增加而導致錯誤。

(4)光纖布拉格光柵線性變形傳感器

該方法是利用光纖技術代替原有LDT的電子技術，傳感器全部布置在試樣表面。該方法的基本原理與LDT傳感器原理類似，不作贅述。該方法的精度主要取決于光纖布拉格光柵線性變形傳感器的分辨率和校準系數。由于該方法安裝過程中使用大量粘合劑，粘合劑的蠕變誤差將導致測量的準確性得不到保證。且該方法只用于測量試樣軸向變形。

由此可見，目前急需一種可以全表面測量三軸試樣軸向-徑向變形的測量裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種設備裝置簡單、試驗操作方便并能夠減小試驗過程中對試樣的干擾，同時又能夠準確測量三軸試樣軸向-徑向位移的裝置，并通過掃描試樣整體的方法實現對試樣變形的實時監測，解決了試樣在加載過程中的變形測量問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：