[發明專利]一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統

在審

• 申請號: 202111403927.6
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114113706A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王炳輝;王春成;張雷;王麗艷;張琦;李曉文
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01R1/04
• 分類號: G01R1/04;G01R27/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，包括：旋轉切換式電極掃描裝置和數據采集及儀器控制部分；旋轉切換式電極掃描裝置包括伺服電機、轉芯、換向滑環、固定電極組、與固定電極組對應的動電刷、輔助電路及電源；被測對象的不同高度埋設測試電極，固定電極組引出導線與測試電極按序連接，動電刷引出導線與換向滑環轉子端連接，并由定子端接出與輔助電路相連，隨著轉芯的轉動，動電刷觸頭與固定電極組觸頭依次接觸、脫離，在伺服電機轉動下，形成閉合、開啟的切換開關；本發明可實現測試電極與信號測試電路之間的快速的逐一開啟、閉合切換，開閉切換快慢與速度可通過伺服電機轉速控制。

技術領域

本發明涉及土木工程、巖土工程測試中電導率場或電阻率場的測試領域，尤其涉及一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統。

背景技術

電阻率或電導率是研究材料電學性質的重要參數，在巖土工程中廣泛應用，特別在特殊土的研究中，如膨脹土(崔可銳，查甫生，劉松玉，等.基于電阻率法的膨脹土吸水膨脹過程中結構變化定量研究[J].巖土工程學報.2008,30(12):1832-1839；繆林昌，嚴明良，崔穎.重塑膨脹土的電阻率特性測試研究[J].巖土工程學報.2007,29(9):1413-1417.)、污染土(韓鵬舉，董曉強，白曉紅，等.NaOH污染下水泥土的電阻率變化研究[J].巖土工程學報.2007,29(11):1715-1719.韓立華，劉松玉，杜延軍.)。當被測對象為尺寸較小，可視為單元尺度的情況，其測試方法較為常用的是采用四電極法或二電極法進行測試(劉松玉，查甫生，于小軍.土的電阻率室內測試技術研究[J].工程地質學報.2006,14(02):216-222.)，或結合電橋橋路的二電極法測試(韓立華，劉松玉，杜延軍.一種檢測污染土的新方法——電阻率法[J].巖土工程學報.2006,28(8):1028-1032.)，也有土體電阻率測試方面的專利(一種絕緣材料的土壤電阻率測試裝置(公開號：CN104166049A))。當被測物體作為一個單元體來看待時，上述測試方法和裝置能夠滿足要求。但當被測對象具有較大尺寸，且其不同位置的性質隨時間變化，且變化較快(變化頻率大于1Hz)時，則被測對象上，需要布置多個(通常是4或2的倍數個)測試電極，要求實現測試電極(及供電電極)與測試電極之間的快速切換。如從被測對象上連接多組測試電極，與信號采集電路和供電電路之間對應間歇性、周期性接觸連接。即這種連接是動態的連接，電極上、下往返與電極之間實現快速的閉合與斷開過程。

目前為了實現這個功能，容易想到采用繼電器開關來實現，通過自動控制繼電器的開關功能，實現這種連接和斷開的控制功能。對于測試對象性質變化較慢或幾乎不變時，采用繼電器控制電路，能夠滿足測試要求。但當測試對象的性質發生快速變化時，需要電極與采集電路、供電電路之間進行非常快速的切換，才能滿足測試要求。僅采用繼電器控制開關電路已經不能滿足要求。如單個繼電器最快的響應時間能夠達到50毫秒左右，即電極與采集電路、供電電路之間可在50毫秒之間實現開閉。但測試電極數量較多，若按照40個計算，電極與采集電路、供電電路之間往返掃描一次的總時間為：40個/4(個/組)*(50秒)*2＝1.0秒。當被測對象性質變化的周期小于1秒時，電極掃描僅僅往返掃描了1次，測試獲得的數據不能反應被測對象性質的變化。因此當被測對象性質發生動態變化時，采用繼電器控制電路無法滿足對象動態變化測試的需要。

另外，由于多組繼電器的開關動作控制需要布置更多的控制線路，浪費電能、成本提高，且機械繼電器的開關有較多噪聲，影響系統的設備品質。

發明內容

發明目的：為了克服背景技術的不足，本發明公開一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，該系統可實現測試電極與信號測試電路(包括供電電路)之間的快速的逐一開啟、閉合切換，開閉切換快慢與速度可通過伺服電機轉速控制。

技術方案：本發明所公開的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于，包括：旋轉切換式電極掃描裝置和數據采集及儀器控制部分；