专利名称：在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置。
背景技术：
浙江大学曾在三轴室内安装了压电陶瓷弯曲元土样波速测试装置并申请了专利(专利号ZL 02261611.X)，但目前国内尚无固结仪上土样纵波和横波波速测试的压电陶瓷弯曲元测试系统和相应的装置，以往土样纵波波速通常采用超声波法测试，存在纵波到时较难判断的缺点，并且在固结仪上安装超声波法测试系统十分困难。在固结仪高压和高湿的环境中，国外通常采用环氧树脂对高阻抗压电陶瓷弯曲元进行密封并安装在相应部位，但存在环氧树脂密封层厚度较大影响压电陶瓷弯曲元刚度、密封层容易存在气泡造成防潮性能较差、环氧树脂老化防潮性能降低影响传感器的使用寿命、压电陶瓷元高频振动造成环氧树脂密封层微裂缝而产生短路报废等问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置。
本实用新型采用的技术方案如下包括底座、透水石和压力帽。在凹形底座的中心小凸台上装有圆环形下透水石，下透水石下端面与下排水通道接触，下透水石上端面与土样下端面接触；凸形压力帽的中心小凸台上装有圆环形上透水石，上透水石上端面与压力帽上的上排水通道接触，上透水石下端面与土样上端面接触；压力帽中间安装压电陶瓷发射元，一端插入土样上端，其余部分固定在压力帽的上安装槽内，固定端端部的发射信号线从压力帽引出经发射屏蔽信号线分别与压电线性放大器及数字式示波器和存储器的一端连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；底座上安装有压电陶瓷接收元，其呈悬臂状的一端插入土样下端，其余部分固定在底座的下安装槽内，固定端端部引出的接收信号线经接收屏蔽信号线与电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器的另一端。
本实用新型具有的有益效果是它不仅解决了整个测试系统的电连接问题，而且解决了高阻抗压电陶瓷发射元、接收元在固结仪上的安装、防水防潮和耐久性问题。确保了固结仪上高压及水环境中压电陶瓷元具有良好的工作状态，并使压电陶瓷元具有很好的防水防潮性能和耐久性；该装置还具有原理明确、结构简单、制作使用方便的特点。
图1为固结仪上压电陶瓷元土样波速测试装置原理图；图2为压力帽上压电陶瓷元安装方法剖视图；图3为图2的仰视图；图4为底座上压电陶瓷元安装方法俯视图；图5为图4的A-A剖视图。
图中1、1’，分别为发射、接收信号线；2、2’，分别为发射、接收屏蔽信号线；3、压力帽；4、底座；5、压电陶瓷发射元；5’、压电陶瓷接收元；6、6’，分别为上、下排水通道；7、7’，分别为上、下透水石；8、套箍；9、土样；10、环刀；11、11’，分别为上、下安装槽；12、12’，分别为上、下孔道。
具体实施方式
如图1～图5所示，本实用新型是在凹形底座4的中心小凸台上装有圆环形下透水石7’，下透水石7’下端面与下排水通道6’接触，下透水石7’上端面与土样9下端面接触；凸形压力帽3的中心小凸台上装有圆环形上透水石7，上透水石7上端面与压力帽3上的上排水通道6接触，上透水石7下端面与土样9上端面接触；压力帽3中间安装压电陶瓷发射元5，一端插入土样9上端，其余部分固定在压力帽3的上安装槽11内，固定端端部的发射信号线1从压力帽引出经发射屏蔽信号线2分别与压电线性放大器及数字式示波器和存储器的一端连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；底座4上安装有压电陶瓷接收元5’，其呈悬臂状的一端插入土样9下端，其余部分固定在底座4的下安装槽11’内，固定端端部引出的接收信号线1’经接收屏蔽信号线2’与电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器的另一端。土样9用环刀10切出，外套套箍8装在上、下透水石之间。
所述的压电陶瓷发射元5和压电陶瓷接收元5’为高阻抗压电陶瓷元传感器，表面用环氧树脂密封。
所述的发射信号线1从压力帽3上孔道12中引出，外套有塑料软管，用环氧树脂填充孔道并将塑料软管固封在上孔道12中。
所述的接收信号线1’从底座4下孔道12’中引出，外套有塑料软管，用环氧树脂填充孔道并将塑料软管固封在下孔道12’中。
压力帽3和底座4中心小凸台高度与圆环形上、下透水石7、7’厚度相等。
本实用新型采用的配套仪器有①任意函数发生器AFG 310②压电线性放大器EPA-104③电荷放大器4102④数字式示波器和存储器TDS 3032为了保证压电陶瓷弯曲元在固结仪高压和高湿环境下具有良好的工作性能，本测试系统在制作安装时需注意以下问题在高阻抗压电陶瓷弯曲元和其接线基座的表面用含适量固化剂的环氧树脂密封，密封层要均匀，不宜太厚，不得有气泡存在，以确保密封层的防水防潮性、韧性和抗老化性能；压电陶瓷元一端呈悬臂状态插入土样中(无接线基座的一端)，其余部分用环氧树脂嵌固在压力帽或底座的安装槽内。
本实用新型的工作原理是环氧树脂密封的压电陶瓷发射元5一端插入土样9上端，另一端用环氧树脂嵌固在压力帽3上安装槽11内，并通过发射信号线1、发射屏蔽信号线2与压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；环氧树脂密封的压电陶瓷接收元5’一端插入土样9下端，另一端用环氧树脂嵌固在底座4的下安装槽11’内，并通过接收信号线1’、接收屏蔽信号线2’与电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器电；当函数发生器产生一脉冲信号经压电线性放大器放大后，传至压电陶瓷发射元5和数字式示波器，压电陶瓷发射元5将产生一微弱纵向或横向振动，在土样9中产生一个以纵波或横波为主的波动，通过土样9传至压电陶瓷接收元5’并接收，经电荷放大器转化为电压信号后，在示波器上通过与来自压电线性放大器的初始发射脉冲信号对比，得到波在土样9中的传播时间，由土样9的长度和波的传播时间计算得到波在土样9中的传播速度。
权利要求1.在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置，包括底座、透水石和压力帽，其特征在于在凹形底座(4)的中心小凸台上装有圆环形下透水石(7’)，下透水石(7’)下端面与下排水通道(6’)接触，下透水石(7’)上端面与土样(9)下端面接触；凸形压力帽(3)的中心小凸台上装有圆环形上透水石(7)，上透水石(7)上端面与压力帽(3)上的上排水通道(6)接触，上透水石(7)下端面与土样(9)上端面接触；压力帽(3)中间安装压电陶瓷发射元(5)，一端插入土样(9)上端，其余部分固定在压力帽(3)的上安装槽(11)内，固定端端部的发射信号线(1)从压力帽引出经发射屏蔽信号线(2)分别与压电线性放大器及数字式示波器和存储器的一端连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；底座(4)上安装有压电陶瓷接收元(5’)，其呈悬臂状的一端插入土样(9)下端，其余部分固定在底座(4)的下安装槽(11’)内，固定端端部引出的接收信号线(1’)经接收屏蔽信号线(2’)与电荷放大器连接，电荷放大器接数字式示波器和存储器的另一端。
2.根据权利要求1所述的在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于所述的压电陶瓷发射元(5)和压电陶瓷接收元(5’)为高阻抗压电陶瓷元传感器，表面用环氧树脂密封。
3.根据权利要求1所述的在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于所述的发射信号线(1)从压力帽(3)上孔道(12)中引出，外套有塑料软管，用环氧树脂填充孔道并将塑料软管固封在上孔道(12)中。
4.根据权利要求1所述的在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于所述的接收信号线(1’)从底座(4)下孔道(12’)中引出，外套有塑料软管，用环氧树脂填充孔道并将塑料软管固封在下孔道(12’)中。
5.根据权利要求1所述的在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置，其特征在于压力帽(3)和底座(4)中心小凸台高度与圆环形上、下透水石(7、7’)厚度相等。
专利摘要本实用新型公开了一种在固结仪上安装压电陶瓷元土样波速测试装置。包括在固结仪的压力帽和底座中间分别置有用环氧树脂密封的发射元、接收元，露出呈悬臂状的一端插入土体中，其余部分用环氧树脂嵌固在安装槽内。发射、接收弯曲元的信号线分别从压力帽和底座上的孔道引出，封装在塑料软管中，并用环氧树脂将软管固封在孔道中。发射信号线与压电线性放大器及数字式示波器和存储器连接，压电线性放大器与任意函数发生器连接；接收信号线经电荷放大器与数字式示波器和存储器连接。本实用新型确保测试波速的弯曲元在低压到高压范围内都具有良好工作状态，具有很好的耐久性和防水防潮性能。该装置还具有原理明确、结构简单、制作使用方便的特点。
文档编号G01H5/00GK2804819SQ20052001309
公开日2006年8月9日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者陈云敏, 陈颖平, 黄博, 姬美秀 申请人:浙江大学