一种土样胀缩变化的自动测量仪的制作方法

本实用新型涉及土样测量领域，具体涉及一种土样胀缩变化的自动测量仪。

背景技术：

土样胀缩变化的测量是工程和土工试验中一种常见的测量内容，传统的测量方法，利用游标卡尺、膨胀仪或收缩仪进行土的轴向位移测量，分析土样的胀缩变化。

这些方法中量具都必须和土样接触，虽然接触压力不大，但对于一些质地柔软的土样，不允许量具与土样的接触，否则会在土样表面留下压印或划痕，影响测量精度。同时传统的检测方法大多采用人工方式进行测量，效率低、耗时多、劳动强度大和测量点重复性差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种土样胀缩变化的自动测量仪，该装置可靠性好、检测精度高、自动化程度高，能够非接触式测量土样的胀缩变化。

为了实现上述目的，本实用新型土样胀缩变化的自动测量仪包括安装在支撑底盘上的测试台，测试台上放置待测土样，待测土样的上方设有激光位移传感器组件，激光位移传感器组件包括分布在同一高度平面上的三组激光头，三组激光头同时发射激光脉冲经过待测土样反射后，被激光位移传感器组件接收；根据三组激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，分别计算所述三组激光头与待测土样表面的距离，再计算出激光头与待测土样表面的垂直高度，结合激光头与测试台表面的垂直高度，做差后即能够得到待测土样的厚度。

支撑底盘上安装支撑架，激光位移传感器组件通过支撑架设置在待测土样的上方。

所述的激光位移传感器组件通过高度调节旋钮与支撑架连接，所述的支撑架上设置有能够与高度调节旋钮相配合的高度活动滑槽。

所述的激光位移传感器组件一体式连接触屏计算机控制系统。

所述的触屏计算机控制系统上具有USB接口以及触屏控制按钮。

所述的测试台上安装有用于调节自身在支撑底盘上位置的纵向调整旋钮与水平调整旋钮。

与现有技术相比，本实用新型测量仪将待测土样放置在测试台上，利用三组激光头对准待测土样发射激光脉冲，经待测土样反射后，激光向各方向散射，部分散射光返回到激光位移传感器组件被接收，根据激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，分别计算三组激光头与待测土样表面的距离，再计算出激光头与待测土样表面的垂直高度，结合激光头与测试台表面的垂直高度，做差后即能够得到待测土样的厚度。本实用新型测量仪采用模块式结构，安全可靠、自动化程度高、能够远距离操作，在使用过程中能够避免与待测土样的直接接触，自动测量土样的应变变化，大幅度提高了检测的精度和工作效率，并且也便于进行零部件的维护与更换，为节约使用成本提供了便利，易于在生产和教学中推广应用。

附图说明

图1本实用新型的整体结构正视图；

图2本实用新型的整体结构侧视图；

图3本实用新型的工作原理示意图；

图4本实用新型的基本原理流程图；

附图中：1-支撑底盘；2-连接螺栓；3-支撑架；4-测试台；5-纵向调整旋钮；6-水平调整旋钮；7-激光头；8-激光位移传感器组件；9-触屏计算机控制系统；10-高度调节旋钮；11-高度活动滑槽；12-USB接口；13-触屏控制按钮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图1-2，本实用新型包括支架系统、激光位移测量系统及计算机数据处理系统。

支架系统由支撑底盘1、支撑架3、测试台4组成；激光位移测量系统由激光头7、激光位移传感器组件8、高度调节旋钮10以及高度活动滑槽11组成；计算机数据处理系统为触屏计算机控制系统9。具体地，本实用新型包括安装在支撑底盘1上的测试台4，测试台4上放置待测土样，待测土样的上方设有激光位移传感器组件8，激光位移传感器组件8包括USB接口12以及分布在同一高度平面上的三组激光头7，激光位移传感器组件8通过支撑架3设置在待测土样的上方。测试台4上安装有纵向调整旋钮5与水平调整旋钮6。激光位移传感器组件8通过高度调节旋钮10与支撑架3连接，支撑架3上设置有能够与高度调节旋钮10相配合的高度活动滑槽11。激光位移传感器组件8与激光头7一体式连接触屏计算机控制系统9。触屏计算机控制系统9上具有USB接口12以及触屏控制按钮13。

参见图3-4，本实用新型在使用时，试验前首先将制好的待测土样放置在测试台4上，纵向调整旋钮5和水平调整旋钮6使待测土样正对于三组激光头7，然后旋转高度调节旋钮10，使激光位移传感器组件8处于合适的高度，点击触屏计算机控制系统9中的开始测试按钮，获取数据，然后计算出土样的厚度变化和应变率等数据，最后自动记录和存储。

点击触屏计算机控制系统9中的开始按钮，三组可旋转激光头7依次发射激光脉冲，经目标反射后激光向各方向散射，部分散射光返回到激光位移传感器组件8被接收，记录并处理从激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间t，按照下式计算待测土样厚度d：

d＝s-h；

上式中，h为激光头到待测土样表面的垂直高度；

s为激光头到测试台表面的高度。

所述h的具体计算方法如下：输入θ1，θ2，θ3(激光束与中垂线的夹角)，将t1，t2，t3(三条激光束自发出至返回经历的时间)带入公式：

L1＝(v*t1)/2，

L2＝(v*t2)/2，

L3＝(v*t3)/2，v为光速；

再将L1、L2、L3(激光束的长度)带入公式：

a1＝L1*sinθ1；

a2＝L2*sinθ2；

a3＝L3*sinθ3；

b1＝L1*cosθ1；

b2＝L2*cosθ2；

b3＝L3*cosθ3；

1)当b1≠b2且b1≠b3时：

u3＝-(a1+b1*u2)；

最后带入公式：

当b1＝b2时：

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a2*(b3-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

2)当b1＝b3时：

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a3*(b2-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

3)当b1＝b2＝b3时：

h＝b1＝b2＝b3。

然后通过土工试验相关公式，能够得到待测试样的轴向应变、胀缩率等数据，最后将结果显示于计算机触摸屏上或传送于远程终端。