一种微型全桥触探探头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种微型全桥触探探头，属于±木工程领域中一种新的±层锥尖阻力 和侧壁摩阻力的测试仪器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着国家经济建设的快速发展，静力触探（CPT)技术发挥越来越大的作 用。静力触探的目的在于查明工程地质条件，分析存在的地质问题，做出有效的工程地质评 价。静力触探技术的革命性发展源于上世纪电阻应变微米测试传感技术的出现。通过设 计一组力学电学传感装置，利用压力装置将装有触探头的探杆贯入地层，直接感受±层的 阻力变化，将物理阻力变化转化为电学信号变化，并接收、存储运种电学信号，再利用阻力 值和电学信号的对应关系把电学信号的变化解读为阻力值的变化，其结果可用于确定±的 某些基本物理力学特性，如±的变形模量、±的容许承载力、±的不排水抗剪强度等。我国 于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。近年来，随着传感器技术的快速发 展，出现了许多新的静力触探技术，运些技术能够快速、准确地获得上层的孔隙水压力、地 震波、污染物性状、溫度、甚至影像等。基于上述优点，静力触探技术广泛用于地下±层的勘 察。然而，对于地表下出现的比较薄的±层，如薄的砂层等现象，由于尺寸效应的影响，采用 传统的静力触探探杆所得出的阻力值不够准确，与实际值不符合。随着工程地质的复杂性 及工程勘察的高要求和高标准，小直径静力触探探杆技术应运而生。目前，静力触探技术 主要采用半桥电路技术的传统标准尺寸的探杆。传统静力触探的标准探杆的触探头直径 为35. 7mm，截面积为10cm2。本发明提出一种微型全桥触探探头，触探头直径为20mm，截面 积为3. 14^2,该探头将传统的半桥电路设计为全桥电路，将标准尺寸的探杆设计为微型探 杆，W便测量地表下±层特别是薄±层的锥尖阻力和侧壁摩阻力，满足实际勘察工程的需 要。本发明提出了一种可W更加准确、方便、快速的±层特别是薄±层的锥尖阻力和侧壁摩 阻力的原位测试仪器，为岩±工程实践提供有力的检测工具。
【发明内容】
[0003] 技术问题：本发明要解决的技术问题是针对国内现有静力触探探头的缺陷，提出 一种微型全桥触探探头。
[0004] 技术方案：本发明的一种微型全桥触探探头，该探头分为微型探杆和微型加长杆 两段，在微型探杆上设置了一段微型加长杆，同时在微型加长杆上设置了第一金属锥式电 阻应变片和第二金属锥式电阻应变片组成全桥电路；在微型加长杆顶部设有同轴电缆，同 轴电缆的下部从上至下依次设有模数转换器、第一金属锥式电阻应变片、第二金属锥式电 阻应变片；其中同轴电缆与模数转换器相连，用于传递信号和数据；第一金属锥式电阻应 变片对称设置在微型加长杆的上部外壁上，第二金属锥式电阻应变片对称设置在微型加长 杆的下部外壁上；螺旋位于微型加长杆的底端和微型探杆的顶端，用于连接微型加长杆和 微型探杆；微型探杆的外部设置第Ξ金属锥式电阻应变片与第四金属锥式电阻应变片，最 外部设有侧壁摩擦筒，微型探杆的最下部为圆锥探头；采用第一金属锥式电阻应变片与第Ξ金属锥式电阻应变片组成全桥电路用于测试±层侧壁摩阻力，采用第二金属锥式电阻应 变片与第四金属锥式电阻应变片组成全桥电路用于测试±层锥尖阻力。 阳0化]微型加长杆长度设计为70mm。
[0006] 微型探杆的长度设计为92. 3mm。
[0007]圆锥探头的锥角为60。，直径为20mm，底面积为3. 14cm2。 阳00引侧壁摩擦筒的高度为75mm，其表面积为47. 1cm2。
[0009] 螺旋的高度为15mm。
[0010] 第一金属锥式电阻应变片、第二金属锥式电阻应变片、第Ξ金属锥式电阻应变片、 第四金属锥式电阻应变片的长度为1mm，电阻为120Ω。
[0011] 本发明的一种微型全桥触探探头，测量部分主要由金属锥式电阻应变片、侧壁摩 擦筒、模数转换器、螺旋等及其内部的全桥电路系统组成。微型加长杆的一组对称的金属锥 式电阻应变片与微型探杆的另一组对称的金属锥式电阻应变片组成全桥电路，可测量±层 的锥尖阻力和侧壁摩阻力。实际工程中利用静压装置将本发明的全桥微型探杆压入±层， 压入的速度为Imm/s，压入±层后，探头内部金属锥式电阻应变片可直接感受±层的阻力变 化，各参数经模数转换器转换为数字信号后经同轴电缆传输至地表的微机采集和存储系统 中保存，然后根据理论和经验公式编制计算程序计算±层的锥尖阻力和侧壁摩阻力，绘出 ±层特别是薄±层的实时连续的锥尖阻力和侧壁摩阻力剖面图。
[0012] 有益效果：地表下±层出现比较薄的砂层或其它薄±层时，需要与厚度薄的±层 相对应的测试装备，因此，对此工程地质条件首先需要解决探杆尺寸的问题。同时，传统的 半桥电路的静力触探技术，往往出现对于薄±层的测试结果准确度不高等问题。
[0013] 本发明解决了国内现有的传统尺寸的半桥电路的静力触探杆在评价地表下出现 薄±层时，不能准确、快速地测量锥尖阻力和侧壁摩阻力的缺陷，通过设计具有全桥电路 的微型探头，进行准确、方便、快速地评价地表下±层特别是薄±层的锥尖阻力和侧壁摩阻 力。该微型探头尺寸小，具有准确、方便、快速W及可重复性高、质量控制良好等特点。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的一种微型全桥触探探头；
[0015] 其中有：同轴电缆1、模数转换器2、第一金属锥式电阻应变片3、微型加长杆4、第 二金属锥式电阻应变片5、螺旋6、第Ξ金属锥式电阻应变片7、侧壁摩擦筒8、微型探杆9、第 四金属锥式电阻应变片10、圆锥探头11。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的一种微型全桥触探探头，在微型探杆9上增加了一段微型加长杆4,同时 增加了两组金属锥式电阻应变片组成全桥电路。在微型加长杆4顶部设有同轴电缆1，同轴 电缆1的下部从上至下依次设有模数转换器2、第一金属锥式电阻应变片3、第二金属锥式 电阻应变片5。其中同轴电缆1与模数转换器2相连，用于传递信号和