对可变形物体的外周的代表性变量或变化进行感应测量的装置和方法以及该装置在活门、压力探针或体积扫描方面的用途与流程

1.总体上，本发明涉及一种感应测量装置，其适于测量可变形物体的周长或周长的变化。还涉及该装置对岩土工程领域中的压力测量(pressiometric)或膨胀测量(dilatometric)探针中使用的可充气物体的周长(该物体的膨胀率的范围可从百分之几到百分之几百)的应用，或者对油气、地热或岩土工程领域中使用的诸如可充气的挡块或栓塞的可充气元件的周长进行测量的应用。
2.更具体地，在第一方面中，本发明涉及一种用于测量可变形物体的外周的代表性变量或周长的变化的装置，其中该装置包括电感测量单元。


背景技术：

3.压力测量或膨胀测量试验是在底土中、通常在校准后的钻孔中执行的负载试验，对其进行的分析获得底土的机械性能，例如旁压模量em。在膨胀计的情况下，通过位移传感器来执行膨胀测量；在压力计的情况下，通过为了填充探针而注入的流体的体积推导出膨胀量。
4.为了执行这种测量，通过使用输送单元的输送元件对流体或流体贮存器进行加注而通过增大的压力增量对可经由扩张来变形的物体(此处为可变形隔室)进行加压。针对每个压力增量来测量所注入的流体的体积。
5.在膨胀计的情况下，通过位移传感器来执行膨胀测量；在压力计的情况下，通过为了填充探针而注入的流体的体积推导出膨胀量。
6.然而，这种测量装置不能精确测量。使用膨胀计执行的测量仅在传感器的接触点处(通常为3个)是精确的，并且在某些离散点处存在不允许对地形进行表征的畸变以及局限于百分之几十的膨胀率的畸变，尤其是在地形不均匀(由非均匀材料层组成)的情况下。
7.这个问题的一个解决方案是测量可变形隔室的不同的纵向高度处的周长，一旦该可变形隔室承受压力并且逐渐膨胀，其横截面的周长就会根据其周围的底土材料类型而变化。因此，根据可变形隔室的不同的纵向高度处的周长以及其压力，能够获得特别是将底土的垂直分层考虑在内的精确的底土测量。
8.能够应用用于测量短螺线管或简单导电回路的电感的公式通过测量缠绕圆柱体的导电缆线的电感来估算圆柱体的周长。然而，这种周长计算仅适用于固定的周长，因此不能使用缠绕在定位在底土中的、具有能够基本上大约进行1:3的变化(即，300％的膨胀率)的周长的探针上的导体，因为市面上的导体不具有足够的膨胀率。
9.当测量可变周长时，在电感体积扫描领域中使用通过导电回路测量周长的原理来估算围绕个人或动物的身体部分的周长，或者通常估算对应的横截面。然而，体积扫描中使用的传感器用于膨胀率约为百分之几十的较小的变形，不能测量可达到1:3的周向膨胀率(300％的直径膨胀系数)的主体。
10.us5913830描述了一种通过测量固定于弹力带的电线的电感来测量围绕个人的身体部分的周长的装置，该弹力带自身缠绕在个人的该身体部分上。然而，这种装置不能进行精确的周长测量。另外，这种装置不允许在极大的膨胀范围内进行测量，因为通过这种装置进行的测量的精度随着被测周长增大而降低。事实上，在电感体积扫描中使用的感应带(通常称为“体积扫描带”)中，电线以偏平之字形、正弦形或其他常规的弧形构造跨过弹力带的整个或部分长度被关联(例如缝合或粘接)到弹力带上。通过拉伸时的延伸，弹力带会使导电缆线与其一起延伸，从而消除和整平了导电缆线所形成的弧线(图13)。
11.专利us4308872a公开了一种电感体积扫描装置，其使用在规则的点处固定至弹力带的螺旋形电线。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提出一种用于测量可变形物体的周长或周长的变化的装置，其允许对可变周长进行精确测量，不需要针对多达百分之几百的周向膨胀系数的较宽的范围在不同的测量之间进行调整或重定位。
13.为此目的，本发明涉及一种上述类型的测量装置，其特征在于其还包括被缠绕和设置为形成环绕可变形物体的至少一个线匝的至少一条混合弹性缆索，其中所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索包括第一类型的缆线和第二类型的缆线。
14.其中，针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，第一类型的缆线具有比第二类型的缆线更低的韧性，其中第二类型的缆线具有比第一类型的缆线更低的弹性，其中第二类型的缆线包括导电材料。
15.其中，针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，第二类型的缆线在混合弹性缆索静止时螺旋形地缠绕在第一类型的缆线上。
16.其中，针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，测量单元包括一对测量端子，它们电连接至缆索的两个参考点并适于测量缆索的第二类型的缆线在缆索的两个参考点之间的电感。
17.其中，所述装置还包括计算单元，其电连接至测量单元并且被构造为使用所测得的缆索的第二类型的缆线的电感来针对所述缆索或每条缆索计算代表性变量。
18.这种装置可在较宽的膨胀范围内高精度地测量可变形物体的周长或周长的变化。
19.特别地，这是由于混合缆索可经受极度的延伸并同时保持相同的总体形状，并且在没有残余变形或伸长的情况下返回到其初始位置。
20.特别地，包括导电材料的第二类型的缆线保持被设置为螺旋管形状，其中该螺旋管基本上保持相同的直径。
21.所述装置允许在比值多达1:3的直径膨胀范围内进行测量，而不会损害测量的精度或质量。
22.针对可变形物体的周长的测量，当该物体具有圆形横截面并且直径约为10-1000毫米时，测量精度小于几百微米，即，小于0.1％的精度。
23.此外，混合缆索可经受每个周期都具有百分之几百的直径膨胀率的大量的伸缩周期而不会损坏，特别是不会对第二次的缆线布置产生任何干扰。在收缩时，更具弹性的第一类型的缆线以有序的方式使第二类型的缆线返回到其初始构造。
24.因此，所述测量装置实现了良好的测量可重复性，而不会对精度产生任何损害。
25.所述装置极易使用，特别是因为其依赖于使用混合缆索端子进行电感测量的现有技术(通常称为“电感计”)。
26.此外，混合缆索具有较低的延伸阻力。高延伸阻力会干扰测量。
27.us4308872a的感应带不能在损害螺旋形缆线的几何形状的情况下进行精确且大幅度的测量，因此干扰了重复的测量。迄今为止，不再使用该装置。
28.在本发明中，所述混合缆线的静止几何形状不会在周期性应力的情况下受损，并且该混合缆线不需要与弹力带进行关联。
29.在特定的实施方式中，所述测量装置包括单独地或以任何技术上可行的组合考虑的一个或多个以下特征：
[0030]-可变形物体在所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索的水平处包括基本上圆形的横截面，并且计算单元被构造为使用测量单元测得的电感与代表性变量之间的线性关系来计算缆索的代表性变量；
[0031]-当完全伸长时，混合缆索为第一类型的缆线针对混合缆索的每延米在第二类型的缆线上螺旋形地缠绕的匝数在n
se-15％与n
se
+15％之间的构造，其中n
se
根据第一类型的缆线的直径、第二类型的缆线的直径以及预定的最大伸长率基于以下公式来确定：
[0032][0033]
其中是第一类型的缆线静止时的以毫米计的直径，是第二类型的缆线的以毫米计的直径，并且k
max
是以百分数计的预定的最大伸长率；
[0034]-第一类型的缆线在其自身上扭转特定数量的线匝，其中线匝在与第一类型的缆线围绕第二类型的缆线形成的螺旋形的线匝相反的方向上缠绕，其中线匝在最大伸长率下针对混合缆索的每延米的匝数在n
se
与3
×nse
之间，优选在n
se
与2
×nse
之间；
[0035]-每个测量值都具有小于0.1％的精度；
[0036]-针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，混合弹性缆索的参考点相对于彼此固定。
[0037]
在第二方面中，本发明涉及一种用于测量可变形物体的周长的代表性变量或周长的变化的方法，其中该方法包括以下步骤：
[0038]-设置围绕可变形物体缠绕形成至少一个线匝的至少一条混合弹性缆索，其中所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索包括第一类型的缆线和第二类型的缆线，
[0039]
其中，针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，第一类型的缆线具有比第二类型的缆线更低的韧性，其中第二类型的缆线具有比第一类型的缆线更低的弹性，其中第二类型的缆线包括导电材料，
[0040]
其中，针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，第二类型的缆线在混合弹性缆索静止时螺旋形地缠绕在第一类型的缆线上，
[0041]-测量缆索的第二类型的缆线在混合弹性缆索的两个参考点之间的电感；
[0042]-针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，使用所测得的缆索的第二类型的缆线的电感来计算在缆索的水平处的代表性变量。
[0043]
在特定的实施方式中，所述测量方法包括单独地或以任何技术上可行的组合考虑的一个或多个以下特征：
[0044]-可变形物体在所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索的水平处包括基本上圆形的横截面，其中在计算步骤中使用测量单元测得的电感与代表性变量之间的线性关系来计算缆索的代表性变量；
[0045]-针对所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索，混合弹性缆索的每个参考点都在可变形物体上保持在固定位置；
[0046]-第一类型的缆线具有静止直径第二类型的缆线具有直径并且可变形物体在所述缆索或每条缆索(52)的水平处具有静止周长pe，使得
[0047]
在第三方面中，本发明还涉及一种通过对底土加压来进行测量的装置，其包括：
[0048]-用于插入到底土的钻孔中的至少一个探针，其中探针包括可变形隔室；以及
[0049]-输送单元，其被构造为将流体引入到可变形隔室中，
[0050]
其特征在于，其还包括用于测量可变形隔室的周长的代表性变量或周长的变化的装置，其中该测量装置具有上述的特征，其中装置的所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索围绕探针的可变形隔室缠绕并形成至少一个线匝。
[0051]
在特定的实施方式中，测量装置包括在可变形隔室上在不同的预定的纵向高度处分布的多条混合弹性缆索。
[0052]
在第四方面中，本发明还涉及一种装置对可充气的挡块或栓塞的周长进行测量或对挡块或栓塞的膨胀进行控制的用途，其中该测量装置具有上述的特征，其中装置的所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索围绕挡块或栓塞缠绕并形成至少一个线匝。
[0053]
在第五方面中，本发明还涉及一种上述的测量装置在电感体积扫描领域中对个人或生物的身体部分的周长或身体部分的周长的变化进行测量的用途，其中该测量装置具有上述的特征，其中装置的所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索围绕身体部分缠绕并形成至少一个线匝，其中身体部分例如是躯干或腹部。
附图说明
[0054]
将从参考附图仅通过举例的方式提供的以下详细说明中得出本发明的其他的特征和优点，附图示出：
[0055]
图1是根据本发明的测量装置的简化的示意图，其围绕可变形物体安装；
[0056]
图2是可变形物体膨胀后的与图1类似的视图；
[0057]
图3是图1的装置的混合弹性缆索静止时的纵向剖视图；
[0058]
图4是图3的混合弹性缆索在最大膨胀率k
max
时的示意性侧向和纵向剖视图；
[0059]
图5-8是在不同的试验状态下通过图1的测量单元根据图1的可变形物体的直径测得的混合弹性缆索的电感的曲线图；
[0060]
图9是配备有图1的测量装置的膨胀测量探针的示意图；
[0061]
图10是示出了根据本发明的测量装置在电感体积扫描领域中的使用的示意图；
[0062]
图11示出了通过压缩土壤或岩石样本来进行测量的装置，其特别是包括根据本发明的测量装置；
[0063]
图12是示出了使用根据本发明的测量装置来测量可充气的挡块或栓塞的示意图；
并且
[0064]
图13示出了两种现有技术电感体积扫描带的静止和拉伸状态，一种具有正弦形导电缆线并且另一种具有之字形导电缆线。
具体实施方式
[0065]
图1-4中示出的测量装置50用于测量可变形物体22的周长或周长的变化(膨胀)。
[0066]
其适于在对底土15加压的测量装置10中使用，示意性地在图9中示出。
[0067]
其还适用于测量可充气的挡块或栓塞的周长或对挡块或栓塞的膨胀进行控制，如图12所示。
[0068]
其还可用于任何其他的领域，以测量任何其他的可变形物体的周长或膨胀。
[0069]
例如，其可良好地适用于电感体积扫描领域，如图10所示，例如用于测量个人或动物的身体部分的周长或膨胀。例如，该身体部分可以是躯干、手臂、大腿等等。
[0070]
同样，其适用于土壤或岩石样本上的简单或三轴压缩试验中的测量，如图11所示。
[0071]“可变形物体”在这里是指任何无生命或有生命的主体，其周长能够自主地或在外力作用下发生改变。
[0072]
更具体地，装置50用于测量可变形物体22的周长的代表性变量。例如，该变量可以是可变形物体的周长自身。在一种变型中，在物体具有圆形横截面的情况下，其用于测量其直径或半径。在另一种变型中，其测量可变形物体22的周长的变化的代表性变量，即，可变形物体22的膨胀。在这种情况下，该装置测量物体的周长、直径或半径的变化。
[0073]
装置50包括至少一条具有预定长度的卷曲的混合弹性缆索52，其在预定的纵向高度处围绕可变形物体22形成至少一个线匝。
[0074]
所述/每条混合弹性缆索52在可变形物体22上形成特定的匝数，通常为1-10匝，但该数量可超过10。
[0075]
测量的精度随着线匝数而提高，并且在线匝紧密时、即邻近时提高。
[0076]
在图1和2中，可变形物体22是圆柱体。在一种变型中，其具有允许混合缆索缠绕在物体22上的任何其他形状。
[0077]
根据本发明的装置50还包括：电感测量单元54，其经由一对或多对测量端子56电连接至每条缆索52的一对参考点58；以及计算单元60，其电连接至测量单元54。
[0078]
例如，缆索52的参考点58对应于缆索52的端部。
[0079]
优选地，每条缆索52的参考点58在可变形物体22上处于固定位置。混合弹性缆索的参考点58相对于彼此固定。换句话说，每条缆索52的参考点58之间的距离基本上不会随着可变形物体22变形而改变。
[0080]
图3是被包括在装置50中的混合弹性缆索52静止时的示意性纵向剖视图。
[0081]
缆索52包括第一类型的缆线64(“高弹性缆线”)和第二类型的缆线66(“高韧性缆线”)。
[0082]
高弹性缆线64比高韧性缆线66具有更低的韧性，并且高韧性缆线66比高弹性缆线64具有更低的弹性。
[0083]
在图1-4中，缆线64和66的横截面并没有相对于可变形物体的尺寸等比例画出。
[0084]
当混合弹性缆索静止时，缆线66螺旋形地缠绕在缆线64上，如图3所示。随着缆线
52拉伸，缆线64和66的相对位置颠倒，达到从最大伸长率k
max
开始缆线64螺旋形地缠绕在伸长的缆线66上的构造，如图4所示。
[0085]
因此，当静止时，高韧性缆线66形成具有纵向轴线的圆环形螺旋管。随着其拉伸，该螺旋管的线匝移动得越来越远地间隔，并且线匝的半径减小。
[0086]
高弹性缆线64可从以下的缆线组合中选择：诸如聚氨酯缆线的弹性体缆线、弹性纤维缆线或它们的组合。
[0087]
高韧性缆线66包括导电材料。
[0088]
例如，缆线66包括涂覆有导电材料的缆线。
[0089]
在一种变型中，缆线66包括涂覆有导电材料的缆线，其内衬有从以下组合中选择的缆线：例如棉、亚麻或大麻的天然纤维、玻璃纤维、碳纤维纱、诸如芳纶、对位芳纶、聚酯、聚丙烯、聚酰胺、芳纶的有机纤维或它们的组合。所选择的缆线和经涂覆的缆线彼此缠绕为双螺旋形，从而形成高韧性缆线66。
[0090]
优选地，缆线66和缆线64具有大于或等于10000的弹性模量比。
[0091]
在本发明的一个特定的示例性实施方式中，高弹性缆线64包括具有等于约2兆帕的纵向弹性模量的缆线。高韧性缆线66包括例如内衬有以品牌销售的1600dtex芳纶缆线的覆铜缆线，其具有等于约30000兆帕的纵向弹性模量。
[0092]
例如，混合弹性缆索52是申请wo2013/110731中描述的类型。
[0093]
在这个例子中，当完全伸长时，混合缆索为高弹性缆线针对混合缆索的每延米在高韧性缆线上螺旋形地缠绕的匝数在n
se-15％与n
se
+15％之间的构造，n
se
根据高弹性缆线的直径、高韧性缆线的直径以及预定的最大伸长率基于以下公式来确定：
[0094][0095]
其中是高弹性缆线静止时的直径(以毫米计)，是高韧性缆线的直径(以毫米计)，并且k
max
是以百分数计的预定的最大伸长率。
[0096]
此外，高弹性缆线在其自身上扭转特定数量的线匝，其中该线匝在与高弹性缆线围绕高韧性缆线形成的螺旋形的线匝相反的方向上缠绕，其在混合缆索从完全延伸构造返回到静止构造时促进了高韧性缆线在高弹性缆线上的缠绕。
[0097]
线匝在最大伸长率下针对缆索的每延米的匝数在n
se
与3
×nse
之间，优选在n
se
与2
×nse
之间。
[0098]
高弹性缆线的螺旋形状以及其在混合缆索放松返回到静止构造时的变形对高韧性缆线进行引导，允许其以有序的方式将其自身围绕高弹性缆线进行定位。
[0099]
遵守混合缆索完全伸长时高弹性缆线的线匝的匝数和高弹性缆线的线匝数量方面的上述规定允许生产在百分之零至几百的伸长率范围内具有良好表现的混合缆索。例如，混合缆索的预定的最大伸长率可以在100与400％之间。例如，上限可以通过可在静止时被放置在高弹性缆线上的高韧性缆线的相邻的线匝的数量来限定。
[0100]
有利地，第一类型的缆线具有静止直径并且第二类型的缆线具有直径使得其中pe是可变形物体在所述混合弹性缆索或每条混合弹性缆索的
水平处的静止周长。发明人认为这种尺寸比有助于获得精度提高的测量。
[0101]
换句话说，混合弹性缆索的直径与可变形物体的周长之间的比值小于10*π。
[0102]“静止周长”指的是可变形物体在所考虑的测量范围内的最小周长。
[0103]
在一种变型中，缆索52不是申请wo2013/110731中描述的类型，而相反地是任何其他合适的类型。
[0104]
测量单元54适于针对每个缆索52测量混合弹性缆索52的缆线66在缆索52的两个参考点58之间的电感。
[0105]
例如，测量单元54例如是本领域技术人员公知的电感计。
[0106]
电感计例如可以是keysight u1733c型商用万用表或siborg lcr读取器或任何其他等同的型号。
[0107]
测量单元54还适于将测得的每个电感发送给计算单元60。
[0108]
针对每条混合弹性缆索52，计算单元60被构造为使用所测得的混合弹性缆索的高韧性缆线66的电感来计算可变形物体22在缆索52的预定水平处的周长的代表性变量或周长的变化。
[0109]
进行的试验表明缆索52的高韧性缆线66的电感、更具体地通过测量单元54在混合弹性缆索52的参考点58之间测得的电感与可变形物体22在缆索52的纵向高度处的周长成正比。更确切地说，其以线性的方式随着可变形物体22在缆索52的纵向高度处的周长而变化。这在图5-8中示出。
[0110]
图5中的曲线是使用包括在圆柱形可变形隔室22上缠绕形成3个线匝的单条混合弹性缆索52的测量装置50进行测量获得的。针对在65与95毫米之间变化的可变形隔室22的直径执行电感测量。
[0111]
图6中的曲线是使用包括各自在圆柱形可变形隔室22上缠绕形成3个线匝的三条混合弹性缆索52(曲线l1、l2和l3)的测量装置50进行测量获得的。线匝是邻近的。混合缆索在轴向上设置在隔室的3个不同的水平处。
[0112]
第一类型的缆线(高弹性)的静止直径为0.63毫米。第二类型的缆线(高韧性)的直径为0.4毫米。该缆线是包括9个线股的多股铜缆线。预定的最大伸长率k
max
是170％。第二类型的缆线在静止时围绕第一类型的缆线的每延米的匝数n
se
为750匝/米。
[0113]
针对周长在19与29厘米之间变化、即伸长率为150％的可变形隔室22执行电感测量。通过使可变形隔室膨胀并随后收缩来执行试验。
[0114]
图7中的曲线是使用包括在圆柱形可变隔室22上缠绕形成3个线匝的单条混合弹性缆索52的测量装置50进行测量获得的。线匝是邻近的。
[0115]
第一类型的缆线(高弹性)的静止直径为0.63毫米。第二类型的缆线(高韧性)的直径为0.4毫米。该缆线是包括9个线股的多股铜缆线。预定的最大伸长率k
max
是300％。第二类型的缆线在静止时围绕第一类型的缆线的每延米的匝数n
se
为1200匝/米。
[0116]
针对周长在35与98厘米之间变化、即伸长率为277％的可变形隔室22执行电感测量。
[0117]
图8中的曲线是使用包括在圆柱形可变隔室22上缠绕形成9个线匝的单条混合弹性缆索52的测量装置50进行测量获得的。针对周长在19与26厘米之间变化、即伸长率为
137％的可变形隔室22执行电感测量。线匝是邻近的。
[0118]
第一类型的缆线(高弹性)的静止直径为0.63毫米。第二类型的缆线(高韧性)的直径为0.4毫米。该缆线是包括9个线股的多股铜缆线。预定的最大伸长率k
max
是170％。第二类型的缆线在静止时围绕第一类型的缆线的每延米的匝数n
se
为750匝/米。
[0119]
在所有的情况下，观察测得的电感与可变形隔室的周长之间的线性关系。决定系数r2在所有情况下都大于99.98％。
[0120]
同样，在可变形物体22在预定高度处具有基本上圆形的横截面时，测量单元54在缆索52的参考点58之间测得的电感以线性的方式随着其直径而变化。
[0121]
其与缆索52的缆线66的电感成正比，更具体地与测量单元54在混合弹性缆索52的参考点58之间测得的电感成正比。
[0122]
如此，计算单元60随后被构造为使用测量单元54测得的电感与代表性变量之间的线性关系来计算每个混合弹性缆索52的代表性变量。该线性关系对应于缆索52的预定的特征线。特征线对应于表示根据周长而测得的电感的线。
[0123]
该特征线在先前的校准步骤期间使用具有校准后的横截面的管来确定。这提供了十分优良的测量精度。
[0124]
有利地，当可变形物体22在预定的高度处基本上为圆形时，针对每个混合弹性缆索52，计算单元60被构造为例如通过表示根据直径而测得的电感的预定的特征线根据被测的混合弹性缆索52的高韧性缆线66的电感来计算可变形物体22的直径。
[0125]
在图1中，可变形物体22具有第一周长。混合弹性缆索52具有第一伸长量。高韧性缆线66是具有闭合轮廓并且周长与可变形物体相同的螺线管形状。其形成通过第一距离间隔开的线匝。
[0126]
在图2中，可变形物体22经历了膨胀。混合弹性缆索52具有比第一伸长量更大的第二伸长量。高韧性缆线66保持具有闭合轮廓并且周长与可变形物体相同的螺线管形状。缆线的线匝通过比第一距离更大的第二距离间隔开。
[0127]
因此，测量装置50的缆索52的伸长量根据可变形物体22在缆索52的预定的纵向高度处的周长而变化。缆线66的形状也根据可变形隔室22的周长而变化。缆线66所形成的螺线管的直径随着可变形物体22的周长而增大。这是通过线匝远离彼此移动而实现的。缆线66的电感基本上是螺线管的周长的函数，螺线管的周长跟随可变形隔室22的周长。
[0128]
由于混合弹性缆索能够很大程度地伸长，因此能够在周长的系数至少高达1:3的较宽的膨胀值范围内执行测量，而不会损失测量精度。当前市售的用于电感体积扫描的测量传感器(通常称为体积扫描带)仅在通常为15-40％的小得多的膨胀值范围内工作，并且更大的伸长率下的反复循环的应力会损害传感器并因此损害测量的质量。
[0129]
事实上，本发明所使用的混合缆索类似于具有最大达到预定的最大伸长量的恒定的弹性的弹力缆线，并且除此之外，当达到了预定的伸长量时，其表现为高韧性缆线，具有十分小的伸长量和较大的断裂强度。
[0130]
本发明所使用的在可变形物体上缠绕并形成至少一个线匝的混合缆索因此被设计和选择为使得其仅在其弹性范围内进行操作，因此在整个预期测量范围内提供十分低的阻力并且避免了对可变形物体的膨胀产生阻力。为此目的，将混合缆索设计为其最大伸长能力大于被测的可变形物体的最大膨胀系数就足够了；这对于多达1:3以上的可变形物体
的膨胀系数来说都是可行的。
[0131]
在具有基本上圆形的静止横截面以及200毫米的直径的可充气主体上进行的其中一种实验操作中，发现周长测量中的不确定性主要是由于电感测量单元54而产生的。因此，当测量单元54适于提供具有小于10纳亨(nh)的精度的电感测量时，能够确定测量装置50执行的每个直径测量都具有小于100微米的精度。
[0132]
这些测量可在不会损失任何精度的情况下再现。
[0133]
在图5的曲线中，10纳亨的测量误差对应于周长的225微米的测量误差，即，75微米的直径测量误差。
[0134]
在不受这种理论约束的情况下，发明人认为以下因素有利于这种良好的精度：
[0135]-混合缆索可经受多个伸长/收缩循环，而不会对高韧性缆线、即导电缆线的布置产生任何损害；
[0136]-混合缆索在其十分小的伸长阻力的范围内进行操作，其中导电缆线不会经受过大的机械应力；
[0137]-混合缆索的电感严格地是导电缆线所形成的环面的周长的函数，该周长精确地跟随可变形物体的周长；
[0138]-将导电缆线的直径(或者第一类型的缆线的直径与第二类型的缆线的直径之和)选择为比可变形物体的直径小得多；
[0139]-参考点相对于彼此固定，从而避免测量单元自身的端子所形成的回路(电感计)导致的任何可变寄生电感；
[0140]-针对围绕可变形物体具有较少的匝数的混合缆索来说电感与周长之间的关系不考虑混合缆索的匝数而保持线性，其中最大匝数被选择为使得缠绕的混合缆索的第一个线匝与最后一个线匝之间的纵向距离(沿着可变形物体)保持小于可变形物体的静止直径；
[0141]-在参考点处测得的电感值与混合缆索的每延米的(第二类型的缆线围绕第一类型的缆线的)匝数无关。
[0142]
装置50对于在各种各样的可变形物体22上操作来说是特别简单的。
[0143]
虽然并非是必不可少的，但是混合缆索还可安装在弹性护套上，该护套随后围绕可变形物体被拧紧。在这种情况下，混合缆索和弹性护套需要被胶粘或缝合在一起。
[0144]
现在将参考图9-12描述多种应用。
[0145]
图9所示的测量装置10是分别用于膨胀测量试验或压力测量试验的膨胀测量装置或压力测量装置。
[0146]
例如，装置10是符合nfp 94-110-1标准的m
é
nard压力测量装置。
[0147]
装置10包括探针20，其用于插入到底土15中的纵向钻孔18中。在图9的例子中，探针20包括具有中央纵向轴线的可通过注入流体而变形的管状的隔室22。该可变形隔室构成了本发明的含义内的可变形物体。
[0148]
例如，探针可以是压力测量探针。
[0149]
针对这种应用，混合缆索可有利地覆盖有例如由弹性体制成的保护套，从而避免与土地直接接触。
[0150]
举例来说，底土15包括位于两个第二类型材料层26之间的第一类型材料层28。
[0151]
例如，根据本发明的装置10的探针20是符合nfp 91-110-1标准的m
é
nard探针，有
利的是具有柔性护套的fc 60francis cour。
[0152]
fc 60francis cour探针例如在申请人的专利fr3009841和fr2910047中进行了描述。
[0153]
装置10还包括输送单元34，例如泵，其被构造为将流体引入到可变形隔室22中。
[0154]
通常，流体是不可压缩流体，例如水。在一种变型中，流体是气体。
[0155]
根据本发明的装置10还包括测量装置50。其被构造为测量可变形物体22(此处是可变形隔室)在可变形物体22上的至少一个预定的纵向高度处的周长的代表性变量或周长的变化。
[0156]
有利地，装置50被构造为测量可变形物体22(此处是可变形隔室)上的多个预定的纵向高度处的代表性变量。
[0157]
在这种情况下，针对所述预定的纵向高度或每个预定的纵向高度，装置50包括一条混合弹性缆索52，其在该预定的纵向高度处围绕可变形物体22缠绕并形成至少一个线匝。
[0158]
举例来说，图9的装置50包括两条缆索52。
[0159]
在其他的实施方式中，装置50包括3条或4条缆索52，或者4条以上的缆索52。
[0160]
每条缆索52的成对的参考点58都电连接至电感测量单元54。
[0161]
每条混合弹性缆索52都在可变形物体22上缠绕特定的匝数，通常为1-10匝，但该数量可超过10。
[0162]
用于形成第二类型的缆线的导体还可有利地被选择为使得它们是柔性的，例如漆包多股导体。
[0163]
护套是螺接在可变形隔室22上的套管，并且至少覆盖覆有混合缆索的隔室的全部长度。
[0164]
每条混合缆索都连接至探针附近的电子器件外壳，探针同时地或一个接一个地测量每条导电缆线的电感并且将测得的电感值发送至地面(通过无线连接部、电缆或光纤)。测量结果在地面上进行显示和/或记录。
[0165]
探针可通过例如由柔性体制成(未示出)的柔性护套来保护，以避免混合缆索与土地之间的直接接触，从而避免它们发生损坏。
[0166]
探针还配备有压力传感器(未示出)，其直接测量可变形隔室中的压力或允许从地面上对可变形隔室进行供应的管道中的压力。记录和显示系统随后允许描绘出与所测得的压力和探针在每个水平处的直径关联的曲线。
[0167]
现在将参考底土加压试验的例子来描述装置10的操作。
[0168]
首先，将探针20插入到底土15中的钻孔18中，从而将探针20定位在预定的深度(测量点)。
[0169]
通常沿着钻孔18在不同的深度处执行压力测量/膨胀测量试验。
[0170]
可变形隔室22通过使用输送单元34引入流体而被加压到增大的压力水平。
[0171]
例如，在逐渐增大的压力水平下执行加压。
[0172]
可变形隔室22内的压力例如可从1巴变化到500巴。
[0173]
可变形隔室22的直径根据压力水平和底土15的材料类型而变化。
[0174]
测量装置50的每条缆索52的伸长量根据可变形隔室22在缆索52上的预定的纵向
高度处的周长而变化。高韧性缆线66的电感根据可变形隔室22的周长而变化。
[0175]
随后，测量单元54测量每条缆索52的缆线66的电感并且将其发送至计算单元60；随后，计算单元60例如通过缆索52的特征线根据所测得的缆线66的电感来计算相应的缆索52的代表性变量。
[0176]
每条混合缆索的电感与所考虑的代表性变量之间的关系(其预先通过针对每条混合缆索进行的校准建立)允许实时地显示(并且在需要时记录)可变形隔室的直径随着其膨胀和收缩而在其每个水平处的发展。
[0177]
上述的步骤针对每个压力水平不断地重复。
[0178]
在压力测量试验的情况下，随后通过在横轴上表示出在可变形隔室22中测得的压力并且在纵轴上表示出直径在压力测量试验期间的变化来得到压力测量曲线或膨胀曲线。
[0179]
随后对该曲线进行分析，以确定底土15的机械性能。
[0180]
通常，探针20随后在钻孔18内垂直地位移从而被定位在下一个测量点的水平处，并且重复方法的步骤。
[0181]
有利地，本发明包括在将探针20插入到钻孔18中之前对计算单元60进行校准的步骤。在这个步骤中，输送单元36将流体从流体贮存器30注入到可变形隔室22中，直到隔室22达到预定的直径为止。测量单元54随后针对每条混合弹性缆索52测量对应的电感。
[0182]
该操作针对不同的直径执行。针对每条混合弹性缆索52，通过在横轴上表示出代表性变量(例如，可变形隔室22的直径)并且在纵轴上表示出所测得的电感来获得缆索52的特征曲线。这种曲线在图5中示出。例如，计算单元60可针对每条缆索52执行线性回归来获得缆索52的特征线，从而允许根据所测得的电感来计算对应的代表性变量。
[0183]
对诸如探针在其膨胀期间在不同水平处的直径的代表性变量进行测量的意义在于检测非均匀的膨胀，这会产生非均质土壤，其土层在不同的水平处提供不同的阻力水平。
[0184]
当前市售的探针不允许在不同的水平处执行这些测量，因此在高度非均质的土壤内膨胀时易于发生损坏或者给出不准确的土壤阻力测量结果。
[0185]
举例来说，图1中的探针20被定位在其中一个土层26与土层28重叠的深度处。探针20的可变形隔室22随后包括与其中一个土层26接触的部分以及与土层28接触的另一个部分。装置50的两条混合弹性缆索52中的第一条在与土层26接触的部分的水平处缠绕在可变形隔室22上，并且两条缆索52中的第二条在与土层28接触的部分的水平处缠绕在隔室22上。
[0186]
在图1的例子中，可变形隔室22的与土层26接触的部分比隔室22的与土层28接触的部分具有更小的直径。针对两条缆索52中的第一条测得的电感因此将会小于针对两条缆索52中的第二条测得的电感，这转变为土层26和28的不同的物理性能。
[0187]
因此，应理解的是，通过增加分布在可变形隔室22上的装置50的缆索52的数量，能够获得与隔室22接触的底土15的物理性能方面的更好的信息，特别是在底土15包括不同材料类型的多个土层的情况下。
[0188]
因此，根据本发明的装置50允许以精确且简单的方式测量诸如可变形隔室22在不同的纵向高度处的周长或直径的代表性变量的测量，其中该代表性变量可根据引入到隔室22中的流体的质量而变化。
[0189]
最后，根据本发明的装置50允许在不需要在不同的测量之间进行调整或重定位的
情况下测量可变形隔室22的代表性变量。
[0190]
现在将参考图10描述装置50的应用的第二个例子。
[0191]
在这个例子中，装置50在电感体积扫描领域用于测量个人70或任何其他的生物的身体部分的周长。例如，装置50用于测量围绕个人70的躯干的周长，如图10所示。
[0192]
在这种使用情况下，装置50是上文所述的那样。可变形物体22对应于个人70的身体部分。装置50因此包括缠绕在个人70的躯干上并且在至少一个预定的高度处围绕个人70的躯干形成至少一个线匝的至少一条混合弹性缆索52。
[0193]
举例来说，图10的装置50包括两条缆索52。例如，一条缆索52位于个人70的胸腔的水平处，并且另一条位于他们腹部的水平处。
[0194]
当以这种方式使用装置50时，测量单元54测量每条缆索52的高韧性缆线66的电感并将其发送给计算单元60；随后，计算单元60使用对应的电感读数来计算个人70的躯干在每条缆索52的水平处的周长。
[0195]
在一种未示出的变型中，装置50用于测量手臂或腿部的周长。
[0196]
装置50因此允许精确地监测个人的身体部分随时间变化的周长，而不同在测量之间对其进行调整或重定位。
[0197]
装置50因此允许在极大的周长范围内并且针对大量的直径来精确地测量个人的身体部分的周长。
[0198]
现在将参考图11描述装置50的应用的第三个例子。
[0199]
在这个例子中，装置50用于土壤或岩石样本105上的简单或三轴压缩试验中的测量，以测量土壤或岩石样本105的周长。
[0200]
图11示出了用于测量样本105的三轴压缩装置100。
[0201]
装置100包括适于容纳流体115的腔室110，其中样本105位于腔室110内。
[0202]
有利地，装置100包括位于腔室110内且容纳样本105的隔膜120。
[0203]
装置100还包括被构造为在样本105上施加特定压力下的轴向力的柱塞125。
[0204]
装置100还包括被构造为测量样本105的周长的测量装置50。
[0205]
在这种使用情况下，装置50是上文所述的那样。可变形物体22对应于样本105。装置50因此包括缠绕在样本105上并且在至少一个预定的高度处围绕样本105形成至少一个线匝的至少一条混合弹性缆索52。举例来说，其包括三条混合弹性缆索52。
[0206]
当装置100包括隔膜120时，至少一条缆索52缠绕在隔膜120上。
[0207]
为了清楚起见，图11仅示出了装置50的缆索52。
[0208]
有利地，样本105是圆柱体，并且至少一条混合弹性缆索52围绕样本105的轴线进行缠绕。
[0209]
例如，腔室110可以是圆柱形，样本105的轴线因此与腔室110的轴线对齐并且柱塞125被构造为沿着样本105的轴线施加轴向力。
[0210]
针对柱塞125在样本105上施加的不同的特定压力水平来围绕样本105执行周长测量，从而根据施加在样本105上的特定压力来获得样本105的压缩的压力测量曲线。随后对该曲线进行分析，以确定样本105的机械性能。
[0211]
现在将参考图12描述装置50的应用的第四个例子。
[0212]
在这个例子中，装置50用于测量可充气的挡块或栓塞130的周长或控制挡块或栓
塞130的膨胀。
[0213]
可充气的挡块130具有与上述的压力测量探针20相同的总体结构。其通常在油气、地热或岩土工程领域中用于密封钻井或钻孔28。
[0214]
可充气的挡块130包括可通过注入流体而变形的采取具有中央纵向轴线的管的形式的隔室132。该可变形隔室构成了本发明的含义内的可变形物体。
[0215]
装置50是上文所述的类型。其包括缠绕在可充气的挡块130上的至少一条混合弹性缆索52。通常，其包括在不同的预定纵向高度处缠绕在可变形隔室132上并且围绕可变形隔室132形成至少一个线匝的多条缆索52。
[0216]
对可充气的挡块或栓塞的膨胀进行控制特别是用于避免挡块或栓塞的过度膨胀而导致的爆裂。
[0217]
本发明还涉及一种用于测量可变形物体22的周长的代表性变量或周长的变化的方法，其中该方法包括以下步骤：
[0218]-设置围绕可变形物体22缠绕形成至少一个线匝的至少一条混合弹性缆索52，其中所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52包括第一类型的缆线64和第二类型的缆线66，
[0219]
其中，针对所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52，第一类型的缆线64具有比第二类型的缆线66更低的韧性，其中第二类型的缆线66具有比第一类型的缆线64更低的弹性，其中第二类型的缆线66包括导电材料，
[0220]
其中，针对所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52，第二类型的缆线66在混合弹性缆索52静止时螺旋形地缠绕在第一类型的缆线64上；
[0221]-测量缆索52的第二类型的缆线66在缆索52的两个参考点58之间的电感；
[0222]-针对所述缆索52或每条缆索52，使用所测得的缆索52的第二类型的缆线66的电感来计算在缆索52的水平处的代表性变量。
[0223]
该方法特别适于与上述的测量装置一起使用。反过来，所述测量装置尤其被设计为用于执行所述方法。
[0224]
特别地，所述方法可应用于上述的四种使用情况：通过对底土加压而进行测量、测量可充气的挡块或栓塞的周长、电感体积扫描、土壤或岩石样本上的简单或三轴压缩试验。
[0225]
测得的代表性变量是上文所述的那样。
[0226]
混合弹性缆索是上文所述的那样。
[0227]
特别地，第一类型的缆线具有静止直径并且第二类型的缆线具有直径使得其中pe是可变形物体在所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52的水平处的静止周长。
[0228]
如上所述那样执行电感测量。
[0229]
可变形物体是上文所述的那样。
[0230]
特别地，当可变形物体22在所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52的高度处具有基本上圆形的横截面时，针对缆索52在计算步骤中使用测量单元54所测得的电感与代表性变量之间的线性关系来计算代表性变量。
[0231]
该线性关系是上文所述的那样。
[0232]
有利地，针对所述混合弹性缆索52或每条混合弹性缆索52，混合弹性缆索的每个
参考点58都在可变形物体22上保持在固定位置。