专利名称：岩土材料微观结构自动跟踪测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试系统，特别涉及一种岩土材料微观结构的光学自动跟 踪测试仪。
背景技术：
岩土材料在工程环境下所表现出来的众多且复杂的工程特性和现象，都与其内 部微观结构的形态有关。因此，研究和观测岩土材料微观结构就成为必要。目前，对岩 土微细结构的研究和观测已经从定性分析转入了定量分析阶段。对岩土微细结构即结构 要素包括颗粒大小、形状，颗粒定向性，孔隙大小、形状，粒间联结方式等，进行量化 分析。目前，对岩土力学微细结构变化的研究的试验手段主要有直接手段包括压汞、 气体吸附等和间接手段包括电弥散法、渗透性法和声波法等、还有岩土力学微观结构光 学测试系统。直接法和间接法无法得到土体在荷载作用下微观颗粒的实际变形和位移信 息，只能从统计信息上得到土体微观结构在不同荷载下的变化趋势，无法在土体微观结 构的真实演变的基础上建立土颗粒的受力模型及本构关系。而岩土力学微观结构光学测 试系统虽然能解决以上所论述的问题，但其三维控制台是纯机械调节，精度较低，操作 复杂，加载系统是通过手摇涡轮蜗杆对试样施加轴向荷载的，人为因素参与较多，测试 精确性和稳定性较差，无法达到岩土材料微结构试验准确采集宏观应力、应变信息的需 要。
发明内容发明目的本实用新型将解决上述技术问题，提供一种测试精确度高和稳定性 好的岩土材料微观结构自动跟踪测试仪。技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案一种岩土材料微观结构自动跟踪测试仪，包括加载系统、三维控制平台和图像 采集装置，其中，所述的加载系统包括加载装置、挤压装置，所述的加载装置包括施加 轴向力的液压系统和施加径向力的高压气管；挤压装置包括与液压系统相连的轴向加载 头，还包括与高压气管相连的径向加载气囊；其特征在于所述的轴向加载头、径向加 载气囊上设有传感装置，传感装置通过数据采集卡与控制系统连接；所述的液压系统、 高压气管也与控制系统连接；图像采集装置通过数据采集卡与控制系统连接；三维控制 平台依次通过控制台驱动器、控制卡与控制系统连接。其中，所述的图像采集装置包括长距离显微镜、CCD摄像机。其中，所述的传感装置包括轴向传感器和径向传感器。有益效果本实用新型在原有的岩土力学微观结构光学测试系统的基础上对三 维控制平台的驱动系统进行了改进，并增加了相应所需的软件，使其能在计算机的监控 下对岩土材料的微细结构进行自动跟踪采集，避免了三维控制台纯机械调节，增强了测试精度，使操作更为简易；同时加载系统可通过计算机控制对试样施加荷载，减少了人 为因素，使测试更为精确和稳定，进而更为准确的采集岩土材料微结构的宏观应力、应
变fe息。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为试样室的结构示意图。图3为图2的A-A向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做更进一步的解释。如图1、2和3所示，本实用新型的测试仪包括加载系统、三维控制平台1和图
像采集装置。其中，所述的加载系统包括加载装置、挤压装置、传感装置和试样室14。其 中，加载装置轴包括液压系统2、压杆17和高压气管3;挤压装置包括向加载头4和径向 加载气囊5;传感装置包括轴向传感器12和径向传感器13;试样室14由截面呈半圆形的 加载舱15和透明的玻璃板16组成，玻璃板16与加载舱15之间通过螺丝固定连接。加载舱15上方沿轴向设置轴向加载头4 ；轴向加载头4通过轴向传感器12、压 杆17与液压系统2连接，液压系统2与控制系统7连接。在加载舱15内壁设置有径向 加载气囊5，在加载舱15外壁设置有径向传感器13与充气口 18;径向加载气囊5通过充 气口 18与高压气管3连接，高压气管3与控制系统7连接。轴向传感器12和径向传感 器13通过数据采集卡6与控制系统7连接。图像采集装置包括设置在三维控制平台1上的长距离显微镜10和CCD摄像机 11，长距离显微镜10后接CCD摄像机11，CCD摄像机11通过数据采集卡6与控制系统 7连接；三维控制平台1依次通过控制台驱动器8、控制卡9与控制系统7连接。使用时，将加载舱5放置在水平位置上，其玻璃板16正对着长距离显微镜10。 将试样19放置在试样室14内，用螺丝将玻璃板16与加载舱15固定，试样室14被封闭。 启动加载装置，并调节控制系统7中的计算机的压力控制软件，使压杆17向下，通过轴 向加载头4围压试样室14内的试样19，向其施加轴向压力，轴向加载头4的轴向压力和 轴向位移通过轴向移传感器12传输至数据采集卡6 ；通过充气口 18向加载舱15内壁的 径向加载气囊5充气加压，径向加载气囊5向试样室14内的试样19施加径向载荷，径向 传感器13将荷载和位移信息传输至数据采集卡6。调好长距离显微镜10焦距后则可进 行观测，经CCD摄像机11拍摄带的微观结构图像分别用光缆传输到图像处理装置的数据 采集卡6，并在控制系统7的显示器上成像，控制系统7获得的每一帧图像，均自动存入 内存，通过自行编制的图像采集系统软件可实时计算前后两帧图像的相关性，得到两幅 图像的差异，即得到所取模板在两帧图像中的相对移动量；然后将相对移动量转化为驱 动步进电机的脉冲信号和方向电平信号，从而通过控制卡9和控制台驱动器8驱动三维控 制平台1上的步进电机，使三维控制平台1随着目标区域的移动而移动；同时，随着三维 控制平台1的移动，图像采集系统将不断采集目标移动区域移动后的图像，从而实现系统的自动跟踪。再按要求对所得到的微观结构图像进行分析处理，提取微观结构量化信 肩、ο 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种岩土材料微观结构自动跟踪测试仪，包括加载系统、三维控制平台(1)和图像 采集装置，其中，所述的加载系统包括加载装置、挤压装置，所述的加载装置包括施加 轴向力的液压系统(2)和施加径向力的高压气管(3)；挤压装置包括与液压系统(2)相连 的轴向加载头(4)，还包括与高压气管(3相连的径向加载气囊(5)；其特征在于所述 的轴向加载头(4)、径向加载气囊(5)上设有传感装置，传感装置通过数据采集卡(6)与 控制系统(7)连接；所述的液压系统(2)、高压气管(3)也与控制系统(7)连接；图像采 集装置通过数据采集卡(6)与控制系统(7)连接；三维控制平台(1)依次通过控制台驱动 器(8)、控制卡(9)与控制系统(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种岩土材料微观结构自动跟踪测试仪，其特征在于所 述的图像采集装置包括长距离显微镜(10)、CCD摄像机(11)。
3.根据权利要求1所述的一种岩土材料微观结构自动跟踪测试仪，其特征在于所 述的传感装置包括轴向传感器(12)和径向传感器(13)。
专利摘要本实用新型公开了一种岩土材料微观结构自动跟踪测试仪，包括加载系统、三维控制平台和图像采集装置，加载系统包括加载装置、挤压装置，加载装置包括液压系统和高压气管；挤压装置包括与液压系统相连的轴向加载头，还包括与高压气管相连的径向加载气囊；轴向加载头、径向加载气囊上设有传感装置，传感装置通过数据采集卡与控制系统连接；液压系统、高压气管也与控制系统连接；图像采集装置通过数据采集卡与控制系统连接；三维控制平台依次通过控制台驱动器、控制卡与控制系统连接。该测试仪避免了三维控制台纯机械调节，增强了测试精度，使操作更为简易；同时通过计算机控制对试样所施加轴向荷载的，减少了人为因素，使测试更为精确和稳定。
文档编号G01N3/06GK201795961SQ201020522080
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者刘鑫, 崔猛, 方庆军, 洪宝宁, 胡昕 申请人:河海大学