一种土样应变自动测量系统及其测量方法与流程

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种土样应变自动测量系统及其测量方法。

背景技术：

土样应变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，分析土样的应变变化。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，就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、劳动强度大且测量点重复性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种可靠性好、检测精度高、自动化程度高的土样应变自动测量系统及其测量方法，能够非接触式测量出土样的应变变化。

为了实现上述目的，本发明土样应变自动测量系统采用的技术方案：

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头以及激光位移传感器组件，激光头发射的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，根据激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，计算激光头与待测土样表面的距离，再结合激光头与测试台表面的距离，做差后得到待测土样厚度。

支撑底盘上安装支撑架，激光头与激光位移传感器组件通过支撑架设在待测土样的上方。

所述的激光头与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与激光头连接触屏计算机控制系统，所述的激光位移传感器组件、激光头以及触屏计算机控制系统集成于一体。

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。

本发明土样应变自动测量系统的测量方法，包括以下步骤：

1)将制好的待测土样放置在测试台上；

2)将待测土样调整至激光头的正下方，并调整好激光头的高度；

3)打开激光头，使之向待测土样发射激光脉冲，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，记录激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间t；

4)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，h＝(v*t)/2，v为光速；

s为激光头到测试台表面的高度。

与现有技术相比，本发明测量系统将待测土样放置在测试台上，通过激光头发射激光脉冲，经过待测土样反射后，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，计算激光头与待测土样表面的距离，再结合激光头与测试台表面的距离，做差后得到待测土样厚度。本发明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，大幅度提高检测的精度和工作效率。

与现有技术相比，本发明测量方法与传统的手工方式相比，能够彻底克服人工手动检测的缺点，减少了对待测土样的扰动，从而提高了土样厚度变化的测量精度。

附图说明

图1本发明的整体结构正视图；

图2本发明的整体结构侧视图；

图3本发明的工作原理示意图；

图4本发明的基本原理流程图；

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

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1-2，本发明包括支架系统、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，本发明在结构上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头7以及激光位移传感器组件8，支撑底盘1上安装支撑架3，激光头7与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上安装有用于调节自身在支撑底盘1上所在位置的纵向调整旋钮5与水平调整旋钮6。激光头7与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连接触屏计算机控制系统9，激光位移传感器组件8、激光头7以及触屏计算机控制系统9集成于一体。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，本发明在使用时，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。

激光头7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。

通过公式：

h＝(v*t)/2；

分别计算出激光头到试样表面的距离h；

再通过公式d＝s-h，得出试样的厚度。

其中：d：试样厚度；s：激光头到测试台的高度；

v：光速。

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

技术特征：

技术总结
一种土样应变自动测量系统及其测量方法，测量系统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头以及激光位移传感器组件，激光头发射的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，根据激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，计算激光头与待测土样表面的距离，再结合激光头与测试台表面的距离，做差后得到待测土样厚度。本发明在使用过程中能够避免与待测土样的直接接触，减少了对待测土样的扰动，从而提高了土样厚度变化的测量精度，与传统的手工方式相比，能够彻底克服人工手动检测的缺点，自动测量土样的应变变化，大幅度提高检测的精度和工作效率。

技术研发人员：梁志磊;杜长城;肖娟;秦育阳;冯满;刘璇;肖雨琳
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2017.11.17
技术公布日：2018.04.17