一种侧装式弯曲元的安装定位装置及方法与流程

本发明属于一种岩土工程测试元件的安装定位装置与方法，尤其涉及一种侧装式弯曲元的安装定位装置及方法。

背景技术：

在岩土工程材料测试中，常利用弯曲元测试材料的剪切波速和压缩波速。学报″一种压电陶瓷弯曲元剪切波速测试装置的开发″中记载，测试过程中，由于材料和几何阻尼影响剪切波的幅值(应变)沿传播方向并非常数，以发射弯曲元附近最大，其剪应变估计在10^-3％左右，其他位置剪应变则更小。弯曲元法测试的是土样的最大剪切模量。

由此可知，利用弯曲元陶瓷片试验的时候，晶片的极性方向非常重要，接收信号和发射信号相位一致时，将使得接收到的信号后处理更加直观和简单，所测波速合理准确。因此，在侧装式弯曲元安装时，需确保两弯曲元的陶瓷片位于同一个平面上，且需保证两个弯曲元中心连线过试样圆心。而现有侧装式弯曲元的安装常凭肉眼观测安装，尚无精准的安装定位装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种侧装式弯曲元的安装定位装置及方法，能够克服现有侧装式弯曲元安装定位粗糙，常凭肉眼观测安装的现状，从而实现侧装式弯曲元实验时的精准定位。

本发明采用如下技术方案：

一种侧装式弯曲元的安装定位装置，包括定位耳5、定位底座8、刻度尺9、伸缩杆10、调节螺母11、定位支架12；

所述的定位耳5是一个上侧开口的耳板，耳板内径稍小于弯曲元7外径，上部开口以便于弯曲元7顺利插入定位耳5中，定位耳5焊接在定位支架12两端，定位耳5圆心与定位底座8上的伸缩杆10对应。

定位底座8由两个圆环与四根竖向实心圆杆构成，竖向实心圆杆上部直径略小于下部直径，以便于上部能插入定位支架12的空心圆杆内，四根竖向实心圆杆中两根竖向圆杆上部为伸缩杆10，焊接在圆环上且焊接的位置相对，剩余2根上部为刻度尺9，焊接在圆环上，焊接位置也相对。

刻度尺9是有刻度的竖向实心圆杆，刻度尺9可以准确测量定位支架12的安装高度。

所述的定位支架12由一个圆环和四根竖向空心圆杆构成，圆环上部焊接定位耳5，刻度尺9读出定位支架12高度，通过安装在空心圆杆侧面的调节螺母11固定定位支架12在伸缩杆上的位置，在橡皮膜3上切孔，将弯曲元7上的压电陶瓷片6插入试样4。

一种侧装式弯曲元的安装定位装置安装方法：

1.将试样4安装在底座2上，给试样4套上橡皮膜3，橡皮膜3的底部套在底座2的外侧，并用橡皮筋扎紧；

2.在试样4顶部安装压帽1，并将橡皮膜3套在压帽1的外侧，并用橡皮筋扎紧；

3.将定位底座8套过压帽1、试样4和底座2，并使定位底座8的圆心位于试样4的中轴线上；

4.使用刻度尺9读出定位支架12的高度，视线需水平；通过调节螺母11固定定位支架12在伸缩杆10上的位置，需扭紧调节螺母11，以免定位支架12滑动，导致定位不准；

5.利用定位耳5的中心在包裹试样4的橡皮膜3上定出弯曲元7的压电陶瓷片6的插入位置并标记，在橡皮膜3的标记处开孔，将弯曲元7的压电陶瓷片6插入试样4；

6.将弯曲元7夹在定位耳5上，保持弯曲元7的中轴线水平，旋转弯曲元7，以确保两个弯曲元7上的压电陶瓷片6插入试样后极性相对。

本发明克服了现有侧装式弯曲元安装定位粗糙，常凭肉眼安装的现状，从而实现了侧装式弯曲元实验时的精准安装定位，排除了异常因素对信号的干扰，使得测试接收信号的后处理过程更加直观和简单，试验结果的合理性和准确性得到有效提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的安装定位装置主视图；

图3为本发明的安装定位装置侧视图；

图4为定位底座结构的主视图及剖视图；

图5为定位支架结构的主视图、侧视图、俯视图；

图6为本发明侧装式弯曲元测试系统示意图；

图7为弯曲元测试时压电陶瓷片极性相对示意图；

图8为本发明弯曲元定位精准时的测试示意图；

图9为背景技术弯曲元定位出现偏差时的杂波和不正确测试示意图。

图中：1-压帽、2-底座、3-橡皮膜、4-试样、5-定位耳、6-压电陶瓷片、7-弯曲元、8-定位底座、9-刻度尺、10-伸缩杆、11-调节螺母、12-定位支架、13-定位尺槽、14-伸缩槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示：

实施例1实施例1为本发明装置的结构

一种侧装式弯曲元的安装定位装置，包括压帽1、底座2、橡皮膜3、试样4、定位耳5、弯曲元7、定位底座8、定位支架12。

所述的定位支架12安装于定位底座8上，试样4位于定位支架12与定位底座8内，保持试样4中轴线与定位底座8中轴线重合，且试样4底部安装在底座2上，试样4顶部安装压帽1，试样4外部采用橡皮膜3包裹，橡皮膜3的上部固定在压帽1的外沿，橡皮膜3的下部固定在底座2的外沿，所述橡皮膜3径向上对称的两侧开孔，两个对称的孔中分别安装弯曲元7的压电陶瓷片6，弯曲元7的一端分别设有极性相对的压电陶瓷片6。

保持两压电陶瓷片6连线通过试样的中心，且位于同一平面上，压电陶瓷片6贴于试样4内，弯曲元7带有压电陶瓷片6的一端通过橡皮膜3的两侧开孔插入试样4内并紧贴；定位耳5是一个上侧开口带有弹性的耳板，弯曲元7夹装于定位耳5的开口内，定位耳5焊接于定位支架12上。

定位耳5开口的耳板内径稍小于弯曲元7外径，具有一定的弹性，上侧开口利于弯曲元7顺利夹在定位耳5内。

所述的定位底座8由2个等直径同心圆环、刻度尺9、伸缩杆10构成，两个同心圆环之间通过4根竖向实心圆杆连接，刻度尺9、伸缩杆10均为变直径竖向圆杆，刻度尺9为标有刻度的竖向圆杆，2支伸缩杆10焊接在圆环上，且保持两伸缩杆10之间的夹角为180°，2支刻度尺9焊接在安装伸缩杆10同侧面的圆环上，且保持两刻度尺9之间的夹角为180°，并使任意刻度尺9与伸缩杆10之间的夹角为90°。

所述的定位支架12由一个圆环和4支空心圆杆构成，空心圆杆焊接于圆环上，保持任意两空心圆杆之间的夹角为90°，且有2支相对空心圆杆的外侧安装有调节螺母11，设有调节螺母11的空心圆杆的上侧焊接定位耳5，设有调节螺母11的空心圆杆内槽为伸缩槽14，未设调节螺母11空心圆杆内槽为定位尺槽13。

所述的定位底座8的2支刻度尺9、2支伸缩杆10分别安装于定位支架12的空心圆杆内，且保持伸缩杆10安装的空心圆杆外侧安装有调节螺母11。

所述的压帽1和底座2均为圆柱状，且直径相同，试样4径向的直径与压帽1直径相同。

实施例2：实施例2为本发明的操作过程

将试样4用橡皮膜3包裹，并将橡皮膜3上部固定在压帽1外沿上，橡皮膜3下部固定在底座2外沿上，保证橡皮膜3与内部的试样4紧贴。

将定位底座8套过压帽1、试样4和底座2，且保证定位底座8的中轴线与试样4的中轴线重合。

将定位支架12通过伸缩杆10和刻度尺9安装在定位底座8上，通过调节螺母11可以调节定位支架12的安装高度，利用刻度尺9可以读出安装高度的数值，由于设置的刻度尺9为对称的两支，可通过读数保证定位支架12上部水平。

将两弯曲元7夹于定位耳5上，通过各自定位耳5使得弯曲元7上设置的压电陶瓷片6通过开有对称孔的橡皮膜3，插入试样4内，使压电陶瓷片6与试样4紧贴，并确保两压电陶瓷片6处于同一平面上，且该平面通过试样4的中轴线。

弯曲元7不带压电陶瓷片6的一端，通过绝缘防水的信号线与压电线性放大器和电荷放大器相连，压电线性放大器与任意函数发生器、数字式示波器和计算机存取器相连。

安装过程中需保证：

1.压帽1和底座2均为圆柱状，且直径相同，试样4径向的直径与压帽1直径相同。

2.读刻度尺9需视线水平，并扭紧调节螺母11，以免定位支架12滑动，导致定位不准。

3.两压电陶瓷片6极性需相对设置。

工作时，任意函数发生器产生脉冲信号经压电线性放大器放大后，传至弯曲元7和数字示波器，弯曲元7上的压电陶瓷片6产生微弱振动，在试样4中产生纵波或横波，通过试样4传至另一侧压电陶瓷片6，经电荷放大器转化为电压信号后，在示波器上通过与来自压电线性放大器的初始发射脉冲信号对比，得到波在试样4中的传播时间，由试样4的长度和波的传播时间计算得到试样的波速。

对比实验：

设置一组对比实验，实验组为本发明装置的测试波在试样4中的传播时间和波速(图8)；

对照组为采用传统装置，晶片的相位为非对称的情况下的测试波在试样4中的传播时间和波速(图9)。

从图中可知，对照组(图8)接收信号波形稳定，无杂波，波速易于辨识，传播时间0.776ms，波速128.9m/s；而同样激发信号下(图9)，弯曲元由于定位不准确，导致波形较乱，杂波和干扰信号多，波速难于辨识，传播时间0.755ms，波速132.5m/s，测试结果出现偏差甚至不合理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。