用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置和方法与流程

本发明涉及物理模型试验制模辅助装置及方法，特别涉及一种用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置和方法。

背景技术：

在岩土工程物理模型试验中，土体模型内部土压力及孔隙水压力的测量是研究土体受力状态、结构物力学性能的重要手段。如何能够快速、准确地按照设计位置将传感器埋入土体模型中将直接关系到试验结果的准确性，而且不同的试验对传感器的埋设角度和埋设位置要求不同。传统的传感器埋设方法是：事先准备铝管，根据具体埋设深度及埋设角度要求，在铝管粘贴埋设标记点，再将铝圆管一端开一长条状缺口，将传感器放入其中，引线从缺口处引出；准备相应角度的泡沫块，斜坡中间开半圆形长槽，用于铝管的辅助定位，然后开始埋设工作。

传统的埋设方法缺点主要有以下几个方面：

(1)在埋设过程中，输送铝管的前部易对传感器壳体和引线造成伤害，导致传感器损坏；

(2)埋设角度主要依靠事先准备的泡沫块来辅助确定，泡沫块的加工及制作困难，且角度不可调节，埋设过程角度极易发生偏转，造成角度定位不准；

(3)埋设深度靠铝管上粘贴的标记来控制，粘贴的标记位置不够灵活，造成埋设深度不准确，且在埋设过程中容易出现脱落的现象。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置和方法，该装置和方法可在模型土的准备过程中，帮助试验人员快速、准确地将传感器埋入指定位置，提高埋设传感器的精准度和工作效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是：一种用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置，包括定位架、角度定位轨道、深度定位轨道和输送棒，所述定位架包括矩形定位支撑底板和半圆形角度定位板，在所述矩形定位支撑底板的中央设有埋设入口，在所述埋设入口内固定有销轴，所述半圆形角度定位板垂直固定在所述矩形定位支撑底板上，底部横跨所述埋设入口，圆心位于所述销轴的中心线上，在所述半圆形角度定位板上设有多个角度定位槽，在所述定位支撑底板上设有与所述角度定位槽对应的入土起始点横向定位刻度；所述角度定位轨道设有滑槽，所述角度定位轨道的一个侧面与所述半圆形角度定位板相邻，并设有与所述角度定位槽插接的定位凸块，所述角度定位轨道的背面下端与所述销轴转动连接；所述深度定位轨道插装在所述角度定位轨道的滑槽内，在所述深度定位轨道内设有与传感器尺寸吻合的滑槽，在所述深度定位轨道的外侧设有尺寸刻度；所述输送棒插装在所述深度定位轨道的滑槽内，设有推杆，在所述推杆的头端设有与传感器适配的顶推部，在所述推杆的尾部设有埋设结束刻线。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

所述角度定位轨道的滑槽和所述深度定位轨道的滑槽横截面均为凸字形。

所述输送棒的顶推部采用开口结构。

在所述推杆的尾部还设有埋设起始刻线。

所有所述角度定位槽沿周向均匀布置，间隔为15°。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是：采用上述的用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置埋设微型传感器的方法，采用以下步骤：

一)按照传感器设计埋设角度调节角度定位轨道的倾角，并将其固定在半圆形角度定位板上；

二)在土体模型的土面上以预设入土起始点为中心画十字交叉的横向线和纵向线，使定位支撑底板上与传感器设计埋设角度对应的横向定位刻度与纵向线重合，然后沿纵向调节定位支撑底板的位置，使预设入土起始点进入埋设入口并与角度定位轨道的宽度中点横向对齐，完成定位支撑底板的定位；

三)将传感器放入深度定位轨道的滑槽中，然后采用输送棒将传感器推送至深度定位轨道的前端；

四)将深度定位轨道插入角度定位轨道的滑槽中，将深度定位轨道和输送棒一起推送，直到深度定位轨道上位于土面上的尺寸刻度与传感器的设计埋设深度相等；

五)使用输送棒继续顶推传感器，直到埋设结束刻线进入深度定位轨道的内部，完成传感器的埋设；

六)将深度定位轨道拉出，更换其他地点并重复以上步骤一)到步骤五)，完成其他传感器的埋设工作。

本发明具有的优点和积极效果是：采用定位架确定入土起始点位置，采用可调节角度的角度定位轨道确定埋设角度，采用可调节深度的深度定位轨道确定埋设深度，采用输送棒进行顶推输送和顶推式埋设，能够快速、准确地将传感器埋入土中的设计位置，埋设定位准确，速度快，适用范围大。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3是本发明的定位架三维视图；

图4是本发明的角度定位轨道三维视图；

图5是本发明的深度定位轨道三维视图；

图6是本发明的传感器输送棒三维视图；

图7是本发明确定横向定位刻度的原理示意图之一，角度定位轨道处于90°位置时的示意图；

图8是本发明确定横向定位刻度的原理示意图之二，角度定位轨道处于30°位置时的示意图。

图中：1、定位架；1-1、角度定位槽；1-2、销轴；1-3、入土起始点横向定位刻度；2、角度定位轨道；2-1、销孔；2-2、定位凸块；2-3、滑槽；3、深度定位轨道；3-1、尺寸刻度；3-2、滑槽；4、输送棒；4-1、顶推部；4-2、埋设结束刻线；5、传感器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置，包括定位架1、角度定位轨道2、深度定位轨道3和输送棒4。

所述定位架1包括矩形定位支撑底板和半圆形角度定位板，在所述矩形定位支撑底板的中央设有埋设入口，在所述埋设入口内固定有销轴1-2，所述半圆形角度定位板垂直固定在所述矩形定位支撑底板上，底部横跨所述埋设入口，圆心位于所述销轴1-2的中心线上，在所述半圆形角度定位板上设有多个角度定位槽1-1，在所述定位支撑底板上设有与所述角度定位槽1-1对应的入土起始点横向定位刻度1-3。

所述角度定位轨道2设有滑槽2-3，所述角度定位轨道2的一个侧面与所述半圆形角度定位板相邻，并设有与所述角度定位槽1-1插接的定位凸块2-2，所述角度定位轨道2的背面下端设有与所述销轴1-2转动连接的销孔2-1。

所述深度定位轨道3插装在所述角度定位轨道2的滑槽内，在所述深度定位轨道3内设有与传感器尺寸吻合的滑槽3-2，在所述深度定位轨道2的外侧设有尺寸刻度3-1。

所述输送棒4插装在所述深度定位轨道3的滑槽内，设有推杆，在所述推杆的头端设有与传感器适配的顶推部4-1，在所述推杆的尾部设有埋设结束刻线4-2，当所述输送棒4将传感器5推出深度定位轨道的滑槽3-2时，埋设结束刻线4-2进入深度定位轨道的滑槽3-2。也可以说，当埋设结束刻线4-2进入深度定位轨道的滑槽3-2时，表明传感器5已经脱离深度定位轨道3而埋入土中。所述输送棒4的长度应大于深度定位轨道3的长度。

所述定位架的矩形定位支撑底板上的与所述角度定位槽对应的入土起始点横向定位刻度1-3用于准确定位入土起始点。因为深度定位轨道3和传感器5的推送轨迹偏离半圆形角度定位板的圆心，导致入土起始点的位置不易确定。为了准确确定入土起始点的位置，本发明在所述定位架1的矩形定位支撑底板上标出了与所述角度定位槽对应的入土起始点横向定位刻度1-3用于准确定位入土起始点。入土起始点横向定位刻度1-3的确定方法：请参阅图7和图8，传感器入土起始点的位置位于矩形定位支撑底板1的底部，无法准确确定，并且当角度定位轨道2绕销轴1-2时，传感器入土起始点与销轴1-2的距离发生变化，如图所示，角度定位轨道处于90°时，传感器入土起始点与销轴1-2的距离为2.4mm，角度定位轨道处于30°时，传感器入土起始点与销轴1-2的距离为7mm。因此需要针对不同的埋设角度提前将传感器入土起始点的横向位置竖直投影至矩形定位支撑底板1的上表面，并将其横向位置刻于矩形定位支撑底板1上，也就是入土起始点横向定位刻度1-3。

在本实施例中，所述角度定位轨道2的滑槽和所述深度定位轨道3的滑槽横截面均采用凸字形，便于槽内部件稳定滑动，有效防止槽内部件脱出。所述输送棒的顶推部4-1采用开口结构，便于保护传感器，可避免传感器受到损伤。为了更加方便操作，在所述推杆的尾部还可设有埋设起始刻线(图中未示出)。所有所述角度定位槽1-1沿周向均匀布置，间隔为15°。

采用上述的用于微型传感器精确定位及快速埋设的装置埋设微型传感器的方法，采用以下步骤：

一)按照传感器设计埋设角度调节角度定位轨道2的倾角，将其定位凸块2-2落入在角度定位槽1-1内，完成角度定位轨道2在半圆形角度定位板上的固定，完成角度定位轨道2的定位。

二)在土体模型的土面上以预设入土起始点为中心画十字交叉的横向线和纵向线，使定位支撑底板上与传感器设计埋设角度对应的横向定位刻度与纵向线重合，然后沿纵向调节定位支撑底板的位置，使预设入土起始点进入埋设入口并与角度定位轨道2的宽度中点横向对齐，完成定位支撑底板的定位，也完成了定位架的定位。

三)将传感器5放入深度定位轨道3的滑槽中，然后采用输送棒4将传感器5推送至深度定位轨道3的前端，此时推杆尾部的埋设起始刻线与深度定位轨道3后端对齐。

四)将深度定位轨道3插入角度定位轨道2的滑槽中，将深度定位轨道3和输送棒4一起推送，直到深度定位轨道3上位于土面上的尺寸刻度3-1与传感器的设计埋设深度相等，完成传感器的输送。

五)使用输送棒4继续顶推传感器5，直到埋设结束刻线4-2进入深度定位轨道的滑槽3-2内部，传感器5脱落深度定位轨道的滑槽埋入土中，完成顶推式埋设。

六)将深度定位轨道3拉出，更换其他地点并重复以上步骤一)到步骤五)，完成其他传感器的埋设工作。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。