一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置的制作方法

本发明涉及土体纵波速度测定一个新方法，属于地质工程、岩土工程、地球物理领域，具体涉及一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置，该装置在已知数据量较少，且没有波速测量仪器的情况下，能够快速确定纵波传播速度，同时最终可通过无线传输数据。

背景技术：

土体纵波速度的原始测定方法具有很大的局限性，在测纵波速度的方法最常用的土样钻探取芯即室内试验法，这些试验均需要获得高质量的钻孔取样，对于软土而言是很难获得无扰动的土体原始状态下的土体样本，同时对观测仪器、观测系统的采样设置要求较高，难以恢复土样的原始状态。由于天然土层具有很大的各向异性以及复杂多变的特征，而纵波原位测试法易受到波传播方向，颗粒原始状态的影响，因此最终对纵波速度测试结果会造成显著的影响以及较大的偏差。同时，土体压缩模量的测法主要也是通过原位测试的方法，工序十分繁琐。一般是通过侧限压缩试验，同样也是室内试验，需要高度还原土体原始状态，测定土的应力应变关系，得出压缩模量，试验技术要求很高，周期漫长，成本高昂，不易实现。

对比目前国内试验装置，若想得到纵波速度数据，必然需要在静力触探装置中加设纵波速度测量模块，多种模块采购导致花费较大；不同模块易相互干扰，通信困难，其模拟信号易在线路中大量损耗，失真；纵波速度测量模块需要在狭窄的静力触探探头内部占据大量空间，因此对仪器的耐磨抗折能力要求较高。而本发明装置首次做到仅通过极少的原始数据，便可得到纵波速度。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有测量手段的不足，提供一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置。该装置采集原始静力触探数据，通过运算器内嵌的程序对原始数据进行处理，最终求出纵波速度值，得出不同深度的纵波速度分布范围。

本发明采用以下技术方案实现：

一种双桥静力触探数据计算对应土层的纵波速度的无线测试装置，包括机座梁、支承脚、水泡调平器、屏幕显示器、油泵系统、总开关和数据采集模块；

所述的数据采集模块包括探杆，所述的探杆靠近端部有一段中空结构，所述的中空结构内部设有套筒，所述的探杆端部连接有锥尖头，所述的探杆和锥尖头的连接处设有滤波器，用于对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的有效信号；所述的锥尖头与套筒的连接处设有阻力传感器,用于测量锥尖阻力；所述的套筒与探杆之间设有摩擦传感器和深度传感器，分别用于测量侧摩阻力和深度，所述的套筒内还设有电缆，用于传输传感器所捕捉到的数据；

该装置还包括静力触探处理模块，所述的静力触探处理模块包括存储器、控制器、运算器和蓝牙装置，所述的存储器用于存储传感器所捕捉到的数据，所述的控制器用于调取存储器中的数据并发出相应的指令，所述的运算器根据接收到的指令，接收存储器中的数据并进行处理，并将处理后的数据传输给存储器；所述的蓝牙装置用于接收处理后的数据；

所述的机座梁用于承接装置各部分；所述的支承脚用于固定装置于地面上，并向地面均匀施压；所述的水泡调平器用于调节装置，使得装置整体处于水平状态；所述的屏幕显示器用于显示当前数据处理进度及数据采集模块采集的数据，目前已经存储成功的数据量，蓝牙装置的连接状态，同时提供夜光装置；所述的油泵系统用于在停电或野外条件下为装置提供电能。

上述技术方案中，进一步地，所述的运算器对数据进行处理的方法为：结合不同深度状态下对应的摩阻比的值(侧摩阻力与锥尖阻力的比值)，并结合土层色泽，土质均匀状况，粉粒含量，摇振反应，强度韧性等来判断土层类型，(土层一般可分为砂土，黏土等，一般而言，摩阻比较大为黏性土层，较小的为砂土；根据土层色泽、土质均匀状况，粉粒含量，摇振反应，强度韧性等来判断土层类型是本领域较为常规的操作，可根据经验判断得到涂层类型；两种方法结合更准确)，并对不同深度的土层类型进行标记；锥尖阻力在不同土体、不同的地区对应不同的压缩模量，二者满足线性关系，对应有不同的经验公式；根据不同类土层的所对应的经验系数(经验系数可通过现有的地方规范得到)，可以求出对应土层的压缩模量，最终根据不同深度的土层密度，泊松比，依据以下公式，

便可求出土层的纵波速度，其中，ρ为土层密度，υ为泊松比，e为土层的压缩模量。

进一步地，所述的存储器、控制器和运算器之间均采用rs485总线传输模式。

进一步地，所述的屏幕显示器下方留有usb接口，方便数据传输，屏幕显示器可显示当前数据处理进度，目前已经存储成功的数据量、蓝牙连接状态、当前锥尖头的深度。

进一步地，所述的静力触探传感器处理模块采用嵌入式系统，其应用程序代码在rom内，硬件与软件合二为一。所述的存储器中生成的数据可以以txt，excel文件格式存在。

进一步地，所述的锥尖头采用无缝钢管。

本发明的有益效果在于：

本发明装置能够记录不同深度状态下对应的锥尖阻力与侧摩阻力的值，仅通过较少的原始数据便可计算得到纵波速度；

本发明装置中，数据可通过蓝牙装置传输至电脑、手机装置，彻底避免了有线传输的繁琐，同时为了保证双方通信的可靠与实时，仪器外表面设有按钮来控制蓝牙的开关状态与连接；

本发明装置采用rs485总线传输数据，可消除信号传输过程中信号的损失与干扰；

本发明装置可由变压装置提供6v直流电，也可通过油泵系统转换电能，可以适应各种野外条件，能够保证在采集高质量数据的同时，压制干扰信号。

本发明装置的屏幕显示器会显示当前数据处理进度及锥尖头的深度，目前已经存储成功的数据量，蓝牙连接状态，同时提供夜光装置。

附图说明

图1为本发明的一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置的结构示意图。

图2为本发明的一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的静力触探处理模块的软件系统示意图。

图中，1、锥尖头，2、阻力传感器，3、摩擦传感器，4、深度传感器，5、套筒，6、探杆，7、过滤器，8、电缆，9、机座梁，10、支承脚，11、水泡调平器，12、屏幕显示器，13、静力触探处理模块，14、油泵系统，15、总开关。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，将本发明中的技术细节进行详细完整的展示，基于本发明中的内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所基于本发明的其他实施案例，均属于本发明保护的范围。

图1为本发明的一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置的结构示意图，包含以下组件：机座梁9、支承脚10、水泡调平器11、屏幕显示器12、静力触探处理模块13、油泵系统14、总开关15和数据采集模块。

图2为本发明的一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的静力触探处理模块的软件系统示意图，包括存储器、控制器，运算器、蓝牙装置、显示器。

所述的数据采集模块包括探杆6，所述的探杆6靠近端部有一段中空结构，所述的中空结构内部设有套筒5，所述的探杆6端部连接有锥尖头1，所述的探杆6和锥尖头1的连接处设有过滤器7，用于对不需要的频率进行滤除；所述的锥尖头1与套筒5的连接处设有阻力传感器2,用于测量锥尖阻力；所述的套筒5与探杆6之间设有摩擦传感器3和深度传感器4，分别用于测量侧摩阻力和深度，所述的套筒5内还设有电缆8，用于传输传感器所捕捉到的数据。

所述的静力触探处理模块13包括存储器、控制器、运算器和蓝牙装置，所述的存储器用于存储传感器所捕捉到的原始数据，所述的控制器用于调取存储器中的数据并发出相应的指令，所述的运算器根据接收到的指令，接收存储器中的数据并进行处理，并将处理后的数据传输给存储器；所述的蓝牙装置用于接收处理后的数据。

所述的机座梁9用于承接上部装置各部分；所述的支承脚10用于固定装置于地面上，并向地面均匀施压；所述的水泡调平器11用于调节装置，使得装置整体处于水平状态；所述的屏幕显示器12用于显示当前数据处理进度及数据采集模块采集的数据，目前已经存储成功的数据量，蓝牙装置的连接状态，同时提供夜光装置；所述的油泵系统14用于在停电或野外条件下为装置提供电能。

所述的运算器对数据进行处理的方法为：结合不同深度状态下对应的摩阻比的值(侧摩阻力与锥尖阻力的比值)，判断土层的类型，(土层一般可分为砂土，黏土等，一般而言，摩阻比较大为黏性土层，较小的为砂土；根据土层色泽、土质均匀状况，粉粒含量，摇振反应，强度韧性等来判断土层类型是本领域较为常规的操作，可根据经验判断得到土层类型；两种方法结合更准确)，并对不同深度的土层类型进行标记；锥尖阻力在不同土体、不同的地区对应不同的压缩模量，二者满足线性关系，对应有不同的经验公式；根据不同类土层的所对应的经验系数，可以求出对应土层的压缩模量，最终结合不同深度的土层密度、泊松比，依据以下公式

便可求出土层的纵波传播速度，其中，ρ为土层密度，υ为泊松比，e为土层的压缩模量，便可求出土层的纵波传播速度。

所述的存储器、控制器和运算器之间均采用rs485总线传输模式。所述的屏幕显示器12下方留有usb接口，方便数据传输。所述的静力触探传感器处理模块采用嵌入式系统，所述的存储器中生成的数据以txt、excel文件格式存在。所述的锥尖头1采用无缝钢管。

下面介绍采用本发明的一种由双桥静力触探数据计算土层纵波速度的无线测试装置进行测试的具体步骤：

打开系统总开关15，在屏幕显示器12上选择所处的地区(比如华南，华北，华中等地区，不同地区，经验系数不同，需要提前设定)等待指示灯常亮，表示蓝牙装置已经正常开启；

将整套装置竖直放置在研究区域，对探杆6施加压力，压入土中，在探杆6运动过程当中，各个传感器开始工作，深度传感器4开始记录深度，阻力传感器2和摩擦传感器3分别开始测量锥尖阻力和侧摩阻力；通过土层的色泽，土质均匀状况，粉粒含量，摇振反应，强度韧性等来判断对应土层的类型，并对不同深度的土层类型进行标记；数据通过rs485总线传输至静力触探处理模块13进行处理，屏幕显示器12显示目前所存储的数据量及当前锥尖头1的深度，计算得到的土层纵波速度最终通过蓝牙装置或usb数据接口传输至终端设备。