一种深孔传递函数测试系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种深孔传递函数测试系统，包括深孔激振装置、数据采集仪、均匀布置在地层表面的多个加速度传感器和PC机，深孔激振装置与数据采集仪连，多个加速度传感器与数据采集仪连，数据采集仪与PC机连；深孔激振装置包括落锤支架、钢绞线、电机、力锤组件和钢套筒，落锤支架位于地层表面，电机位于落锤支架上，钢绞线与落锤支架连，地层内设一激振孔，激振孔内侧设有混凝土套筒，混凝土套筒内侧布置钢套筒，力锤组件位于钢套筒内，力锤组件通过钢绞线与电机连。本实用新型专利技术的有益效果：可在任意深度钻孔内进行脉冲激励，产生有效振动激励，并满足所有信号同步采样，从而可以进行任意地层传递函数的测试及计算。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及振动测试
，具体涉及一种深孔传递函数测试系统。
技术介绍
目前，还没有采用实测地层传递函数进行振动预测的测试系统及技术，已有的较为相近的测试系统，是通过实测隧道壁振动加速度和地表振动加速度，然后进行两者传递比计算，从而获取实测的地层传递特性用于振动预测，这种测试系统不是获取的振动传递函数，预测原理忽略了地铁列车运行的振源激励的相位信息，存在系统误差，因此预测精度一般。同时，该实测传递比测试系统测试过程中，地表测试与隧道内测试是分开进行的，无法达到测试信号的同步，因此无法进行传递函数计算。对于预测系统的核心——振源发生装置来说，目前有自动落锤激励装置，如图1所示。该装置可以进行搬运移动，放置于轨道上或隧道内部进行冲击激励，仅可满足道床上和隧道内的激振，并且需要人员在附近操作，体积过大，无法放置进钻孔内部满足进行孔底激振的要求。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本技术提供一种深孔传递函数测试系统及其测试方法，可以在进行原位钻孔内激振时获取传递函数，保证预测精度。为实现上述目的，本技术提供一种深孔传递函数测试系统，包括深孔激振装置、数据采集仪、多个加速度传感器和PC机，多个所述加速度传感器均匀布置在地层表面，所述深孔激振装置的数据线与所述数据采集仪的输入端连接，多个所述加速度传感器分别通过数据线与所述数据采集仪的输入端连接，所述数据采集仪的输出端通过网线与所述PC机连接；所述深孔激振装置包括落锤支架、钢绞线、电机、力锤组件和钢套筒，所述落锤支架位于地层表面，所述电机位于所述落锤支架上，所述钢绞线通过滑轮与所述落锤支架连接，地层内设有一个激振孔，所述激振孔内侧设有混凝土套筒，所述混凝土套筒内侧布置所述钢套筒，所述力锤组件位于所述钢套筒内，所述力锤组件通过所述钢绞线与所述电机连接。作为本技术进一步改进，所述力锤组件包括吊装顶盘、安全绳、导向杆、电磁铁、质量块、导轮和锤头，所述钢绞线和所述吊装顶盘连接，所述吊装顶盘下方固定连接所述安全绳一端，所述安全绳另一端与多个所述质量块固定连接，所述吊装顶盘和所述质量块之间固定有多根所述导向杆，所述电磁铁位于多根所述导向杆内部，且可伸缩的与所述吊装顶盘连接，八个所述导轮固定于最顶端的质量块和最底端的质量块的外缘上，最顶端的质量块和最底端的质量块在圆周方向上均等间距分布四个所述导轮，所述导轮在所述钢套筒内滑动，所述锤头固定在所述质量块的下方，所述锤头内设有力传感器。作为本技术进一步改进，所述钢套筒由多段钢筒组成，所述钢筒之间采用螺纹扣连接，并采用橡胶圈密封，最底部的一段钢筒为盲孔。本技术的有益效果为：1、振源发生装置(深孔激振装置)可以满足在深孔底进行锤击激振的体积、操作、采样等技术要求，并且激振力达到地铁列车激振量级(即100kN以上)，可以自动提升、降落进行冲击激励，并能进行锤头锤击力的动态高精度采样；2、可在地层任意深度钻孔内进行脉冲激励，产生有效振动激励，并满足所有信号同步采样，从而可以进行任意地层传递函数的测试及计算；3、可以满足所有信号(激振力和地表响应加速度)的同步采样，从而可以进行实际传递函数的测试及计算；4、测试采用高精度的动态数据采集仪、加速度传感器、力传感器进行深孔激振下的信号的同步动态采集，可以满足不同测点采样信号的时钟频率完全同步，从而可以满足计算传递函数的技术要求；5、深孔激振装置采用了组装式设计，设备便于现场拆卸、安装、运输，提升、降落力锤组件简便迅速，方便操作，钢套筒采用拆装型式，可重复使用，减少整体成本。附图说明图1为现有技术中的自动落锤激励装置的结构示意；图2为本技术一种深孔传递函数测试系统的结构示意图；图3为图2中的深孔激振装置的结构示意图；图4为图3中的力锤组件的结构示意图；图5为采用深孔传递函数测试系统的测试方法的流程示意图；图6为测点布置的示意图；图7为图6以70m范围布置测点的示意图。图中：1、落锤支架；2、钢绞线；3、电机；4、混凝土套筒；5、力锤组件；6、钢套筒；7、数据采集仪；8、数据线；9、加速度传感器；10、PC机；11、吊装顶盘；12、安全绳；13、导向杆；14、电磁铁；15、质量块；16、导轮；17、锤头。具体实施方式如图2所示，本技术实施例所述的一种深孔传递函数测试系统，包括深孔激振装置、数据采集仪7、多个加速度传感器9和PC机10，多个加速度传感器9均匀布置在地层表面，深孔激振装置的数据线与数据采集仪7的输入端连接，多个加速度传感器9分别通过数据线8与数据采集仪7的输入端连接，数据采集仪7的输出端通过网线与PC机10连接。如图3所示，深孔激振装置包括落锤支架1、钢绞线2、电机3、力锤组件5和钢套筒6，落锤支架1位于地层表面，电机3位于落锤支架1上，钢绞线2通过滑轮与落锤支架1连接，地层内设有一个激振孔，激振孔内侧设有混凝土套筒4，混凝土套筒4内侧布置钢套筒6，力锤组件5位于钢套筒6内，力锤组件5通过钢绞线2与电机3连接。如图4所示，力锤组件5包括吊装顶盘11、安全绳12、导向杆13、电磁铁14、质量块15、导轮16和锤头17，钢绞线2和吊装顶盘11连接，吊装顶盘11和质量块15之间固定有多根导向杆13，电磁铁14位于多根导向杆13内部，且可伸缩的与吊装顶盘11连接，八个导轮16固定于最顶端的质量块15和最底端的质量块15的外缘上，最顶端的质量块15和最底端的质量块15在圆周方向上均等间距分布四个导轮16，导轮16在钢套筒6内滑动，锤头17固定在质量块15的下方，锤头17内设有力传感器。其中，钢套筒6由多段钢筒组成，在地层表面上，每3段钢筒为一组进行装配，然后由长臂吊车吊起，放置于混凝土套筒4内，钢筒之间采用螺纹扣连接，并采用橡胶圈密封，最底部一段钢筒为盲孔。钢套筒采用拆装型式，可重复使用。落锤支架1和电机3用于提升、降落力锤组件5，激振孔底的力锤组件5由地面的电机3提升，采用自动脱钩装置进行自由下落，以锤击孔底，锤头17内的力传感器获取良好的激振力信号。混凝土套筒4对激振孔进行护壁，混凝土套筒4中布置钢套筒6作为引导力锤组件5垂直提升降落的导向结构，同时，钢套筒6隔开激振孔底的积水。本技术的深孔激振装置可以于钻孔内进行脉冲激励，产生有效的振动激励，传播至地表进行振动加速度采样，同时可应用于原位深孔激振实测传递函数。本技术的深孔激振装置具有以下特点：满足进行深孔内激振的尺寸、结构、激振技术要求；采用了组装式设计，设备便于现场拆卸、安装、运输；装置冲击过程中，通过安装在锤头的高精度力传感器获取良好的激励力信号；激发能量可以保证地面获取清晰的振动响应；孔底的力锤组件由地面电机提升，采用自动脱钩装置进行自由下落，以锤击孔底，设备需保证锤击过程中，其提升、降落简便迅速，方便操作；深孔由混凝土进行支护，钢套筒采用拆装型式，可重复使用。采用该深孔传递函数测试系统进行测试时，测试方法如图5所示，包括以下步骤：步骤1，采用钻孔机在地层钻一个直径为500mm的激振孔，采用混凝土套筒4对激振孔进行护壁，激振孔的孔底为原位土，用于地层激振，将钢套筒的多段钢筒拼接放入激振孔，钢套筒与激振孔底部土紧密相贴。步骤2，将深孔激振装置固定在地层表面，并将力锤组件5落本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深孔传递函数测试系统，其特征在于，包括深孔激振装置、数据采集仪(7)、多个加速度传感器(9)和PC机(10)，多个所述加速度传感器(9)均匀布置在地层表面，所述深孔激振装置的数据线与所述数据采集仪(7)的输入端连接，多个所述加速度传感器(9)分别通过数据线(8)与所述数据采集仪(7)的输入端连接，所述数据采集仪(7)的输出端通过网线与所述PC机(10)连接；所述深孔激振装置包括落锤支架(1)、钢绞线(2)、电机(3)、力锤组件(5)和钢套筒(6)，所述落锤支架(1)位于地层表面，所述电机(3)位于所述落锤支架(1)上，所述钢绞线(2)通过滑轮与所述落锤支架(1)连接，地层内设有一个激振孔，所述激振孔内侧设有混凝土套筒(4)，所述混凝土套筒(4)内侧布置所述钢套筒(6)，所述力锤组件(5)位于所述钢套筒(6)内，所述力锤组件(5)通过所述钢绞线(2)与所述电机(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种深孔传递函数测试系统，其特征在于，包括深孔激振装置、数据采集仪(7)、多个加速度传感器(9)和PC机(10)，多个所述加速度传感器(9)均匀布置在地层表面，所述深孔激振装置的数据线与所述数据采集仪(7)的输入端连接，多个所述加速度传感器(9)分别通过数据线(8)与所述数据采集仪(7)的输入端连接，所述数据采集仪(7)的输出端通过网线与所述PC机(10)连接；所述深孔激振装置包括落锤支架(1)、钢绞线(2)、电机(3)、力锤组件(5)和钢套筒(6)，所述落锤支架(1)位于地层表面，所述电机(3)位于所述落锤支架(1)上，所述钢绞线(2)通过滑轮与所述落锤支架(1)连接，地层内设有一个激振孔，所述激振孔内侧设有混凝土套筒(4)，所述混凝土套筒(4)内侧布置所述钢套筒(6)，所述力锤组件(5)位于所述钢套筒(6)内，所述力锤组件(5)通过所述钢绞线(2)与所述电机(3)连接。2.根据权利要求1所述的深孔传递函数测试系统，其特征在于，所述力锤组件(5)包括吊装顶盘(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文斌，刘维宁，吴宗臻，刘卫丰，孙晓静，马蒙，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院城市轨道交通中心，北京交通大学，
类型：新型
国别省市：北京;11