一种深孔传递函数测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术公开了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、均匀布置在地表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，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，落锤支架位于地表，电机位于落锤支架上，钢绞线与落锤支架连，地层内设激振孔，激振孔内侧设混凝土套筒，混凝土套筒内侧为钢套筒，力锤组件位于钢套筒内，力锤组件通过钢绞线与电机连。本发明专利技术还提供了一种深孔传递函数测试系统的测试方法。本发明专利技术的有益效果：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】

本专利技术涉及振动测试
，具体而言，涉及一种深孔传递函数测试系统及其测试方法。
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
为解决上述问题，本专利技术的目的在于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。本专利技术提供了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。作为本专利技术进一步的改进，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。作为本专利技术进一步的改进，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。本专利技术还提供了一种深孔传递函数测试系统的测试方法，该方法包括以下步骤：步骤1，采用钻孔机在地层钻一个激振孔，采用所述混凝土套筒对所述激振孔进行护壁，所述激振孔的孔底为原位土，用于地层激振，将所述钢套筒的多段钢筒拼接放入所述激振孔，所述钢套筒与所述激振孔底部土紧密相贴；步骤2，将所述深孔激振装置固定在地层表面，并将所述力锤组件落入所述激振孔的钢套筒内；步骤3，在地层表面距离所述激振孔以3～5m的等间距布置10～20个测点，与所述激振孔相距最远一处的测点距离所述激振孔50m～100m，在每个采样点布设一个所述加速度传感器；步骤4，首先将所述深孔激振装置的锤头连接的数据线引出地层表面，并与所述数据采集仪的输入端连接，然后将每个所述加速度传感器通过所述数据线与所述数据采集仪的输入端连接，最后将数据采集仪的输出端通过网线与所述PC机连接；步骤5，通过所述电机将所述锤头提升10～50cm，提升到位置后断开所述电磁铁的开关，所述锤头自由落体冲击所述激振孔的孔底，产生脉冲激振力；步骤6，重复步骤5，反复提升所述锤头进行地层激振，采用所述数据采集仪采集所述加速度传感器和所述锤头内的力传感器的传感信号，进行激振力和地表响应的同时采样。作为本专利技术进一步的改进，步骤3中布设所述加速度传感器的具体方法为：对于土质地面，首先将拼装式金属土钉钉入土层紧密相贴，然后采用螺栓将所述加速度传感器拧紧和所述金属土钉紧密相贴；或，对于硬质地面，首先采用强力胶将铁片粘贴在地层表面，然后使所述加速度传感器通过螺栓与强力磁座相连，最后将所述强力磁座吸附于在所述铁片上达到紧密相贴。作为本专利技术进一步的改进，所述激振孔的直径为400～800mm。作为本专利技术进一步的改进，步骤5中激振力振动量级为80～100kN。作为本专利技术进一步的改进，步骤6中，进行激振力和地表响应的同时采样时，保证每组数据激振次数至少5次，有效数据至少10组。作为本专利技术进一步的改进，所述数据采集仪的采样频率12800Hz，采样点数32k，触发量级20kN，触发次数5。作为本专利技术进一步的改进，所述力锤组件的重量为80-120kg。本专利技术的有益效果为：1、提供了采用深孔激振实测传递函数进行地铁列车振动预测的整套方案，包括振源发生装置、测点布置方式、数据采集参数等详细技术参数；2、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；3、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；4、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；5、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；6、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为本专利技术实施例所述的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为本专利技术实施例所述的一种深孔传递函数测试系统的测试方法的流程示意图；图6为激振孔的示意图；图7为测点布置的示意图；图8为图7以70m范围布置测点的示意图；图9为第一种方法固定的加速度传感器的示意图；图10为第二种方法固定的加速度传感器的示意图；图11为数据采集仪的示意图；图12为加速度传感器的示意图；图13为力传感器的示意图。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。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例1，本专利技术实施例所述的一种深孔传递函数测试系统，如图2所示，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(11)、安全绳(12)、导向杆(13)、电磁铁(14)、质量块(15)、导轮(16)和锤头(17)，所述钢绞线(2)和所述吊装顶盘(11)连接，所述吊装顶盘(11)下方固定连接所述安全绳(12)一端，所述安全绳(12)另一端与多个所述质量块(15)固定连接，所述吊装顶盘(11)和所述质量块(15)之间固定有多根所述导向杆(13)，所述电磁铁(14)位于多根所述导向杆(13)内部，且可伸缩的与所述吊装顶盘(11)连接，八个所述导轮(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所述导轮(16)，所述导轮(16)在所述钢套筒(6)内滑动，所述锤头(17)固定在所述质量块(15)的下方，所述锤头(17)内设有力传感器。3.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，所述钢套筒(6)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。4.一种如权利要求1所述的一种深孔传递函数测试系统的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，采用钻孔机在地层钻一个激振孔，采用所述混凝土套筒(4)对所述激振孔进行...

【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：发明
国别省市：北京;11