一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法。所述多场多参量同步监测动态加载实验装置，包括岩石试样、加热炉、气室、冲头、发射腔、入射杆、应变片、透射杆、吸收杆、高速相机、信号线、非接触全场应变控制系统、测速系统、声发射传感器、声发射信号线、端子、BNC转接头、前置放大器、微处理器、温度信号线、电信号线、数据采集系统、热电偶、调节滑道、定位螺柱、找平螺栓、可调保温仓门、热电偶插入孔、加热腔、高强度透明石英筒。本发明专利技术在微处理器控制下，通过接收温度反馈信号并发射电信号至气室和传感监测设备，最终实现试样多场多参数实时同步监测，解决岩石动力学实验中的多参量监测延迟和记录时间不一致问题。

A Dynamic Loading Experimental Device for Multi-field and Multi-parameter Synchronized Monitoring and Its Application

The invention discloses a multi-field multi-parameter synchronous monitoring dynamic loading experimental device and an application method. The multi-field multi-parameter synchronous monitoring dynamic loading experimental device includes rock sample, heating furnace, gas chamber, punch, launching chamber, incident rod, strain gauge, transmission rod, absorption rod, high-speed camera, signal line, non-contact full-field strain control system, velocity measurement system, acoustic emission sensor, acoustic emission signal line, terminal, BNC adapter, preamplifier, microprocessor, etc. Temperature signal line, electrical signal line, data acquisition system, thermocouple, adjusting slide, positioning stud, leveling bolt, adjustable thermal storage door, thermocouple insertion hole, heating chamber, high strength transparent quartz tube. Under the control of microprocessor, by receiving temperature feedback signal and sending electrical signal to gas chamber and sensor monitoring equipment, the method realizes real-time synchronous monitoring of multi-field and multi-parameter of sample, and solves the problems of multi-parameter monitoring delay and inconsistent recording time in rock dynamics experiment.

【技术实现步骤摘要】
一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法
本专利技术涉及一种多场多参量动态加载岩石力学实验装置以及应用所述实验装置的方法。
技术介绍
岩石作为地球形成、地壳地质活动衍化的产物，被广泛应用于各类建筑物地基、围岩或建筑材料等工程建设领域。岩石破裂失稳问题一直是国内外岩石力学工作者研究的热点和难点。由于诸多岩体工程灾害的发生(如岩爆、岩质边坡失稳等)均和岩石破裂失稳过程有关，因而如何采取有效的研究手段和研究方法，系统地研究岩石破裂失稳过程中其内部裂纹的演化过程，这对进一步理解岩石破裂失稳机制无疑是十分有意义的工作。岩石材料受外力或内力作用时，由于其本身的弹性形变、裂纹扩展，造成脆性材料内局部因能量的快速释放而发出的瞬态弹性波现象，称为声发射。声发射是研究脆性材料失稳破裂演化过程的一个良好工具，能连续、实时地监测载荷作用下脆性材料内部微裂纹的产生和扩展，并实现对其破坏位置的定位，这是其他任何试验方法都不具有的特点，已被广泛应用于研究岩石、混凝土等材料的破裂失稳机制研究。另一方面，数字图像相关技术（DIC），即一种通过图像相关点进行对比的算法，可计算出物体表面位移及应变分布，整个测量过程，只需以一台图像采集器，拍摄变形前后待测物图像，经运算后3D全场应变数据分布即可一目了然。不像应变片需花费大量时间做表面的磨平及黏贴，同时也只能测量到一个点某个方向的应变数据。也不像条纹干涉法对环境要求严格。而数字图像相关技术获得数据为全场范围内的3D数据。该技术被广泛应用于固体材料变形破坏过程中的位移及应变场测量，具有便携、非接触、速度快、精度高和易操作的特点。然而，在传统的岩石动态加载实验过程中，很难同时应用声发射测试技术和数字图像相关技术进行高温条件下岩石试样变形破坏过程的多参量监测，这是由于当加热装置将试样加热至预定温度时，加热装置外部难以感知温度信息，常造成声发射测试或数字图像相关技术测试时间的延迟，而数字图像相关技术中的高速相机对试样拍摄时间以微秒计，在如此精确短暂的拍摄时间中，很容易发生高速相机拍摄不到预定温度试样的变形破坏过程的问题。即便高速相机和声发射传感器监测到了试样的变形和声发射信息，也难于进行参数之间的对标和校准，不能在同一精确时间轴上进行对比分析。因此，如何改进动态加载过程中的监测方法以实现岩石试样动态加载的温度-声发射-应变场多参量同步监测成为重要的研究内容。
技术实现思路
本专利技术根据传统的岩石动态加载实验过程中高速相机拍摄不到预定温度试样的变形破坏过程的问题，以及难于进行参数之间的对标和校准而不能在同一精确时间轴上进行多参数的对比分析难题，提供一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法，有效解决了岩石动力学实验中的多参量监测延迟和记录时间不一致问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多场多参量同步监测动态加载实验装置，包括：岩石试样、加热炉、气室、冲头、发射腔、入射杆、应变片、透射杆、吸收杆、高速相机、信号线、非接触全场应变控制系统、测速系统、声发射传感器、声发射信号线、端子、BNC转接头、前置放大器、微处理器、温度信号线、电信号线、数据采集系统、热电偶、调节滑道、定位螺柱、找平螺栓、可调保温仓门、热电偶插入孔、加热腔、高强度透明石英筒，所述可调保温仓门能够沿调节滑道向上提起，并用定位螺柱固定，所述岩石试样置于加热炉中的加热腔内，加热腔外包裹有高强度透明石英筒，加热炉放置入射杆和透射杆中间，加热炉下部支架设置四个找平螺栓；冲头在气室中加压由发射腔发射，冲头发射速度由测速系统监测记录，冲头发射后撞击入射杆产生应力波，入射杆撞击试样将应力波传播至透射杆中，透射杆尾部与吸收杆连接，数据采集系统与两个应变片连接，两个应变片分别布设于入射杆和透射杆中部；所述BNC转接头两端分别与端子及前置放大器连接，端子通过声发射信号线与声发射传感器连接；所述微处理器通过电信号线分别与气室、声发射传感器、非接触全场应变控制系统连接，并通过温度信号线与加热腔中热电偶插入孔中的热电偶连接，所述非接触全场应变控制系统通过信号线和高速相机连接；在上述一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法中，优选所述热电偶的一端通过所述热电偶插入孔进入所述加热腔进行腔内温度感应，另一端与所述温度信号线连接，通过所述温度信号线将温度信息反馈至所述微处理器；在上述一种多场多参量同步监测动态加载实验装置及应用方法中，优选所述数据采集系统，其两端通过所述应变片分别与所述入射杆和所述透射杆连接，用于采集所述入射杆和所述透射杆中的应力波信号；根据本专利技术的另一方面，提供了一种多场多参量同步监测动态加载实验装置的应用方法，包括如下步骤：a、加热炉放置入射杆和透射杆中间，将可调保温仓门沿调节滑道向上提起，用定位螺柱固定；b、将制作完成数字散斑的岩石试样放入加热腔中部，调节入射杆和透射杆的位置，使其与试样端部初步对齐，然后通过调节加热装置下部支架上的四个找平螺栓，达到试样与入射杆、透射杆的精确对齐和完好接触；c、松开定位螺柱，放下可调保温仓门，使其口部尽可能接近入射杆、透射杆顶部，但又不影响两个杆的来回自由移动，标记出此时可调保温仓门的高度，退出入射杆和透射杆，关闭可调保温仓门，通过热电偶插入孔插入热电偶，同时打开SHPB动态加载装置上的数据采集系统，以采集入射杆和透射杆中的应力波信号；d、试样在加热炉中加热至预定温度时，加热炉内的热电偶将温度信号反馈至微处理器，微处理器将通过电信号线同时发射电信号至气室、非接触全场应变控制系统和声发射传感器；e、气室开关装置接收到电信号后迅速发射冲头，冲头撞击入射杆产生应力波，应力波通过入射杆传播到岩石试样中，一部分应力波反射回入射杆中，另一部分应力波传入透射杆并传入吸收杆，数据采集系统通过入射杆和透射杆的应变片采集应力波信号，将采集到的数据信号进行数据处理，得到岩石试样动态力学特性曲线；f、当微处理器发射的电信号同时传播至非接触全场应变控制系统时，所述非接触全场应变控制系统即时通过信号线启动高速相机进行试样破坏过程图像拍摄；g、当微处理器发射的电信号同时传播至声发射传感器时，所述声发射传感器即开始监测记录所述试样在动态加载破坏时的声发射信号；h、最终通过所述微处理器连接加热炉内的热电偶、声发射传感器和非接触全场应变控制系统进行信号的同步传输和反馈，以实现所述岩石试样在动态冲击加载条件下的温度-声发射-应变场的多场多参数实时同步监测记录。相对于现有技术中，本专利技术具有如下有益效果：通过设置所述加热炉对所述试样进行加热，当达到预定温度时所述加热炉内的所述热电偶将温度信号反馈至所述微处理器，所述微处理器将同时发射电信号至气室、所述非接触全场应变控制系统和所述声发射传感器，所述气室迅速发射冲头，所述非接触全场应变控制系统即时启动所述高速相机进行所述试样破坏过程图像拍摄，所述声发射传感器即开始监测记录所述试样在动态加载破坏时的声发射信号，最终实现所述岩石试样在动态冲击加载条件下的温度-声发射-应变场的多参数实时同步监测。所述加热腔外部为具有透明、耐冲击和耐高温特性的高强度透明石英筒，一方面可以有效防止高温岩石试样在冲击作用下破碎块体的高速冲撞，另一方面有利于外部所述高速相机对所述试样破坏过程进行图像拍摄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多场多参量同步监测动态加载实验装置，其特征在于：所述多场多参量同步监测动态加载实验装置包括：岩石试样、加热炉、气室、冲头、发射腔、入射杆、应变片、透射杆、吸收杆、高速相机、信号线、非接触全场应变控制系统、测速系统、声发射传感器、声发射信号线、端子、BNC转接头、前置放大器、微处理器、温度信号线、电信号线、数据采集系统、热电偶、调节滑道、定位螺柱、找平螺栓、可调保温仓门、热电偶插入孔、加热腔、高强度透明石英筒，所述可调保温仓门能够沿调节滑道向上提起，并用定位螺柱固定，所述岩石试样置于加热炉中的加热腔内，加热腔外包裹有高强度透明石英筒，加热炉放置入射杆和透射杆中间，加热炉下部支架设置四个找平螺栓；冲头在气室中加压由发射腔发射，冲头发射速度由测速系统监测记录，冲头发射后撞击入射杆产生应力波，入射杆撞击试样将应力波传播至透射杆中，透射杆尾部与吸收杆连接，数据采集系统与两个应变片连接，两个应变片分别布设于入射杆和透射杆中部；所述BNC转接头两端分别与端子及前置放大器连接，端子通过声发射信号线与声发射传感器连接；所述微处理器通过电信号线分别与气室、声发射传感器、非接触全场应变控制系统连接，并通过温度信号线与加热腔中热电偶插入孔中的热电偶连接，所述非接触全场应变控制系统通过信号线和高速相机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种多场多参量同步监测动态加载实验装置，其特征在于：所述多场多参量同步监测动态加载实验装置包括：岩石试样、加热炉、气室、冲头、发射腔、入射杆、应变片、透射杆、吸收杆、高速相机、信号线、非接触全场应变控制系统、测速系统、声发射传感器、声发射信号线、端子、BNC转接头、前置放大器、微处理器、温度信号线、电信号线、数据采集系统、热电偶、调节滑道、定位螺柱、找平螺栓、可调保温仓门、热电偶插入孔、加热腔、高强度透明石英筒，所述可调保温仓门能够沿调节滑道向上提起，并用定位螺柱固定，所述岩石试样置于加热炉中的加热腔内，加热腔外包裹有高强度透明石英筒，加热炉放置入射杆和透射杆中间，加热炉下部支架设置四个找平螺栓；冲头在气室中加压由发射腔发射，冲头发射速度由测速系统监测记录，冲头发射后撞击入射杆产生应力波，入射杆撞击试样将应力波传播至透射杆中，透射杆尾部与吸收杆连接，数据采集系统与两个应变片连接，两个应变片分别布设于入射杆和透射杆中部；所述BNC转接头两端分别与端子及前置放大器连接，端子通过声发射信号线与声发射传感器连接；所述微处理器通过电信号线分别与气室、声发射传感器、非接触全场应变控制系统连接，并通过温度信号线与加热腔中热电偶插入孔中的热电偶连接，所述非接触全场应变控制系统通过信号线和高速相机连接。2.根据权利要求1所述的多场多参量同步监测动态加载实验装置，其特征在于：所述热电偶端头与温度信号线连接，并通过热电偶插入孔内置于加热腔内。3.根据权利要求1所述的多场多参量同步监测动态加载实验装置，其特征在于：所述数据采集系统两端通过应变片分别与入射杆和透射杆连接。4.一种多场多参量同步监测动态加载实验装置应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的多场...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚爽，张通，陈晓祥，孟祥燕，潘坤，周礼鸿，王小磊，
申请(专利权)人：河南理工大学，安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41