多通道剪切波速监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种多通道剪切波速监测的检测系统，包括波形发生器、压电陶瓷驱动器、剪切波监测装置、电荷放大器、滤波器、示波器和上位机，剪切波监测装置包括发射弯曲元组和接收弯曲元组，发射弯曲元组与接收弯曲元组通过骨架对应设置，在发射弯曲元和接收弯曲元设有测试介质之间，压电陶瓷驱动器和示波器均与波形发生器相连接，示波器与滤波器相连接，示波器与上位机相连接，压电陶瓷驱动器与发射弯曲元相连接，电荷放大器与接收弯曲元相连接。本发明专利技术利用剪切波监测装置实现了对微生物注浆过程和固化效果的多点实时监测，利用多个弯曲元多通道实时监测试件内部的剪切波速变化，分段表达了试件中微生物成矿效果。表达了试件中微生物成矿效果。表达了试件中微生物成矿效果。

【技术实现步骤摘要】
多通道剪切波速监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及剪切波测速的
，尤其涉及一种多通道剪切波速监测系统及方法。

技术介绍

[0002]微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）是被认为极具有应用前景的提高场地土体抗液化的工程技术手段。但在采用MICP改性试件力学特性的方法中，微生物成矿均匀性一直是技术应用备受关注的科学问题。通常采用测定弯曲元振动的S波波速（即测定由Gmax=ρυ2计算试样的剪切模量）表达MICP改性效果。剪切波速是指震动横波在土体内的传播速度，单位是m/s。剪切波速是建筑物基础抗震的主要依据，为评价土体抵抗地震液化的能力提供了一种方法。一般可以可通过人为激震的方法产生震动波，在相隔一定距离处记录振动信号到达时间，以确定横波在土体内的传播速度。
[0003]事实上，采用该方法，在实际应用过程中，因试件制备过程造成质量密度（ρ）的差异以及微生物在试件分布的空间异质性，导致其无法科学判断试件微生物成矿均匀性的效果。同时，虽然P波在传输中快速衰减（比S波衰减差一个数量级），但也会干扰S波的波形，形成所谓的近场效应。同时，实验时在砂粒的硬表面以及周围复杂的边界上振动波形成的折射、反射波与正常振动的叠加，将形成所谓的过冲现象，其结果是在信号接收处检测到的波形复杂化。如何从复杂的波形中识别出S波，并准确判断该S波的传播时间成为难点，在判读中带有主观性会对波速测定带来较大的误差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术对S波传播速率检测智能化程度较低且准确度较差的技术问题，本专利技术提出一种多通道剪切波速监测系统及方法，有效提升了监测系统的智能化程度。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种多通道剪切波速监测的检测系统，包括波形发生器、压电陶瓷驱动器、剪切波监测装置、电荷放大器、滤波器、示波器和上位机，剪切波监测装置包括发射弯曲元组和接收弯曲元组，发射弯曲元组与接收弯曲元组通过骨架对应设置，在发射弯曲元和接收弯曲元设有测试介质之间，压电陶瓷驱动器和示波器均与波形发生器相连接，示波器与滤波器相连接，示波器与上位机相连接，压电陶瓷驱动器与发射弯曲元相连接，电荷放大器与接收弯曲元相连接。
[0006]所述发射弯曲元组包括至少两个发射弯曲元，接收弯曲元组包括至少两个接收弯曲元，发射弯曲元与压电陶瓷驱动器相连接，接收弯曲元与电荷放大器相连接，发射弯曲元与接收弯曲元通过骨架对立设置，接收弯曲元与发射弯曲元相匹配，骨架为中空立方体骨架。
[0007]所述滤波器包括集成放大器和双T滤波电路，集成放大器的同相输入端与双T滤波电路的b端口相连接，集成放大器的反向输入端与集成放大器的输出端相连接，集成放大器的正电源端与+12V电源相连接，集成放大器的负电源端与
‑
12V电源相连接，集成放大器的
输出端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接在e端口，电阻R6的另一端接地，双T滤波电路的c端口与电阻R5、电阻R6连接在e端口。
[0008]所述双T滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电容C3，电阻R1、电阻R2和电阻R4为定值电阻，R4=6(R1+R2)，电阻R3为可调电阻，电容C1、电容C2和电容C3依次串联连接，电阻R4的一端与C1连接于a点，电阻R4的另一端与C3连接于b端口，电阻R1的一端与电容C1和电容C2的连接点相连接，电阻R1的另一端与电阻R3的一端相连接，电阻R2的一端与电容C2和电容C3的连接点相连接，电阻R2的另一端与电阻R3的另一端相连接，电阻R3的可调端c与电阻R5和电阻R6的连接点相连接，电阻R5的一端与集成放大器的输出端相连接，电阻R6的一端接地。
[0009]所述多通道剪切波速监测系统的方法包括以下步骤：S1：测定剪切波监测装置内设置不同测试介质下的参数：S波传输距离l、测定装置延迟时间τ、空气中S波传播时间t
空
和水中S波传播时间t
水
；S2：利用发射弯曲元组和接收弯曲元组对微生物加固的S波进行监测；S3：通过分析S波，对微生物加固处理与砂土刚度强度的影响进行追踪评估。
[0010]步骤S1所述S波传输距离的测定方法为：测量发射弯曲元所在中空立方体骨架平面至发射弯曲元顶端的距离D1，测量接收弯曲元所在中空立方体骨架平面至接收弯曲元的距离D2，测量中空立方体骨架两对立平面之间的距离L，S波传输距离等于发射弯曲元至接收弯曲元的距离l，l=L
‑
D1‑
D2。
[0011]步骤S1所述测定装置延迟时间τ的方法为：调整发射弯曲元和接收弯曲元靠近，发射弯曲元和接收弯曲元之间设置有缝隙，利用波形发生器产生脉冲串，将脉冲串传输至压电陶瓷驱动器，使脉冲传输通过发射弯曲元、接收弯曲元和滤波器传输至示波器，记录脉冲串传输间接至示波器的时间为t1，同时波形发生器产生直接将脉冲串传输至示波器，记录脉冲串直接传输至示波器的时间为t2，装置延迟时间τ= t1‑
t2。
[0012]步骤S2所述对微生物加固的S波进行监测的方法为：S21：在中空立方体骨架中空部分放置干砂，设定位于中空立方体骨架最底端的发射弯曲元与接收弯曲元为第一组弯曲元，中空立方体骨架从上到下依次设置五组弯曲元，测定干砂中S波的传播速度；S22：从中空立方体骨架上侧进行注浆，并静置12h，随后从中空立方体骨架下侧进行注浆，并静置12小时，静置完成后再静置抚育40h，同时利用五组弯曲元对中空立方体骨架内S波的传播速率进行实时监测；S23：当监测到的中空立方体骨架内S波的传播速率明显下降时，重复步骤S22，直至五组弯曲元所测试到的S波波速示数基本不变。
[0013]步骤S22所述实时监测时，在注浆过程时段、注浆结束时、静置时段、静置结束时段和下一次注浆前增加对S波的传播速率的监测频率。
[0014]本专利技术利用剪切波监测装置实现了对微生物注浆过程的多点实时监测，利用多个弯曲元多通道实时监测试件内部的剪切波速变化，分段表达了试件中微生物成矿效果，系统研究了试件内部MICP实时的成矿规律，有效提升了检测装置的智能化程度。同时，本专利技术利用多组弯曲同时进行监测，实现梯度监测MICP的加固效果，分段表达试件微生物成矿效果，系统反应了内部MICP实时的成矿规律，有助于研究者更科学的判断微生物成矿均匀性
的效果。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术弯曲元的结构示意图。
[0018]图3为本专利技术的滤波器电路结构示意图。
[0019]图4为本专利技术的方法流程图。
[0020]图5为本专利技术空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道剪切波速监测的检测系统，其特征在于，包括波形发生器、压电陶瓷驱动器、剪切波监测装置、电荷放大器、滤波器、示波器和上位机，剪切波监测装置包括发射弯曲元组和接收弯曲元组，发射弯曲元组与接收弯曲元组通过骨架对应设置，在发射弯曲元和接收弯曲元设有测试介质之间，压电陶瓷驱动器和示波器均与波形发生器相连接，示波器与滤波器相连接，示波器与上位机相连接，压电陶瓷驱动器与发射弯曲元相连接，电荷放大器与接收弯曲元相连接。2.根据权利要求1所述的多通道剪切波速监测系统，其特征在于，所述发射弯曲元组包括至少两个发射弯曲元，接收弯曲元组包括至少两个接收弯曲元，发射弯曲元与压电陶瓷驱动器相连接，接收弯曲元与电荷放大器相连接，发射弯曲元与接收弯曲元通过骨架对立设置，接收弯曲元与发射弯曲元相匹配，骨架为中空立方体骨架。3.根据权利要求2所述的多通道剪切波速监测系统，其特征在于，所述滤波器包括集成放大器和双T滤波电路，集成放大器的同相输入端与双T滤波电路的b端口相连接，集成放大器的反向输入端与集成放大器的输出端相连接，集成放大器的正电源端与+12V电源相连接，集成放大器的负电源端与
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12V电源相连接，集成放大器的输出端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接在e端口，电阻R6的另一端接地，双T滤波电路的c端口与电阻R5、电阻R6连接在e端口。4.根据权利要求3所述的多通道剪切波速监测系统，其特征在于，所述双T滤波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电容C3，电阻R1、电阻R2和电阻R4为定值电阻，R4=6(R1+R2)，电阻R3为可调电阻，电容C1、电容C2和电容C3依次串联连接，电阻R4的一端与C1连接于a点，电阻R4的另一端与C3连接于b端口，电阻R1的一端与电容C1和电容C2的连接点相连接，电阻R1的另一端与电阻R3的一端相连接，电阻R2的一端与电容C2和电容C3的连接点相连接，电阻R2的另一端与电阻R3的另一端相连接，电阻R3的可调端c与电阻R5和电阻R6的连接点相连接，电阻R5的一端与集成放大器的输出端相连接，电阻R6的一端接地。5.根据权利要求2
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4中任意一项所述的多通道剪切波速监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：测定剪切波监...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩智光，岳建伟，张建伟，边汉亮，石磊，郑俊强，杜鑫，
申请(专利权)人：安钢集团金信房地产开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：