一种微重力静力触探测试系统及使用方法技术方案

本发明专利技术属于岩土工程领域，公开了一种微重力静力触探测试系统及使用方法。针对微重力落塔实验要求，本发明专利技术基于静力触探原理设计了一种在微重力落塔实验中运用的全定位静力触探测试系统及使用方法。本发明专利技术主要由CPT探头、贯入系统、定位系统、信号采集系统、缓震系统组成，可以实现模型槽内各点位的定位、探头定速下压上拔、结构缓震等功能。本发明专利技术完全满足微重力落塔实验要求，测试连续、快速、效率高、功能多，测量结果能够很好的反映受测材料的力学性质；测试系统结构稳定，可重复性高，极大的减少实验损耗，进而降低成本。本发明专利技术可作为微重力落塔实验附属实验装置，提供准确可靠的基本物理力学参数，具有良好的力学前景。具有良好的力学前景。具有良好的力学前景。

【技术实现步骤摘要】
一种微重力静力触探测试系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种微重力静力触探测试系统及使用方法。

技术介绍

[0002]静力触探技术作为一种岩土工程基础实验技术，采用匀速且连续压入探头的触探方式贯入受测材料内部，其测量结果可反映受测材料的基本力学性质。相比于其他测试手段，静力触探具有诸多优势：测试连续、快速、效率高、功能多，兼具勘探和测试双重作用；测试数据精度高，再现性好；采用电测技术，便于实现测试工程的自动化等。
[0003]微重力落塔实验是研究太空微重力环境较为经济且有效的实验方法，基于自由落体原理，物体在自由落体过程中处于失重状态，整个落塔实验可获得3.60s的微重力时间，最大冲击加速度＜15g。双舱实验模式微重力水平达到10
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5g的量级，最大可搭载30kg实验载荷。单舱实验模式微重力水平为10
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3g，最大可搭载70kg实验载荷。然而在进行落塔实验后，舱内科学实验装置因惯性作用，在急速制动后不可避免被损坏，这对舱内科学实验装置缓震技术以及结构稳定性、可重复性提出较高要求。
[0004]为了研究微重力环境下材料的力学性质，结合微重力落塔实验与静力触探技术，可以对微重力环境下材料力学性质进行测量，深入了重力因素对材料力学性质的影响，能够很好的对后续太空环境工程建设提供先行理论依据，因此本专利技术提供了一种微重力静力触探测试系统及方法，具有独特的缓震技术以及系统稳定性、可重复性，能够很好的适应微重力落塔实验要求，且静力触探技术测量精度高，测量原理清晰明确，可以准确的反映出材料的力学性质。综上所述，本专利技术在对微重力环境下材料的力学性质实验研究中优点突出，可行性强，且实验结果对太空环境建设具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对微重力落塔实验要求，提供一种微重力静力触探测试系统及使用方法，基于静力触探技术，可以实现模型槽内任意点位的触探，触探结果连续准确。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种微重力静力触探测试系统，包括缓震系统、定位系统、静力贯入系统和信号采集系统；
[0007]所述缓震系统包括平板底座1和电磁缓震装置2；平板底座1用于支撑整个系统，其上安装电磁缓震装置2；电磁缓震装置2包括电磁环2.1和继电器2.2，二者产生电磁浮力，用于贯入作业结束后悬浮抬升位于其上的模型箱3；
[0008]所述定位系统，包括竖向滑块5、竖向轨道梁4、横向滑块7、横向轨道梁6、纵向滑块8.1、纵向轨道梁10，用于定位静力贯入系统位置；竖向轨道梁4一端布置于模型箱3内，另一端分别连接横向轨道梁6和纵向轨道梁10；竖向滑块5套接于竖向轨道梁4、横向滑块7套接于横向轨道梁6上，分别进行移动；两横向滑块7间连接纵向轨道梁10，纵向滑块8.1套接于纵向轨道梁10上进行移动；
[0009]所述静力贯入系统，包括CPT探头9、贯入系统8，用于测量贯入过程中的锥尖阻力；
所述CPT探头9基于常规CPT贯入探头简化而成，其包括锥头9.1、空心钢管9.3、传感器9.4；两空心套管9.3组成套管结构，锥头9.1、内部空心钢管9.3.1、传感器9.4依次连接为一体；锥头9.1底部直径与外部空心套管9.3.2外径一致，二者竖向孔隙部分采用柔性密封圈9.2密封；外部套管9.3.2作为传感器9.4竖向受力反力支座；所述贯入系统8包括电机8.2、竖向运动直线模组8.3、夹持装置8.4；电机8.2固定于纵向滑块8.1上，其与竖向运动直线模组8.3连接，用于驱动竖向运动直线模组8.3做竖向运动；夹持装置8.4一端连接竖向运动直线模组8.3，另一端连接传感器9.4，作为CPT探头9受力反力支座，并使得CPT探头9能够进行竖向运动；
[0010]所述信号采集系统11包括上位机11.1、数据采集箱11.2，数据采集箱11.2连接并采集传感器9.4受力参数至上位机11.1。
[0011]一种微重力静力触探测试系统的使用方法，具体步骤如下：
[0012]步骤(1)、组装微重力静力触探测试系统，通过移动横向滑块7以及纵向滑块8.1进行平面定位并锁定静力贯入系统，确保CPT探头9、横向滑块7、纵向滑块8.1不发生旋转以及平面位移；
[0013]步骤(2)、设定电机贯入速度，设定电磁强度以及继电器2.2开始时间，启动电机8.2进行舱外试验，保证整个微重力静力触探测试系统运转正常后，将微重力静力触探测试系统放入微重力落塔实验舱内安装固定，并打开数据采集系统；
[0014]步骤(3)、当微重力落塔实验舱下落前1
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5s，通过无线控制功能启动电机8.2，下落至设定时间后打开继电器2.2，电磁缓震装置2托升静力贯入系统、定位系统、信号采集系统，直至微重力落塔实验舱下落至网兜中。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术完全满足微重力落塔实验要求，测试连续、快速、效率高、功能多，测量结果能够很好的反映受测材料的力学性质；通过无线控制模块，可简单便捷的对电机控制，克服了舱内无法人工控制的问题；测试系统结构稳定，可重复性高，极大的减少实验损耗，进而降低成本。本专利技术可作为微重力落塔实验附属实验装置，可进行各类岩土工程、水利工程的模型试验，提供准确可靠的基本物理力学参数，具有良好的力学前景。
附图说明
[0016]图1(a)为微重力静力触探测试系统主视图；
[0017]图1(b)为微重力静力触探测试系统侧视图；
[0018]图1(c)为微重力静力触探测试系统俯视图；
[0019]图2为贯入系统结构示意图；
[0020]图3(a)为CPT探头结构示意图；
[0021]图3(b)为空心套管结构示意图；
[0022]图4为电磁缓震装置结构示意图；
[0023]图5为信号采集系统示意图。
[0024]图中：1
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平板底座；2
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电磁缓震装置；2.1
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电磁环；2.2
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继电器；3
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模型箱；4
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竖向轨道梁；5
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竖向滑块；6
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横向轨道梁；7
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横向滑块；8
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贯入系统；8.1
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纵向滑块；8.2
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电机；8.3
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竖向运动直线模组；8.4
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夹持装置；9
‑
CPT探头；9.1
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锥头；9.2
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柔性密封圈；9.3
‑
空心
钢管；9.3.1
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内部空心钢管；9.3.2
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外部空心钢管；9.4
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传感器；10
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纵向轨道梁；11
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数据采集系统；11.1
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上位机；11.2
‑
数据采集箱。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微重力静力触探测试系统，其特征在于，所述微重力静力触探测试系统包括缓震系统、定位系统、静力贯入系统和信号采集系统；所述缓震系统包括平板底座(1)和电磁缓震装置(2)；平板底座(1)用于支撑整个系统，其上安装电磁缓震装置(2)；电磁缓震装置(2)包括电磁环(2.1)和继电器(2.2)，二者产生电磁浮力，用于贯入作业结束后悬浮抬升位于其上的模型箱(3)；所述定位系统，包括竖向滑块(5)、竖向轨道梁(4)、横向滑块(7)、横向轨道梁(6)、纵向滑块(8.1)、纵向轨道梁(10)，用于定位静力贯入系统位置；竖向轨道梁(4)一端布置于模型箱(3)内，另一端分别连接横向轨道梁(6)和纵向轨道梁(10)；竖向滑块(5)套接于竖向轨道梁(4)、横向滑块(7)套接于横向轨道梁(6)上，分别进行移动；两横向滑块(7)间连接纵向轨道梁(10)，纵向滑块(8.1)套接于纵向轨道梁(10)上进行移动；所述静力贯入系统，包括CPT探头(9)、贯入系统(8)，用于测量贯入过程中的锥尖阻力；所述CPT探头(9)基于常规CPT贯入探头简化而成，其包括锥头(9.1)、空心钢管(9.3)、传感器(9.4)；两空心套管(9.3)组成套管结构，锥头(9.1)、内部空心钢管(9.3.1)、传感器(9.4)依次连接为一体；锥头(9.1)底部直径与外部空心套管(9.3.2)外径一致，二者竖向孔隙部分采用柔性密封圈(9.2)密封；外部空心套管(9.3.2)作为传感器(9.4)竖向受力反力支座；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱栋梁，王浩，杨庆，杨钢，程晓辉，马嘉铭，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：