專利名稱：三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種在三軸室內(nèi)高濕度和高壓水環(huán)境中采用壓電陶瓷元測(cè)試土樣波速的裝置。
技術(shù)背景目前，國內(nèi)尚無三軸室內(nèi)土樣縱波和橫波波速測(cè)試的壓電陶瓷元測(cè)試系統(tǒng)和相應(yīng)的裝置，而土樣縱波波速通常采用超聲波法測(cè)試，存在縱波到時(shí)較難判斷的缺點(diǎn)。在三軸室內(nèi)高濕度和高壓水環(huán)境中，國外通常采用環(huán)氧樹脂對(duì)高阻抗壓電陶瓷元進(jìn)行密封并安裝在相應(yīng)部位，但存在環(huán)氧樹脂密封層厚度較大影響壓電陶瓷元?jiǎng)偠取⒚芊鈱尤菀状嬖跉馀菰斐煞莱毙阅茌^差、環(huán)氧樹脂老化防潮性能降低影響傳感器的使用壽命、壓電陶瓷元高頻振動(dòng)造成環(huán)氧樹脂密封層微裂縫而產(chǎn)生短路報(bào)廢等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試的裝置，不僅解決了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的電連接問題，而且解決了高阻抗壓電陶瓷發(fā)射元、接收元(以下簡稱發(fā)射元、接收元)在三軸室內(nèi)的安裝、防水防潮和耐久性問題。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下它包括在三軸室內(nèi)土樣的上壓蓋中置有一發(fā)射元，其呈懸臂狀的一端插入土樣上端，另一端固定在上壓蓋內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線與室外的壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；土樣的下壓蓋中置有一接收元，其呈懸臂狀的一端插入土樣下端，另一端固定在下壓蓋內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線與室外的電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器；與上壓蓋連接有軸向加力桿，與下壓蓋連接有土樣底座或內(nèi)置力傳感器；其特征在于1)發(fā)射元表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣上端中，另一端用環(huán)氧樹脂嵌固在上壓蓋的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料填充發(fā)射元與透水石的空隙，透水石接上排水管，土樣上壓蓋引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓密封，并從密封壓固螺栓中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管的發(fā)射信號(hào)線；2)接收元表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣下端中，另一端用環(huán)氧樹脂嵌固在下壓蓋的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料填充接收元與透水石的空隙，透水石接下排水管，土樣下壓蓋引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓密封，并從密封壓固螺栓中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管的接收信號(hào)線；3)從土樣上、下壓蓋中分別引出套有防水耐壓塑料管或尼龍管的發(fā)射、接收信號(hào)線，通過裝在三軸室底座上加有密封圈的壓固螺栓中引出，分別由發(fā)射屏蔽信號(hào)線、接收屏蔽信號(hào)線接壓電線性放大器及數(shù)字式示波器、電荷放大器。
本實(shí)用新型具有的有益效果是通過采用上述方案，確保了三軸壓力室內(nèi)高壓水環(huán)境中土樣波速測(cè)試之壓電陶瓷傳感器的良好工作狀態(tài)，并使壓電陶瓷傳感器具有極好的防水防潮性能和耐久性；該裝置還具有原理明確、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)。


圖1為三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置原理圖；圖2為土樣上壓蓋或下壓蓋上壓電陶瓷元安裝方法示意圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為壓電陶瓷元發(fā)射、接收信號(hào)線與土樣上壓蓋、下壓蓋或三軸室底座密封連接方法示意圖；圖5為圖4發(fā)射、接收信號(hào)線與三軸室底座密封連接方法的另一種連接示意圖。
圖中1、軸向加力桿 2、上排水管 2’、下排水管 3、上壓蓋 3’、下壓蓋 4、壓電陶瓷發(fā)射元 4’、壓電陶瓷接收元 5、三軸室 6，6’、透水石 7，7’、密封壓固螺栓 8，8’、分別為裝在防水耐壓塑料或尼龍管中的發(fā)射、接收信號(hào)線 9、土樣 10，10’、分別為發(fā)射、接收信號(hào)線與三軸壓力室底座的密封裝置 11，11’、分別為發(fā)射、接收屏蔽信號(hào)線 12、土樣底座 13、三軸室底座 14、柔性填充材料 15、環(huán)氧樹脂 16、防水耐壓塑料或尼龍信號(hào)線管17、尼龍(橡膠)密封圈+紫銅密封墊+止水生料帶 18、密封壓固螺栓19、底座信號(hào)線通道。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，它包括在三軸室5內(nèi)土樣9的上壓蓋3中置有一發(fā)射元4，其呈懸臂狀的一端插入土樣9上端，另一端固定在上壓蓋3內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線11與室外的壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；土樣9的下壓蓋3’中置有一接收元4’，其呈懸臂狀的一端插入土樣9下端，另一端固定在下壓蓋3’內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線11’與室外的電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器；與上壓蓋3連接有軸向加力桿1，與下壓蓋3’連接有土樣底座12或內(nèi)置力傳感器。
1)發(fā)射元4表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣9上端中，另一端用環(huán)氧樹脂15嵌固在上壓蓋3的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料14填充發(fā)射元4與透水石6的空隙，透水石6接上排水管2，土樣上壓蓋3引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓7密封，并從密封壓固螺栓7中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的發(fā)射信號(hào)線8；2)接收元4’表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣9下端中，另一端用環(huán)氧樹脂15嵌固在下壓蓋3’的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料14填充接收元4’與透水石6’的空隙，透水石6’接下排水管2’，土樣下壓蓋3’引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓7’密封，并從密封壓固螺栓7’中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的接收信號(hào)線8’；3)從土樣9上、下壓蓋3、3’中分別引出套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的發(fā)射、接收信號(hào)線8、8’，通過裝在三軸室底座13上加有密封圈17的壓固螺栓10、10’中引出，分別由發(fā)射屏蔽信號(hào)線11、接收屏蔽信號(hào)線11’接壓電線性放大器及數(shù)字式示波器、電荷放大器。
三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置的發(fā)射元4和接收元4’為高阻抗壓電陶瓷元傳感器，表面用環(huán)氧樹脂密封。
如圖4所示，試驗(yàn)上壓蓋3引出信號(hào)線口加有密封圈17，用密封壓固螺栓7密封，并從密封壓固螺栓7中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的發(fā)射信號(hào)線8；試驗(yàn)下壓蓋3’引出信號(hào)線口加有密封圈17，用密封壓固螺栓7’密封，并從密封壓固螺栓7’中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的接收信號(hào)線8’。
如圖5所示，從土樣9上、下壓蓋3、3’中分別引出套有防水耐壓塑料管或尼龍管16的發(fā)射、接收信號(hào)線8、8’，通過裝在另一個(gè)密封壓固螺栓18上加有密封圈17的壓固螺栓10、10’和裝在三軸室底座13上的壓固螺栓18，從三軸室底座13的通道19中引出，分別由發(fā)射屏蔽信號(hào)線11、接收屏蔽信號(hào)線11’接壓電線性放大器及數(shù)字式示波器、電荷放大器。
密封圈17是由尼龍密封圈+紫銅密封墊+止水生料帶組成，或由橡膠密封圈+紫銅密封墊+止水生料帶組成。
壓電陶瓷元4、4’在三軸室5內(nèi)的防水防潮安裝是本測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵，可通過以下方法實(shí)現(xiàn)在高阻抗壓電陶瓷元4、4’和其接線基座的表面用含適量固化劑的環(huán)氧樹脂密封，密封層要均勻，不宜太厚，不得有氣泡存在，以確保密封層的防水防潮性、韌性和抗老化性能；壓電陶瓷元4、4’需插入土樣中一端呈懸臂狀態(tài)，其接線基座的一端嵌入土樣9上壓蓋3或下壓蓋3’的安裝槽內(nèi)，由環(huán)氧樹脂15填充固定。
其工作過程是在三軸室5內(nèi)，環(huán)氧樹脂密封的發(fā)射元4一端插入土樣9上端，另一端用環(huán)氧樹脂15嵌固在土樣9上壓蓋3中，并通過防水防潮屏蔽發(fā)射信號(hào)線8、11經(jīng)三軸室底座13與函數(shù)發(fā)生器電連接；環(huán)氧樹脂密封的接收元4’一端插入土樣9下端，另一端用環(huán)氧樹脂15嵌固在土樣9下壓蓋3’中，并通過防水防潮屏蔽接收信號(hào)線8’、11’經(jīng)三軸室底座13與數(shù)字式示波器電連接；當(dāng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生一脈沖信號(hào)經(jīng)壓電線性放大器放大后，傳至發(fā)射元4和數(shù)字式示波器，發(fā)射元4將產(chǎn)生一微弱縱向或橫向振動(dòng)，在土樣9中產(chǎn)生一以縱波或橫波為主的波，通過土樣9傳至接收元4’并接收，經(jīng)電荷放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后，在示波器上通過與來自壓電線性放大器的初始發(fā)射脈沖信號(hào)對(duì)比，得到波在土樣9中的傳播時(shí)間，由土樣9的長度和波的傳播時(shí)間計(jì)算得到土樣9的波速。
權(quán)利要求1.三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，它包括在三軸室(5)內(nèi)土樣(9)的上壓蓋(3)中置有一發(fā)射元(4)，其呈懸臂狀的一端插入土樣(9)上端，另一端固定在上壓蓋(3)內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線(11)與室外的壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；土樣(9)的下壓蓋(3’)中置有一接收元(4’)，其呈懸臂狀的一端插入土樣(9)下端，另一端固定在下壓蓋(3’)內(nèi)并經(jīng)屏蔽信號(hào)線(11’)與室外的電荷放大器連接，電荷放大器接數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器；與上壓蓋(3)連接有軸向加力桿(1)，與下壓蓋(3’)連接有土樣底座(12)或內(nèi)置力傳感器；其特征在于1)發(fā)射元(4)表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣(9)上端中，另一端用環(huán)氧樹脂(15)嵌固在上壓蓋(3)的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料(14)填充發(fā)射元(4)與透水石(6)的空隙，透水石(6)接上排水管(2)，土樣上壓蓋(3)引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓(7)密封，并從密封壓固螺栓(7)中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的發(fā)射信號(hào)線(8)；2)接收元(4’)表面用環(huán)氧樹脂密封，呈懸臂狀的一端插入土樣(9)下端中，另一端用環(huán)氧樹脂(15)嵌固在下壓蓋(3’)的安裝槽內(nèi)，并用柔性材料(14)填充接收元(4’)與透水石(6’)的空隙，透水石(6’)接下排水管(2’)，土樣下壓蓋(3’)引出信號(hào)線口用密封壓固螺栓(7’)密封，并從密封壓固螺栓(7’)中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的接收信號(hào)線(8’)；3)從土樣(9)上、下壓蓋(3、3’)中分別引出套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的發(fā)射、接收信號(hào)線(8、8’)，通過裝在三軸室底座(13)上加有密封圈(17)的壓固螺栓(10、10’)中引出，分別由發(fā)射屏蔽信號(hào)線(11)、接收屏蔽信號(hào)線(11’)接壓電線性放大器及數(shù)字式示波器、電荷放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，其特征在于所說的發(fā)射元(4)和接收元(4’)為高阻抗壓電陶瓷元傳感器，表面用環(huán)氧樹脂密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，其特征在于試驗(yàn)上壓蓋(3)引出信號(hào)線口加有密封圈(17)，用密封壓固螺栓(7)密封，并從密封壓固螺栓(7)中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的發(fā)射信號(hào)線(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，其特征在于試驗(yàn)下壓蓋(3’)引出信號(hào)線口加有密封圈(17)，用密封壓固螺栓(7’)密封，并從密封壓固螺栓(7’)中引出外套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的接收信號(hào)線(8’)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，其特征在于從土樣(9)上、下壓蓋(3、3’)中分別引出套有防水耐壓塑料管或尼龍管(16)的發(fā)射、接收信號(hào)線(8、8’)，通過裝在另一個(gè)密封壓固螺栓(18)上加有密封圈(17)的壓固螺栓(10、10’)和裝在三軸室底座(13)上的壓固螺栓(18)從三軸室底座(13)的通道(19)中引出，分別由發(fā)射屏蔽信號(hào)線(11)、接收屏蔽信號(hào)線(11’)接壓電線性放大器及數(shù)字式示波器、電荷放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置，其特征在于所說的密封圈(17)是由尼龍密封圈+紫銅密封墊+止水生料帶組成，或由橡膠密封圈+紫銅密封墊+止水生料帶組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三軸室內(nèi)壓電陶瓷元土樣波速測(cè)試裝置。包括在三軸室內(nèi)土樣的上、下壓蓋中分別置有用環(huán)氧樹脂密封的發(fā)射元、接收元，其呈懸臂狀的一端插入土樣中，另一端用環(huán)氧樹脂填充固定，引出線口用密封壓固螺栓密封，套有防水耐壓管的引出信號(hào)線經(jīng)三軸室底座上的密封壓固螺栓引至室外，分別接屏蔽信號(hào)線。發(fā)射信號(hào)線與壓電線性放大器及數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器連接，壓電線性放大器與任意函數(shù)發(fā)生器連接；接收信號(hào)線經(jīng)電荷放大器與數(shù)字式示波器和存儲(chǔ)器連接。本裝置確保三軸室內(nèi)高壓水環(huán)境中土樣波速測(cè)試之發(fā)射元、接收元的良好工作狀態(tài)，具有極好的防水防潮性能和耐久性。該裝置還具有原理明確、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01H5/00GK2602355SQ0226161
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月12日
發(fā)明者陳云敏, 姬美秀, 黃博, 王立忠 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)