[实用新型]一种可测量当前土层深度的三方向土压力盒

说明书

技术领域

本实用新型属于土壤测试仪器领域，涉及土压力盒，具体涉及一种可测量当前土层深度的三方向土压力盒。

背景技术

根据《GB4478-1984振动压路机性能试验方法》的规定，在一款新型压路机试制成功后，需要对其各个性能指标进行检测。其中，压路机性能试验中最重要的一项检测项目是压实度的测试。该项试验一般在底部和侧面用混凝土筑好的室内土槽内进行。为了研究压路机不同振幅压实作业过程中激振力的传播过程，需要在预压两遍的土中埋入压力盒。压力盒的埋布深度一般在距离土表20～70cm的范围内。然后使压路机在埋布土压力盒的土表进行多遍振动压实。当压路机从埋布压力盒的土表振动压实经过时，压力盒能够感知其所在深度处的振动参数，并将各信号传入数据采集仪，从而达到研究不同深度下压路机激振力的传播效果的目的。

然而，由于压实过程中，土壤在压路机的振动压实作用下不断产生沉降，埋入土壤内的压力盒在每遍压实过后的实际埋入深度也发生了变化，这一变化一方面是由于压力盒上部的土壤在振动压实作用下产生了体积上的压缩引起的，另一方面是由于压力盒下部的土壤被压缩引起的。也就是说，每遍压实过后，压力盒采集的信号所在的深度已经发生了变化。在现有的技术条件下，若想测得压力盒每遍压实后的实际深度，需要将压力盒挖出，测量其所在位置距离土表的深度。然后再将其埋入，继续进行下一遍的压实试验。但是在压力盒挖出与埋入的过程中，压力盒埋入处的土壤压实结构遭到了破坏，进行下一遍压实的过程中，压力盒测得的信号便不太准确了，这影响了压路机振动压实作业过程中土压力的传播实验结果的准确性。

另外，振动压路机的振动压实作用在土壤中的传播是呈扩散状的，为了更好的研究压路机振动波在土壤中的传播过程，需要在振动压路机作业过程中对不同深度下的平行于压路机前进方向，垂直于压路机前进方向以及与竖直方向上的振动波进行连续的检测和记录。这就要求土压力盒本身具有同时检测并记录三向土压力的功能。

但是，目前市场上现有的土压力盒一次只能测试一个方向的振动波，虽然自制三方向支架能够保证三向土压力的测量，但往往可靠性程度不高，且容易在压路机的振动压实作用下产生倾斜。专利《三向振弦式压力传感器》（专利号：ZL200920106234.9）提出了一种三方向的压力传感器，但是一方面采用的是一次膜板结构，传感器本身的精度不够，另一方面不具备实时测量所在深度的功能，因此并不能满足实验研究的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种可测量当前土层深度的三方向土压力盒，解决当前压路机性能试验过程中出现的无法同时测量三方向土压力以及无法测量压力盒深度的问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种可测量当前土层深度的三方向土压力盒，包括立方壳体、超声波测距传感器、工作腔和立方形的信号处理箱，信号处理箱安装在立方壳体内部的一个角落，信号处理箱与立方壳体不接触的三条相互垂直的棱与相平行的立方壳体的三条相互垂直的棱之间分别通过隔板隔开，隔板把立方壳体除信号处理箱占据的空间外的剩余空间分隔为三个相同的工作腔，在工作时处于正上方的一个工作腔的表面安装有超声波测距传感器；

所述的立方壳体与信号处理箱不接触的三个面设置为一次膜片；

所述的工作腔中包括二次膜片、传力轴、电磁线圈、钢弦、弦夹和横梁，钢梁的一端固定在立方壳体的竖直内壁上，钢梁的另一端固定在隔板上，横梁与一次膜片平行安置用于支撑二次膜片，二次膜片的一端卡在隔板和一次膜片形成的夹角中，二次膜片的另一端支撑在横梁上，传力轴设置在二次膜片的中间位置用于传递外界土层施加在一次膜片上的压力，传力轴下端安装有电磁线圈，电磁线圈下方安置有钢弦，钢弦通过两个弦夹固定在二次膜片上；

所述的信号处理箱内部安装有单片机，电磁线圈通过输电线与单片机的输入端相连，超声波测距传感器通过信号输入线与单片机的输入端相连，单片机的输出端连接有用于与外部设备相连的信号输出线。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的钢弦与二次膜片的对角线方向平行。

所述的超声波测距传感器采用UT18-750-PSL4型超声波测距传感器。

所述的单片机采用80C196KC型单片机开发板。

所述的输电线之间通过安装在横梁上的连接头连接，所述的信号输入线之间通过安装在横梁上的连接头连接。

本实用新型的土压力盒与现有的土压力盒相比，具有如下技术优点：

（1）能够同时的测量作用在立方体结构三个方向上的土压力以及实时深度，为研究振动在土壤中的传播提供方便。