[发明专利]一种多功能数字式岩土静力触探测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程原位测试领域，具体涉及一种多功能数字式岩土静力触探测试系统。

背景技术

  静力触探利用准静力，以一定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据探头测得的力、波速、电阻率等变量来间接判定土壤的物理学性质。该测试技术能够在不扰动土层的情况下，提供土层和土力学参数信息，是工程勘察中使用的一种重要的原位测试技术。相比室内土工试验，它具有效率高、经济、反映真实情况和不破坏土体内应力等特性。

  但是，根据对目前国内已有的岩土静力触探测试设备和多次岩土静力触探现场操作试验的研究，传统静力触探仪系统架构陈旧，模拟信号传输在电缆中损耗大、容易失真，单桥探头和双桥探头互换时需要换电缆线非常耗时而且效率很低。同时，传统岩土静力触探设备功能单一，无法同时测量同一位置多个参量。国内现有的无缆静力触探装置不能对试验过程进行实时监测，而且不能很好地保证与深度信号的同步采集。贯入采集深度间距多样，国内传统岩土静力触探深度采样间距为10cm，美国Vertek-Hogentogler岩土静力触探深度采样间距是5cm，荷兰Geomil岩土静力触探深度采样间距是2cm。在岩土静力触探试验过程中，贯入岩土中的探杆会发生倾斜，这不仅对采集的数据产生影响，严重时会造成探杆折断而损坏设备。 

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种多功能数字式岩土静力触探测试系统，该方法使用CAN总线进行各模块节点的通信，并且该岩土静力触探测试系统能够组合锥尖阻力、测摩阻力、孔压力数据测量模块、电阻率数据测量模块、剪切波速数据测量模块和倾斜角测量等模块，从而实现对目前触探试验中使用的单桥、双桥和三桥岩土静力触探探头的兼容，智能化的变送器输出的值为各测试参量的读数，CAN总线的数据传输模块实现系统的数字式、组合式和多功能特性，消除信号传输过程中电缆的影响，触探深度变化指示器实时显示深度及其变化率，与智能变送器各数据测量模块以及岩土静力触探数据处理终端进行数据交换，从而实现各模块之间的数据通信。

  为了解决静力触探测试系统中地下系统与地上系统数据传输过程中传输电缆对信号损耗的问题，本发明需要提供一种远距离数字信号传输的岩土静力触探测试方案。 

为了解决存储卡式无缆静力触探仪无法实时监控试验过程，无法观测测试参量实时变化情况的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实时监测的岩土静力触探测试方案，地上系统应该具有数据处理终端进行实时监控。 

为了解决兼容不同深度采样间距，本发明所要解决的问题是岩土静力触探数据处理终端能够设置深度采样间距。 

为了监控试验过程中探杆贯入的倾斜状态，本发明所要解决的问题是需要加载测量倾斜状态的传感器，并且岩土静力触探数据处理终端能够实时显示探杆处于岩土中的姿态。 

  所述的岩土静力触探测试系统包括岩土静力触探组合式传感器智能变送器，基于CAN总线的数据传输仲裁单元，触探深度变化指示器和岩土静力触探数据处理终端。 

所述岩土静力触探组合式传感器智能变送器包括岩土静力触探锥尖阻力、侧摩阻力、孔压力数据测量模块、电阻率数据测量模块、剪切波速数据测量模块、倾斜角测量模块。参数测量模块可以相互组合，组合模块在电路上通过CAN数据总线级联及实现远程数据传输。 

所述岩土静力触探传感器智能变送器数据测量模块包括岩土静力触探传感器接口，模拟信号调理模块，模数转换模块，微控制器，电源模块，CAN总线的数据传输模块。所述传感器数据接口兼容目前触探试验中使用的单桥、双桥和三桥静力触探传感器。 

所述模拟调理电路由放大模块、模拟滤波模块和零点自动调节模块构成，所述放大模块使用仪用放大器，零点自动调节模块使用数字式电位计自动调节。 

所述智能变送器锥尖阻力量程为40MPa，理论测试精度为0.002KPa；侧摩阻力量程为1MPa，理论测试精度为0.060Pa；孔压力量程为±1MPa，理论测试精度为0.119Pa。 

所述电源模块由岩土静力触探地上系统提供12V直流电，负责岩土静力触探地下系统的供电，包括传感器电桥电源和数据采集传输模块。 

所述智能变送器数据测量模块使用了FIR数字滤波技术，能够保证采集数据线性相位特性，滤除噪声干扰信号。 

所述智能变送器直接输出测试参量的值，测试参量的值保留3位小数，数据扩大1000倍后进行传输，每一位数字都以对应的ASCII码进行传输。