[发明专利]一种土样胀缩变化的自动测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：包括安装在支撑底盘(1)上的测试台(4)，测试台(4)上放置待测土样，待测土样的上方设有激光位移传感器组件(8)，激光位移传感器组件(8)包括分布在同一高度平面上的三组激光头(7)，三组激光头(7)同时发射激光脉冲经过待测土样反射后，被激光位移传感器组件(8)接收；

根据三组激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，分别计算所述三组激光头(7)与待测土样表面的距离，再计算出激光头(7)与待测土样表面的垂直高度，结合激光头(7)与测试台(4)表面的垂直高度，做差后即能够得到待测土样的厚度。

2.根据权利要求1所述土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：支撑底盘(1)上安装支撑架(3)，激光位移传感器组件(8)通过支撑架(3)设置在待测土样的上方。

3.根据权利要求1所述土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：所述的激光位移传感器组件(8)通过高度调节旋钮(10)与支撑架(3)连接，所述的支撑架(3)上设置有能够与高度调节旋钮(10)相配合的高度活动滑槽(11)。

4.根据权利要求1所述土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：所述的激光位移传感器组件(8)一体式连接触屏计算机控制系统(9)。

5.根据权利要求4所述土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：所述的触屏计算机控制系统(9)上具有USB接口(12)以及触屏控制按钮(13)。

6.根据权利要求1所述土样胀缩变化的自动测量系统，其特征在于：所述的测试台(4)上安装有用于调节自身在支撑底盘(1)上位置的纵向调整旋钮(5)与水平调整旋钮(6)。

7.一种基于权利要求1-6中任意一条权利要求所述土样胀缩变化的自动测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将制好的待测土样放置在测试台(4)上；

2)将待测土样调整至正对三组激光头(7)，并调整好激光位移传感器组件(8)的高度；

3)打开三组激光头(7)，使之向待测土样发射激光脉冲，激光脉冲经过待测土样反射后，被激光位移传感器组件(8)接收，记录激光脉冲发出到返回被接收所经历的时间t；

4)按照下式计算待测土样厚度d：

d＝s-h；

上式中，h为激光头到待测土样表面的垂直高度；

s为激光头到测试台表面的高度。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述h的具体计算方法如下：

输入激光束与中垂线的夹角θ1、θ2、θ3，将三条激光束自发出至返回经历的时间t1、t2、t3带入公式，求解得到激光束的长度L1、L2、L3；

L1＝(v*t1)/2，

L2＝(v*t2)/2，

L3＝(v*t3)/2，v为光速；

再将激光束的长度L1、L2、L3带入公式：

a1＝L1*sinθ1；

a2＝L2*sinθ2；

a3＝L3*sinθ3；

b1＝L1*cosθ1；

b2＝L2*cosθ2；

b3＝L3*cosθ3；

1)当b1≠b2且b1≠b3时：

u1=(a2+2*a1+(a3+2*a1)*b1-b22*(b3-b1))/(3*(a2+a3*b2-b1b3-b1));]]>

u2=a3+2*a1+3*a3*u12*(b3-b1);]]>

u3＝-(a1+b1*u2)；

最后带入公式：

h=|u3|/1+u1*u1+u2*u2;]]>

当b1＝b2时：

u1=(a2+2*a1)/(3*a2);]]>

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a2*(b3-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

h=|u3|/1+u1*u1+u2*u2;]]>

2)当b1＝b3时：

u1=-(a3+2*a1)/-(3*a3);]]>

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a3*(b2-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

h=|u3|/1+u1*u1+u2*u2;]]>

3)当b1＝b2＝b3时：

h＝b1＝b2＝b3。