[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

说明书

技术领域

本发明涉及土样测量领域，具体涉及一种土样胀缩变化的自动测量系统及其测量方法。

背景技术

土样胀缩变化的测量是工程和土工试验中一种常见的测量内容，传统的测量方法，利用游标卡尺、膨胀仪或收缩仪进行土的轴向位移测量，分析土样的胀缩变化。

这些方法中量具都必须和土样接触，虽然接触压力不大，但对于一些质地柔软的土样，不允许量具与土样的接触，否则会在土样表面留下压印或划痕，影响测量精度。同时传统的检测方法大多采用人工方式进行测量，效率低、耗时多、劳动强度大和测量点重复性差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种土样胀缩变化的自动测量系统，该测量系统可靠性好、检测精度高、自动化程度高，能够非接触式测量土样的胀缩变化。

为了实现上述目的，本发明土样胀缩变化的自动测量系统包括安装在支撑底盘上的测试台，测试台上放置待测土样，待测土样的上方设有激光位移传感器组件，激光位移传感器组件包括分布在同一高度平面上的三组激光头，三组激光头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与待测土样表面的距离，再计算出激光头与待测土样表面的垂直高度，结合激光头与测试台表面的垂直高度，做差后即能够得到待测土样的厚度。

支撑底盘上安装支撑架，激光位移传感器组件通过支撑架设置在待测土样的上方。

所述的激光位移传感器组件通过高度调节旋钮与支撑架连接，所述的支撑架上设置有能够与高度调节旋钮相配合的高度活动滑槽。

所述的激光位移传感器组件一体式连接触屏计算机控制系统。

所述的触屏计算机控制系统上具有USB接口以及触屏控制按钮。

所述的测试台上安装有用于调节自身在支撑底盘上位置的纵向调整旋钮与水平调整旋钮。

本发明土样胀缩变化的自动测量方法，包括以下步骤：

1)将制好的待测土样放置在测试台上；

2)将待测土样调整至正对三组激光头，并调整好激光位移传感器组件的高度；

3)打开三组激光头，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。

所述h的具体计算方法如下：

输入θ1，θ2，θ3(激光束与中垂线的夹角)，将t1，t2，t3(三条激光束自发出至返回经历的时间)带入公式：

L1＝(v*t1)/2，

L2＝(v*t2)/2，

L3＝(v*t3)/2，v为光速；

再将L1、L2、L3(激光束的长度)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：

u3＝-(a1+b1*u2)；

最后带入公式：

当b1＝b2时：

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a2*(b3-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

2)当b1＝b3时：

u2＝(a1*a2+a2*a3+a1*a3)/(a3*(b2-b1))；

u3＝-(u2*b1+a1)；

3)当b1＝b2＝b3时：

h＝b1＝b2＝b3。