[发明专利]一种压力补偿式触探探头及海洋静力触探设备

说明书

本发明公开了一种压力补偿式触探探头及海洋静力触探设备，其属于海洋静力触探技术领域，压力补偿式触探探头包括外壳、传力组件、传感器和油囊，外壳为两端开口的壳体，传力组件位于外壳的一端且密封外壳的开口，传感器位于外壳内并与传力组件连接，传感器包括孔压传感器和锥尖传感器，孔压传感器和锥尖传感器均包括应变桥式压力补偿结构；油囊位于外壳的另一端且密封外壳的开口，油囊的内腔与外壳的内腔连通并形成用于硅油流动的通道。海洋静力触探设备采用上述压力补偿式触探探头，将探头检测到的压力以电压的形式输出，当海水压力变化或者温度变化时，输出电压均为0，能够同时消除温度及海水压力变化对测量产生的非线性影响。

技术领域

本发明涉及海洋静力触探技术领域，尤其涉及一种压力补偿式触探探头及海洋静力触探设备。

背景技术

静力触探是一种原位测试手段，也是一种勘探手段，它和常规的钻探-取样-室内试验等勘探程序相比，具有快速、精确、经济和节省人力等优点，可以满足广大沿海地区的工程勘察需求。

静力触探的基本原理是用准静力(相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不同，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。

海洋静力触探探头用于测试沉积物内部的锥尖阻力、侧摩阻力及孔隙水压力等。目前，静力触探探头的锥尖通过单端受力方式来测试土和水的总应力，由于海水压力随水深增加而不断提高，采用这种结构的探头的量程往往要考虑海水压力的影响。当水深超过1000m时，探头受到的静水压力较大，探头的量程需要比实际测试土体强度高许多，从而导致探头的分辨率降低；对于深海浅层沉积物，其强度范围在10kPa-200kPa范围内，但由于水深较大，探头量程要达到兆帕级。同时由于海水压力的存在，孔隙水压力也需要在静水压力的基础上得到超静水压力，这显然降低了相对测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力补偿式触探探头，以解决现有技术中存在的海水压力使得探头测试量程高，导致探头分辨率低、测量精度低的技术问题。

本发明的目的在于提供一种海洋静力触探设备，以解决现有技术中存在的海水压力影响测试精度的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种压力补偿式触探探头，包括：

外壳，其为两端开口的壳体；

传力组件，位于所述外壳的一端且密封所述外壳的开口；

传感器，位于所述外壳内并与所述传力组件连接，所述传感器包括孔压传感器和锥尖传感器，所述孔压传感器和所述锥尖传感器均包括应变桥式压力补偿结构；

油囊，位于所述外壳的另一端且密封所述外壳的开口，所述油囊的内腔与所述外壳的内腔连通并形成用于硅油流动的通道。

其中，所述锥尖传感器包括中空的柱体，所述柱体上沿周向均匀间隔开设有四个U型通槽，相邻所述U型通槽之间形成测量片，所述U型通槽内侧的部分形成补偿片，所述补偿片与所述测量片沿周向的宽度相等。

其中，所述补偿片与所述测量片上均设置有应变片，相互对称的两个所述应变片串联构成应变桥电路，所述补偿片、所述测量片和所述应变桥电路构成所述应变桥式压力补偿结构。

其中，所述传力组件包括：

传力柱，包括伸出所述外壳之外的受力部和位于所述外壳之内的传力部；

锥尖，位于所述外壳的端部并与所述受力部连接，所述锥尖传感器与所述传力部连接。