[发明专利]一种孔压静力触探探头的温度补偿和维间解耦方法

说明书

本发明公开了一种孔压静力触探探头的温度补偿和维间解耦方法。该方法首先根据多功能孔压静力触探探头和三通道传感器的测量方式，建立温度补偿模型，以多功能孔压静力触探探头的输出作为样本数据，回归出模型参数，进行温度补偿。其次，根据多功能孔压静力触探探头的工作原理，分析多功能孔压静力触探探头的负载与多功能孔压静力触探探头传感器输出的之间的关系，建立非线性回归模型，并将多功能孔压静力触探探头的输出作为初始样本，采用最小二乘法回归出模型参数，进行非线性解耦。本发明解决了多功能孔压静力触探探头的温度影响和维间耦合的问题，实现了多功能孔压静力触探探头负载真实输出。

技术领域

本发明属于岩土工程技术，具体涉及一种孔压静力触探探头的温度补偿和维间解耦方法。

背景技术

静力触探是用静力将探头按一定的速率匀速压入土中，连续测量其贯入阻力(锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力)。静力触探是一种简单、快速、准确和经济的岩土工程原位测试方法。在该测试方法中，锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力采集参数由室内标定获得，其原理就是分别对单个通道逐级施加载荷，读取该通道的传感器输出，最后拟合该通道传感器输出与输入的线性关系曲线。

常规的方法是拟合单个通道的传感器输出与输入关系，并未考虑温度对传感器输出的影响和其他通道对该通道的耦合。在实际应用中，由于传感器本身的特性，温度对多功能孔压静力触探测试系统三通道传感器输出的影响不能简单忽略；由于机械加工和贴片误差等原因无法把多功能孔压静力触探测试系统当作三通道互不影响的线性测试系统。为了解决这些问题，本发明引入了温度补偿和非线性解耦模型，考虑了温度对传感器输出的影响以及三个通道之间的相互耦合。

发明内容

发明目的：根据上述现有技术的不足，本发明提供一种孔压静力触探探头的温度补偿和维间解耦方法，该方法解决了多功能孔压静力触探探头的温度影响和维间耦合的问题，实现了多功能孔压静力触探探头负载真实输出。

技术方案：一种孔压静力触探探头的温度补偿和维间解耦方法，包括以下步骤：

(1)建立孔压静力触探探头传感器的温度补偿模型，包括构建孔压静力触探探头中传感器输出数据受温度影响的数学表达式；

(2)根据不同温度下传感器的实际输出的样本数据，通过最小二乘法回归出温度补偿模型中的待确定参数；

(3)通过样本数据采样交叉验证温度补偿模型的准确性测试及修正模型；

(4)建立孔压静力触探探头负载与孔压静力触探探头传感器的输出之间的维间解耦模型；

(5)根据样本数据通过最小二乘法分别对孔压静力触探探头传感器通道进行非线性回归，确定维间解耦模型中待确定参数；

(6)通过样本数据交叉验证的方式对维间解耦模型准确性进行测试并修改正。

进一步的，所述方法中样本数据包括不同温度下孔压静力触探探头传感器采集的数据，所述的孔压静力触探探头传感器通道为三个。

进一步的，步骤(1)所述的温度补偿模型的数学表达式如下：

式中，ΔT＝T-T₀为实际温度与标准温度的差；F_O＝(F_XO,F_YO,F_ZO)^T为三通道传感器在实际温度下的输出；F_S＝(F_XS,F_YS,F_ZS)^T为三通道在负载与实际温度相同时，标准温度下传感器的输出；K_ij(i＝1,2,3j＝1,2)为待定参数，由传感器的温度特性决定；ξ＝(ξ₁,ξ₂,ξ₃)^T为三通道的随机误差。