[实用新型]一种钻孔剪切试验数据自动采集控制系统

说明书

本实用新型公开了一种钻孔剪切试验数据自动采集控制系统。它包括用于采集剪切头剪切应力并转化为数字信号的数据采集系统、用于接收数字信号和用于电机控制信号的自动化控制系统、以及用于根据控制信号驱动剪切头进行剪切的电机驱动系统，所述数据采集系统包括依次串联的压力传感器、信号处理模块和数据采集模块，所述电机驱动系统包括电机和控制电机转动速度的电机驱动模块，所述数据采集模块的数据输出端连接自动化控制系统的数据输入端，所述自动化控制系统的控制信号输出端连接电机驱动模块信号输入端，所述电机驱动模块的信号输出端连接电机的驱动端。本实用新型操作简便、工作性能稳定、试验成功率高，减少了试验的人员数量和劳动强度，提高了试验效率。

技术领域

本实用新型属于岩土性能数据采集技术领域，具体涉及一种钻孔剪切试验数据自动采集控制系统。

背景技术

钻孔剪切试验(Borehole Shear Test，简称BST)是一种在预钻孔内的侧壁进行剪切试验获得土体粘聚力和内摩擦角的原位测试方法，可应用于桩基承载力，边坡、挡墙、深基坑设计以及滑坡地质调查等工程。

与室内直剪试验相比，钻孔剪切试验在现场钻孔中直接进行剪切试验，避免了对试验土体的扰动，对难以取样的饱和状态的黏土、粉土和砂土等，钻孔剪切试验的优势更加明显。因此，钻孔剪切试验受到岩土专业工程师和科研者的喜爱，近年在国内的应用研究越来越广泛。

现有的剪切试验设备如图1所示，通过气罐1、输气管2对剪切头3施加压力，由手摇式的涡轮结构4驱动剪切头进行剪切，采用压力表5显示剪切应力，通过人工手动记录剪切应力，该设备自动化和智能化程度较低，在试验过程中主要存在问题如下：

1、人工手摇剪切速率不均，致使试验成功率低：一级压力试验均需要1人连续摇动手柄，转速须保持约2转/秒，共400～800转，时长3～5分钟，每一试验点共需进行5级压力试验，总耗时30～60分钟；由于劳动强度大，常常由于试验人员身体疲惫、剪切速率不均衡，冲击破坏试验土体，剪切应力曲线无法出现峰值，导致试验失败。

2、数据记录准确率不高，影响试验准确性：试验过程的剪切应力由指针式压力表显示，需要要1名试验记录人员记录剪切应力，记录频率2～5s/次；由于剪切持续进行，剪切应力随时间不断变化，人工读数难以精确，常出现错读或少读的情况。

3、数据分析处理效率低下：现场试验结束后，试验人员需对试验数据进行处理，手绘或利用excel等软件绘制剪切应力与时间等相关图表，计算剪切参数值，并整理试验成果报告，工作量大，效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种自动化程度高、数据采集方便、效率高的钻孔剪切试验数据自动采集控制系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种钻孔剪切试验数据自动采集控制系统，包括用于采集剪切头剪切应力并转化为数字信号的数据采集系统、用于接收数字信号和用于电机控制信号的自动化控制系统、以及用于根据控制信号驱动剪切头进行剪切的电机驱动系统，所述数据采集系统包括依次串联的压力传感器、信号处理模块和数据采集模块，所述电机驱动系统包括电机和控制电机转动速度的电机驱动模块，所述数据采集模块的数据输出端连接自动化控制系统的数据输入端，所述自动化控制系统的控制信号输出端连接电机驱动模块信号输入端，所述电机驱动模块的信号输出端连接电机的驱动端。

进一步地，所述信号处理模块包括串联的信号放大模块和滤波模块，所述信号放大模块输入端连接压力传感器输出端，滤波模块输出端连接数据采集模块输入端。

进一步地，所述自动化控制系统包括单片机，所述单片机数据输入端连接数据采集模块数据输出端、控制信号输出端连接电机驱动模块信号输入端。

进一步地，所述自动化控制系统还包括用于监测电机工作电流的驱动电流检测模块，所述驱动电流检测模块输入端连接电机驱动模块的数据输出端、输出端连接单片机的信号输入端。