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基本信息
- 項目名稱：
- 無電纜靜力觸探雙橋探頭的研制與應(yīng)用
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 靜力觸探是工程地質(zhì)勘察中的一種原位測試方法，其原理是將圓錐形探頭按一定速率勻速壓入土中，量測其貫入阻力(錐頭阻力、側(cè)壁摩阻力)。 代替電纜線傳輸數(shù)據(jù)，我們將一個自主開發(fā)的壓力數(shù)據(jù)采集卡植入靜力觸探頭的外接探桿內(nèi)，量測相應(yīng)的錐尖摩阻力和側(cè)壁摩阻力值。通過采集卡的同步開關(guān)開始定時收集試驗數(shù)據(jù)，做到和深度數(shù)據(jù)采集同步，數(shù)據(jù)采集過程由單片機進(jìn)行程序控制。
- 詳細(xì)介紹：
- 靜力觸探試驗（Static Cone Penetration Test簡稱CPT)是利用準(zhǔn)靜力以恒定的貫入速率將一定規(guī)格和形狀的圓錐探頭通過一系列探桿壓入土中，同時測記貫入過程中探頭所受到得阻力，根據(jù)測得的貫入阻力大小來間接判斷土的物理力學(xué)性質(zhì)的現(xiàn)場試驗方法。 在靜力觸探數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中,觸探頭是量測地基土貫入阻力的關(guān)鍵部件,通過探頭內(nèi)部的傳感器,實現(xiàn)了一系列量的轉(zhuǎn)換,土的強度-土的阻力-傳感器的應(yīng)變-電阻的變化-電壓的輸出。我們在探頭內(nèi)部植入壓力數(shù)據(jù)采集卡，定時測得探頭傳感器的數(shù)據(jù)，將此位置測得的模擬信號經(jīng)高精度線性放大器放大,然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡A/ D 轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)字信號,實驗后取下采集卡通過串行接口接入電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在滾動輪上加上數(shù)字光電編碼器，深度采集卡通過滾軸的變化定時記錄深度數(shù)據(jù)并儲存起來，試驗后通過串行口接入電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。壓力數(shù)據(jù)與深度數(shù)據(jù)對應(yīng)組合，利用相關(guān)軟件進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理，繪制靜力觸探曲線，并將曲線打印出來?，F(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了市場的可行性論證、整體規(guī)劃方案的編寫和技術(shù)設(shè)計要求的編寫。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路： 傳統(tǒng)的靜力觸探采用電纜線傳輸壓力信號和深度信號, 靜力觸探試驗過程中，探頭連接著電纜線存在很多不便，在連接探桿時往往需要幾位人員配合將探桿逐個加上，耗費時間，而且電纜線和連接頭容易損壞，使其應(yīng)用受到了一定局限。同時，取代電纜線傳輸使用無線傳輸?shù)募夹g(shù)還不夠成熟，因為深入地下且安裝在探頭內(nèi)的傳感器輸出的信號很難保證低損耗的傳輸?shù)降孛嫔?，不能保證數(shù)據(jù)的真實可靠，又當(dāng)今各類存儲器廣泛應(yīng)用于生活學(xué)習(xí)中，由此得到啟發(fā)，可以設(shè)計一個數(shù)據(jù)接收存儲模塊（數(shù)據(jù)采集卡），將其植入靜力觸探之中，將現(xiàn)有的帶電纜靜力觸探改進(jìn)為無電纜靜力觸探，解決了電纜傳輸帶來的費時費力耐久性差等問題，同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸嵭院涂煽啃?，達(dá)到省時省力提高工作效率的目的。 2. 創(chuàng)新點（具體參見下表“科學(xué)性先進(jìn)性”）： 試驗時，不需要電纜線，探桿可以隨意連接，大為方便。實驗完成后,將采集卡取下，可以現(xiàn)場和PC相連進(jìn)行現(xiàn)場處理，也可以拿到室內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使其在不必實時顯示野外環(huán)境極其惡劣的條件下使用時，可以避免攜帶貴重而受環(huán)境影響較大的PC機。 3、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： （1）根據(jù)靜力觸探儀的機械原理及工程需求確定改進(jìn)方案，對現(xiàn)有儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行硬件研制和單片機的軟件控制程序設(shè)計。改進(jìn)其微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)計出基于數(shù)據(jù)采集卡的壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和深度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （2）根據(jù)靜力觸探的工程應(yīng)用，對改造后的基于數(shù)據(jù)采集卡的無纜靜力觸探儀進(jìn)行現(xiàn)場測試并設(shè)計出數(shù)據(jù)處理方法。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)先進(jìn)性： 本靜力觸探儀在傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將傳統(tǒng)的有纜數(shù)據(jù)通信改造成利用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲,實現(xiàn)了無纜化通信，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自動化采集、存儲以及串行傳輸。其科學(xué)先進(jìn)性有如下幾點： （1）因為在傳統(tǒng)的靜力觸探試驗過程中，探頭連接著電纜存在很多不便，不但在處理探桿時耗費時間，而且電纜和連接頭容易意外損壞。本靜力觸探儀在試驗時按動采集卡按鈕就可實現(xiàn)現(xiàn)場靜力觸探數(shù)據(jù)的無纜化實時自動采集,使現(xiàn)場試驗更加便捷，節(jié)省人力，試驗數(shù)據(jù)更加可靠。 （2）利用存儲芯片作為數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì),整個采集板卡集成度高。由于使用的芯片功耗較低，延長了鋰電池的工作時間，使板卡性能更趨穩(wěn)定，能夠保存長時間、大容量的數(shù)據(jù)。 （3）采集板卡與PC機串行通信并利用單片機對數(shù)據(jù)采集進(jìn)行控制，可根據(jù)實際需要即時對單片機的軟件控制程序進(jìn)行擦除和修改，不斷優(yōu)化單片機對數(shù)據(jù)的采集和控制，進(jìn)行采集系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 作品于4月30日 在長安大學(xué)挑戰(zhàn)杯決賽中獲得特等獎
作品所處階段
- 開發(fā)市場階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物 圖片 模型 等
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1.技術(shù)特點和優(yōu)勢： （1）試驗時按動采集卡按鈕就可實現(xiàn)現(xiàn)場靜力觸探數(shù)據(jù)的無纜化實時自動采集,使現(xiàn)場試驗更加便捷，節(jié)省人力，試驗數(shù)據(jù)更加可靠。 （2）利用存儲芯片作為數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì),整個采集板卡集成度高。由于使用的芯片功耗較低，延長了鋰電池的工作時間，使板卡性能更趨穩(wěn)定，能夠保存長時間、大容量的數(shù)據(jù)。 2. 適用范圍： 靜力觸探試驗適用于軟土、一般黏性土、粉土和砂土。另外，本靜力觸探還可適用于不方便攜帶PC機的野外條件下使用。 3. 推廣前景的技術(shù)性說明： 我國電測靜力觸探在應(yīng)用上有著充分的經(jīng)驗，在一系列的國標(biāo)、行標(biāo)和權(quán)威院、所的標(biāo)準(zhǔn)上，均有著豐富的實用經(jīng)驗公式。靜力觸探試驗給巖土工程勘察和原位試驗提供了一種有效的方法，因此，不斷對靜力觸探進(jìn)行改造創(chuàng)新，使其更加符合實際應(yīng)用，是靜力觸探的發(fā)展趨勢。
同類課題研究水平概述
- 第一種，中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院張翔提出的基于數(shù)據(jù)采集卡的靜力觸探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提出采用基于PC總線的數(shù)據(jù)采集卡,并利用個人計算機的強大處理能力和硬件資源,設(shè)計出靜力觸探數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)了現(xiàn)場靜力觸探數(shù)據(jù)的實時自動化采集,減輕了工作人員的勞動強度，并利用硬盤作為數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì),能夠保存長時間、大容量的數(shù)據(jù)。但這種技術(shù)忽略了電纜線的問題，探頭連著電纜存在很多不便，不但在處理探桿時耗費時間，電纜和連接頭容易意外損壞。 第二種，歐美大地儀器設(shè)備有限公司研制了無纜全自動靜力觸探系統(tǒng)，利用光學(xué)無纜靜力觸探技術(shù)，將實驗測得數(shù)據(jù)通過探桿頂部的光學(xué)傳感器傳輸給觸探設(shè)備頂部的照相機，數(shù)據(jù)采集儀將照相機傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行即時數(shù)據(jù)儲存和實時顯示，而測試命令通過光學(xué)傳送器從數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送給電子錐，實現(xiàn)無纜的數(shù)據(jù)傳輸和采集控制。但探桿頂部光學(xué)傳感器深入地下，由于光在不同介質(zhì)中的穿透性不一樣，使地面上的照相機接受的光信號受到誤差干擾，且光傳感器和基于機械手的全自動探桿操作系統(tǒng)價格昂貴，推廣應(yīng)用受限，國內(nèi)使用的寥寥無幾。 并且，這兩種改進(jìn)還存在同樣的不足之處：現(xiàn)場需要操作人員攜帶個人計算機并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)處理操作，如果在條件惡劣的野外環(huán)境中則不利于試驗（一般情況下對實時性要求不高）的順利開展，對精密儀器也不利。因此，以上這些關(guān)于靜力觸探的研究還不能很好的滿足實際需要。
