专利名称：基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，涉及岩土工程领域。
背景技术：
土的三轴剪切试验、土的直接剪切试验和土体固结试验均属于土力学常规物性试验，其目的是用于获取土体的基本物理力学指标。其中土的三轴剪切试验是将土样放置在三轴仪的压力容器内，通过记录在控制排水条件下施加周围应力的环境里土样受不同大小剪应力时剪切变形来确定土样的抗剪强度参数。土的直接剪切试验是将制备好的土样放置于直剪仪容器内，通过记录土样受不同大小剪应力时剪切变形来确定土样的抗剪强度参数。土体固结试验是将制备好的土样放置在固结仪内，通过记录土样在侧限条件下变形与时间一压力的关系确定土压缩性的高低。目前，上述试验主要是利用基础的试验设备或者是成套的商用试验系统来实现的。在使用基础的试验设备进行试验的过程中，需根据不同的试验要求在施加载荷后按相应的时间间隔记录变形状态，甚至在一些试验中还需要测得施加载荷长时间后土样稳定时的变形值。这样使得试验过程中试验数据的采集与记录复杂，且试验过程持续时间长从而降低了试验的效率；同时由于人工读数误差较大，往往也造成了试验结果的不准确。如果选择使用成套的商用试验系统，则会大大增加了试验的成本。
发明内容
为了避免试验过程中数据采集与记录的复杂与不准确，同时又不增加太多的经费投入。本发明提供一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，对现有的土力学基础试验设备进行改进，使得试验系统能够按照试验需求自动准确地读取和记录土样在承受相应荷载下不同时刻 的位移变形量，并能按照规范要求自动绘制出相应的关系图谱。本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的:基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，包括:三轴仪、三速电动等应变直剪仪，高压固结仪，所述三轴仪设有轴力传感器、第一位移传感器；所述三速电动等应变直剪仪设有第二位移传感器；所述高压固结仪设有第三位移传感器；所述轴力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器通过cDAQ数据采集系统连接PC机，所述PC机设有虚拟控制界面。所述三轴仪包括⑶S压力控制系统，⑶S压力控制系统连接压力源。所述⑶S压力控制系统包括:⑶S围压系统，⑶S反压系统。所述轴力传感器安装在三轴仪的轴力导杆上。所述第一位移传感器为两个，分别安装在三轴仪的压力室上盖两端。本发明一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，结构简单，制作成本低，数据采集精准快速，而且使用方便。在相关试验中，本发明系统能按设定的时间间隔自动采集数据，取代了传统试验中长时间频繁观测记录数据的人工劳动。本发明系统充分发挥了传感器采集数据精确快速和计算机处理数据准确高效的特性，能对数据快速采集同时实时在线快速分析处理，做到数据采集与处理的自动化、准确化、高速化，大大地提高工作效率。
图1为本发明系统结构连接示意图。图2为本发明系统的三轴仪结构示意图。图3为本发明系统的三速电动等应变直剪仪结构示意图。图4为本发明系统的高压固结仪的结构示意图。
具体实施例方式如图广图4所示，基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，包括:三轴仪1、三速电动等应变直剪仪2，高压固结仪3，所述三轴仪I设有轴力传感器1.7、第一位移传感器1.2。所述三速电动等应变直剪仪2设有第二位移传感器2.7。所述高压固结仪3设有第三位移传感器3.4。所述轴力传感器1.7、第一位移传感器1.2、第二位移传感器、第三位移传感器3.4通过cDAQ数据采集系统4连接PC机5，所述PC机5设有LabView编制的虚拟控制界面。本发明三轴仪I采用轴力传感器1.7、第一位移传感器1.2分别替换轴向加压设备中的测力计百分表、以及轴向变形和体积变形量测系统中的轴向位移百分表。并结合虚拟仪器技术创建数据采集控制系统从而大大提高了试验效率。如图2所示，三轴仪I包括:轴向加压设备1.1，第一位移传感器1.2，压力室上盖1.3，有机玻璃桶1.4，⑶S围压系统1.5，电动机1.6,轴力传感器L 7,轴力导杆L 8,试样帽L 9,透水石L 10,橡皮筋L 11,排水阀1.12，⑶S反压系统1.13，孔隙水压力量测系统L 14。将轴力传感器1.7安装在轴力导杆
1.8上以置换原测力百分表。两个第一位移传感器1.2分别安装在压力室上盖1.3两端，替代原轴向位移百分表以测量剪切位移(传感器精度为0.1%)。第一位移传感器1.2将感知的位移变化以电压信号的形式传递给cDAQ数据采集系统4。PC机5读取所采集信号，通过LabVIEW编制的虚拟仪器控制界面将电压信号翻译成相应大小的位移值，并将经过程序处理的数据最终以文档或图表的形式存储起来。同时周围压力由与压力室直接相连的压力源7供给。本发明系统采用电动机1.6带动多级变速的齿轮箱，并通过传动系统使压力室自下向上移动，从而使试样承受轴向压力。LabView编制的虚拟控制界面上的系统系数栏可以自由填写传感器的标定系数，便于定期对位移传感器进行校核并重新标定后继续进行使用。试验数据栏可以根据试验需求输入相应围压值、反压值、孔压值，然后在点击运行键后由GDS压力控制器按照所设置的值精确地提供周围压力。时间设置栏可人工设定数据读取间隔的时间，cDAQ数据采集系统4在仪器开始运行后按照所设定的时间间隔自动读取并记录相应数值。试验过程中，轴力传感器1.7和第一位移传感器1.2按设定的时间间隔分别测定轴向压力和轴向位移信息，信息经过计算机程序处理，在控制界面上可自动绘制应力应变曲线图。本发明三速电动等 应变直剪仪2由:剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计和位移测量系统五个部分组成。在技术方案中采用三个第二位移传感器2.7，分别替换垂直加压设备中垂直位移百分表、测力计百分表、位移量测系统中的剪切水平位移百分表，并结合虚拟仪器技术创建数据采集控制系统从而大大提高了试验效率。如图3所示，三速电动等应变直剪仪2包括:支架2.1，底座2.2 ;推力杆2.3，透水石2.4，上盒2.5，下盒2.6，第二位移传感器2.7，试样帽2.8 ;滤纸2.9，钢环2.10。用2个第二位移传感器2.7、置换原垂直位移百分表、原测力百分表，分别用于测定在相应荷载下的变形量，并在下剪切盒一端使用I个第二位移传感器2.7，替代原剪切水平位移百分表直接测量下盒的水平位移(传感器精度为0.1%)。第二位移传感器将感知的位移变化以电压信号的形式传递给cDAQ数据采集系统4。PC机5读取所采集信号，通过LabVIEW编制的虚拟仪器控制界面将电压信号翻译成相应大小的位移值，并将经过程序处理的数据最终以文档或图表的形式存储起来。
LabView编制的虚拟控制界面上的系统系数栏可以自由填写传感器的标定系数，便于定期对位移传感器系数进行校核并重新标定后继续进行使用。样本信息栏可以输入试验计算所需样本信息。数据采集方式栏可选择人工设定档或自动记录档。其中人工设定档是根据试验要求人工设定数据采集间隔的时间，数据采集系统在仪器开始运行后按照所设定的时间间隔自动读取并记录 相应数值；自动记录档是按照默认时间间隔的对数形式读取数据从而满足了某些试验中大部分变形都集中在前期很小的一段时间内的特点的需要。在试验的固结过程中，施加垂直压力，垂直位移传感器每Ih测固结沉降位移一次，所得信息经过计算机程序处理在控制界面上相应位置自动生成固结沉降随时间变化图。在试验的剪切过程中，传感器按设定方式采集土样8变形量，同时控制界面上会自动绘制出剪切力与剪切位移的关系图。本发明高压固结仪3由:固结容器、加压设备、变形量测设备三个部分组成。采用第三位移传感器3.4替换轴变形量测设备中的轴向位移百分表，并结合虚拟仪器技术创建数据采集控制系统从而大大提高了试验效率。高压固结仪3包括:支架3.1 ;透水石3.2，水槽3.3，第三位移传感器3.4，传力块3.5，加压上盖3.6，滤纸3.7，环刀3.8，导环3.9，护环
3.10。用第三位移传感器3.4置换原轴向位移百分表用于测定在相应荷载下的变形量(传感器精度为0.1%)。第三位移传感器3.4将感知的位移变化以电压信号的形式传递给cDAQ数据采集系统4。PC机5读取所采集信号，通过LabVIEW编制的虚拟仪器控制界面将电压信号翻译成相应大小的位移值，并将经过程序处理的数据最终以文档或图表的形式存储起来。LabView编制的虚拟控制界面上的系统系数栏可以自由填写第三位移传感器3.4的标定系数，便于定期对第三位移传感器3.4进行校核并重新标定后继续进行使用。样本信息栏可以输入试验计算所需样本信息。数据采集采用自动读取的形式，即在人工设定记录时间间隔后自动监测位移的发生，并自行记录产生位移的时间和位移大小。试验过程中，逐级加压，传感器按设定方式采集土样8变形量，同时在控制界面上相应区域自动绘制沉降量随时间的变化关系图。
权利要求
1.基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，包括:三轴仪(I)、三速电动等应变直剪仪(2)，高压固结仪(3)，其特征在于， 所述三轴仪(I)设有轴力传感器(1.7)、第一位移传感器(1.2)； 所述三速电动等应变直剪仪(2)设有第二位移传感器(2.7、)； 所述高压固结仪(3)设有第三位移传感器(3.4)； 所述轴力传感器(1.7)、第一位移传感器(1.2)、第二位移传感器(2.7)、第三位移传感器(3.4 )通过cDAQ数据采集系统(4 )连接PC机(5 )，所述PC机(5 )设有虚拟控制界面。
2.根据权利要求1所述一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，其特征在于，所述三轴仪(I)包括⑶S压力控制系统(6)，⑶S压力控制系统(6)连接压力源(7)。
3.根据权利要求2所述一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，其特征在于，所述⑶S压力控制系统(6)包括:⑶S围压系统(1.5)，⑶S反压系统(1.13)。
4.根据权利要求1所述一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，其特征在于，所述轴力传感器(1.7)安装在三轴仪(I)的轴力导杆(1.8)上。
5.根据权利要求 1所述一种基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，其特征在于，所述第一位移传感器(1.2)为两个，分别安装在三轴仪(I)的压力室上盖(1.3)两端。
全文摘要
基于LabView的土固结和剪切试验数据采集系统，包括三轴仪、三速电动等应变直剪仪，高压固结仪，所述三轴仪设有轴力传感器、第一位移传感器；所述三速电动等应变直剪仪设有第二位移传感器；所述高压固结仪设有第三位移传感器；所述轴力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器通过cDAQ数据采集系统连接PC机，所述PC机设有LabView编制的虚拟控制界面。本发明对现有的土力学基础试验设备进行改进，使得试验系统能够按照试验需求自动准确地读取和记录土样在承受相应荷载下不同时刻的位移变形量，并能按照规范要求自动绘制出相应的关系图谱。
文档编号G01N3/24GK103245560SQ20131013273
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者张华 , 高抗, 胡文龙, 曹金露, 李茂 申请人:三峡大学