一種壓力傳感顆粒的製作方法
2023-12-02 21:50:51 1
專利名稱：一種壓力傳感顆粒的製作方法
一種壓力傳感顆粒所屬領域本發明涉及一種壓力傳感顆粒，屬於應力測量領域。
背景技術：
在巖土、土木工程等學科領域，開展物理模型試驗經常需要測量模型材料內部的壓力，目前常用的方法是埋設壓力傳感器，壓力傳感器又以電阻應變片式和振弦式為主。這種傳感器用於測量模型材料內部壓力存在兩方面缺點第一，傳感器感知的壓力信號需要 通過導線傳輸到接收儀表，導線布置不方便，並且會對模型的應力場產生影響；第二，傳感器本身體積較大，對所測位置的應力產生較明顯的影響。
發明內容
本發明提出一種壓力傳感顆粒，它是由石膏、水泥等材料製成的球狀顆粒。將該顆粒布置到物理模型內部，不需要導線，它就可以將所承受的壓力值信號傳送到模型外的接收儀表。但一個顆粒只能傳遞一次荷載值，因為它是以自身破壞時發射出的聲信號來傳感的。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是採用強度容易準確調控的石膏等脆性材料製作出直徑2_的標準圓球形顆粒，三向等壓至一定壓力值，顆粒會被壓潰。顆粒被壓潰時會產生強烈的聲發射信號，由聲發射儀捕捉採集，此時壓力值就是顆粒三向等壓強度。顆粒三向等壓強度可通過調節製作顆粒材料的配比來調整，由其可製作出具有不同抗壓能力的顆粒來滿足試驗需求。物理模型試驗中，所測部位的應力狀態有可能不是三向等壓狀態。在這種情況下壓力傳感顆粒的標定荷載狀態就不能採用三向等壓應力狀態，而要採用所監測部位的應力狀態。標定的方法是首先要預測所測部位的應力狀態，將壓力傳感顆粒埋置於標定試塊中，標定試塊材料的強度應大於該顆粒材料強度的3倍，標定試塊最小方向幾何尺寸要大於該顆粒直徑的3倍；然後採用三軸壓縮試驗壓縮該試塊模擬所預測應力狀態的σ 2和O 3，並使σι= σ 2。逐漸升高O I壓縮試塊，當標定試塊內部的壓力傳感顆粒傳出其破壞特徵聲發射信號時，對應的σ i值即為該壓力傳感顆粒的標定值。標定完成後，被標定的顆粒就損壞了。物理模型試驗中使用的是與被標定顆粒同批製作同樣規格的剩餘顆粒，其標定值按照如下方法確定當3個被標定顆粒標定值相互之差小於或等於15%時，取3個被標定顆粒標定值的平均值為剩餘顆粒的標定值；當3個被標定顆粒標定值相互之差大於15%時，捨棄這3個值，另取3個顆粒進行標定，直到3個被標定顆粒標定值相互之差小於或等於15%時為止，並以最終3個被標定顆粒標定值的平均值為剩餘顆粒的標定值。在物理模型製作時，將標定好的壓力傳感顆粒埋置於模型計劃測量σ i的位置，隨著模型的加載，當有壓力傳感顆粒破壞特徵聲發射信號傳出時，由聲發射接收儀接收聲發射信號，並定位出壓力傳感顆粒所在的位置，此時，該位置的O1值即為壓力傳感顆粒的標定值。
圖I是實施例的標定示意圖。圖I中，I.標定試塊，2.壓力傳感顆粒。圖2是隧洞圍巖物理模型試驗示意圖。圖2中，I.隧洞，2.隧洞圍巖，3.壓力傳感顆粒，4.圍巖中計劃要測量01的位置，5.聲發射儀。
具體實施例方式如圖I所示，圖I為壓力傳感顆粒標定示意圖。首先對壓力傳感顆粒所在物理模型位置的應力狀態進行預測(圖2中4)。採用數值模擬法，經預測得出該位置應力為O2= O3=I. OMPa, ο 1 = 2. 5MPa。採用重量配比為水泥細沙水石膏=40 200 24 16、單軸抗壓強度為I. 65MPa的材料製作直徑為5. Omm的壓力傳感顆粒20個；採用重量配比為水泥細沙水石膏=50 160 16 24、單軸抗壓強度為6. 3MPa的材料製作50mmX 50mmX 50mm標定試塊9個。製作標定試塊時，將同批同規格直徑2. Omm的9個壓力傳感顆粒分別置於每個試塊的中心。先取3個標定試塊進行標定，標定時首先施加O2 =Q3=I- OMPa, O1 = L OMPa，並採用8通道的聲發射儀進行監測。然後逐級增加σ i，每級增加O. IMPa。相鄰兩級荷載之間間隔5分鐘。當σ I = 2.4MPa時，聲發射儀接收到第一個試塊內壓力傳感顆粒傳出其破壞特徵聲發射信號，當O1 = 2.3MPa時，聲發射儀接收到第二個試塊內壓力傳感顆粒傳出其破壞特徵聲發射信號，當σ i = 2. 5MPa時，聲發射儀接收到第三個試塊內壓力傳感顆粒傳出其破壞特徵聲發射信號。三個被標定顆粒的標定值相互之差均小於15%，因此剩餘同批同規格顆粒的標定值取為三個被標定顆粒標定值的平均值，即 2. 4MPa。如圖2所示，圖2是隧洞圍巖物理模型試驗示意圖。在物理模型製作時將壓力傳感顆粒埋置於4處。當物理模型達到試驗條件時開始試驗。採用8通道的聲發射儀進行監測。當聲發射儀接收到壓力傳感顆粒傳出其破壞特徵聲發射信號時，測得此時圖2的4處σ I的值為2. 4MPa。
權利要求
1.一種壓力傳感顆粒，其特徵在於，埋設於物理模型內部，顆粒受壓破壞時產生聲發射，由聲發射監測儀接收，此時所監測位置的壓力值為該顆粒的標定值。
2.根據權利要求I所述的一種壓力傳感顆粒，其特徵在於，顆粒為圓球形。
3.根據權利要求I所述的一種壓力傳感顆粒，其特徵在於，顆粒直徑為I.Omm至30. Omm0
4.根據權利要求I所述的一種壓力傳感顆粒，其特徵在於，顆粒材料中含有石膏。
5.根據權利要求I所述的一種壓力傳感顆粒，其特徵在於，顆粒材料中含有水泥。
全文摘要
本發明涉及一種壓力傳感顆粒。它是由石膏、水泥等脆性材料製作成的直徑為1.0mm至30.0mm的圓球。標定方法是，首先預測所測物理模型部位的應力狀態，將該顆粒埋置於標定試塊中，採用三軸壓縮試驗模擬該應力狀態，壓縮標定試塊對該壓力傳感顆粒進行標定。同批同規格的壓力傳感顆粒的標定值取為其中三個進行了標定的顆粒標定值的平均值。進行物理模型試驗時，將壓力傳感顆粒埋設於物理模型內部，顆粒受壓破壞時產生聲發射，由聲發射監測儀接收，此時所監測位置的壓力值為該顆粒的標定值。
文檔編號G01L1/00GK102721488SQ20121010522
公開日2012年10月10日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者官福海, 湯雷, 牛志國, 陸俊 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院