基于超重力场的土壤剪切波速测量系统

发布时间：2021-11-12 19:47

　　为解决超重力场下,土体剪切波速测量过程中存在的自动化程度低、测量设备价格昂贵等问题,提出一种基于振动传播特性的土壤剪切波速测量方法,设计完成一款高精度、低成本、便携且可实时在线测量的监测仪器。系统采用NI信号输出模块,输出特定的模拟信号,设计功率放大模块对该信号进行功放处理;功放输出信号驱动压电陶瓷单元A振动;振动传递至压电陶瓷单元B后,使其输出特定的电信号,经信号采样模块采集上传至处理器。利用信号模块输出信号与接收信号之间的相位特性,设计算法实现对土体剪切波速的测量和显示。测试结果表明:该仪器可以实现在超重力场下,对土体剪切波速实时在线测量,稳定性高,可操作性强。 

【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(11)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

基于离心机滑环的信号测量示意图

系统采用激励信号输出模块输出特定模拟信号,经功率放大模块功放处理,输出信号驱动压电陶瓷单元A,进行振动;振动信号沿土体传播,经过压电陶瓷单元B转化为电信号,此电信号是电荷信号,无法直接进行采集和处理,进一步通过设计电荷放大模块将此信号转化为电压信号,经放大、滤波后进行采样处理。采样数据转换为网络信号,利用光端机将网络信号转换为光线信号[6],最后依托离心机附属设备光纤滑环,将采集数据打包并上传至地面控制器。设计算法实现上位机实时显示土体剪切波速,总体方案设计如图2所示。2 激励信号设计

针对土体剪切波速测量系统,目前最为常用激励信号波形是(1～8)kHz的单脉冲正弦信号[7],因此本系统设计输出单脉冲正弦激励信号,设计界面如图3所示。设计单脉冲正弦模拟激励信号频率f为(1～8)kHz可调,输出幅值正负10 V可调。因此单个周期输出点数最少为:

【参考文献】：
期刊论文
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[2]光纤通信系统技术的发展、挑战与机遇[J]. 郝建平.  电脑知识与技术. 2019(36)
[3]二阶低通滤波器仿真分析及其应用[J]. 刘增水,陈瑜迪.  电子设计工程. 2019(16)
[4]新型软土沉降监测仪的研制[J]. 闫子壮,李青,王燕杰.  传感技术学报. 2018(04)
[5]地基应力对土基剪切波速的影响建模[J]. 张宇辉,张献民.  南京航空航天大学学报. 2017(04)
[6]ZJU400离心机研制及其振动台性能评价[J]. 陈云敏,韩超,凌道盛,孔令刚,周燕国.  岩土工程学报. 2011(12)
[7]利用弯曲元测量土体表层剪切波速的初步试验[J]. 周燕国,陈云敏,黄博,社本康广.  岩土工程学报. 2008(12)
[8]利用弯曲元测试砂土剪切模量的国际平行试验[J]. 陈云敏,周燕国,黄博.  岩土工程学报. 2006(07)
[9]OPA128静电计级运算放大器[J]. 张存滢,张国华.  电子技术应用. 1995(08)

博士论文
[1]土工离心模型试验技术若干关键问题研究[D]. 王海.中国地震局工程力学研究所 2019
[2]离心机振动台试验验证基于剪切波速的碎石桩抗液化技术[D]. 孙政波.浙江大学 2016

硕士论文
[1]旋转及强耦合条件对非接触滑环特性影响的研究[D]. 陈欣.南京航空航天大学 2019



本文编号：3491547