便携式岩石力学测试仪设计
发布时间：2021-09-21 22:31
为在交通不便的野外作业时,能够获得实时的岩石全过程力学特性数据,本文提出了一种便携式多功能岩石力学测试仪,系统以单片机为核心,配置压力传感器、位移传感器、激光开关传感器及角度传感器等,现场采集信号处理后,将过程特性曲线显示在液晶屏上,同时支持数据的本机存储及蓝牙上传.仪器集测试岩石点荷载、单轴抗压强度以及结构面摩擦角功能于一体.此外,配合便携式机械压力系统和液压系统,能够就地展开岩石力学试验,可实时获取试验机上的应力、位移、岩石摩擦角等参数.通过测试数据及图像效果表明:测试仪运行正常,数据采集可靠,控制准确、平稳.
【文章来源】：绍兴文理学院学报(自然科学). 2020,40(04)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
岩石力学试验机结构图
仪器以型号为STM32F103V芯片为MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)，它具有高性能、低成本和较低功耗的特点，丰富的引脚端口可满足该设备多功能要求．传感器选用高精度微型柱式压力传感器，最大量程为10 T，精度为0.1%，可测岩芯在千斤顶施加压力时所获取的压力值，通过公式换算成应力．岩芯的位移是指岩芯通过受力挤压导致的破裂从而产生的微小缝隙，同时也是上端圆柱活塞的行程．位移传感器必须具备精度高、性能强、稳定性好，选用量程为24 mm，分辨率为1 um的电容式栅格千分测微计，比传统的位移传感器更加稳定，不易受外界环境的干扰[6]．岩石结构面摩擦角通过角度传感器测试，选用6轴高精度倾角传感器，其精度为0.01°．电源系统需给3.3 V～10 V多个电压范围传感器供电，考虑到电源转换效率和连续工作时间，选用两节可充电式18650型号的锂电池，进行串联后工作电压为6.4 V～8.4 V，标称7.2 V．电源系统支持5 V标准充电器进行充电，为满足工程人员在野外勘测时充电条件不允许，也支持充电宝充电，使测试仪的整体续航能力大大提高．各硬件部件如表1所示．
+5 V电路使用低静态功耗，采用高效率的BUCK型DC/DC转换芯片MP2359设计，给位移传感器供电，同时它的使能端由MCU控制，只有在使用位移传感器时才启动这个电源，不使用时保持关闭状态以降低功耗．测试仪中常用的功能是测量岩石的应力和位移，因此使用一个八芯的航空接口将两种传感器接线头组装在一起．测试仪应力-位移测试电路图如图5所示．图4 测试仪供电电路图
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑河流域基岩回弹值(施密特锤)的空间分布特征及其指示意义[J]. 陈立萍,耿豪鹏,张建,赵启明,潘保田. 冰川冻土. 2019(02)
[2]川西地区构造滑脱层岩石力学特征及构造变形意义[J]. 金文正,王俊鹏,崔泽宏,叶治续. 四川地质学报. 2018(04)
[3]一种双节点翻转加固的RS触发器[J]. 王佳,李萍,郑然,魏晓敏,胡永才. 微电子学. 2018(06)
[4]基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究[J]. 林军,沙鹏,伍法权,常金源. 长江科学院院报. 2018(03)
[5]结构面基本摩擦角和残余摩擦角统计分析[J]. 衣浩源. 煤炭技术. 2017(06)
[6]大批量岩体结构面基本摩擦角测试的一种方法[J]. 高均昭. 工程勘察. 2015(05)
[7]煤层顶底板岩石点荷载强度与拉压强度对比试验研究[J]. 付志亮,王亮. 岩石力学与工程学报. 2013(01)
[8]改进型岩石试验机检测系统的研究[J]. 王伟,题正义,张宏岩. 矿山机械. 2008(04)
[9]岩石力学试验微机控制系统[J]. 孙波,闫永明,吕英军,马文星. 吉林大学学报(工学版). 2004(01)
[10]岩石的基本摩擦角及高压摩擦特性[J]. 陶振宇,陈铁民. 科学通报. 1991(20)
硕士论文
[1]一种由粘土、河砂、水泥作为类软岩材料的力学性能实验研究[D]. 孙慢.青岛科技大学 2018
[2]基于自制便携式点荷载仪快速获取岩石强度的试验研究[D]. 林军.绍兴文理学院 2017
[3]开采沉陷对地表建筑物的损坏评价研究[D]. 姚文华.太原理工大学 2013
本文编号：3402616
【文章来源】：绍兴文理学院学报(自然科学). 2020,40(04)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
岩石力学试验机结构图
仪器以型号为STM32F103V芯片为MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)，它具有高性能、低成本和较低功耗的特点，丰富的引脚端口可满足该设备多功能要求．传感器选用高精度微型柱式压力传感器，最大量程为10 T，精度为0.1%，可测岩芯在千斤顶施加压力时所获取的压力值，通过公式换算成应力．岩芯的位移是指岩芯通过受力挤压导致的破裂从而产生的微小缝隙，同时也是上端圆柱活塞的行程．位移传感器必须具备精度高、性能强、稳定性好，选用量程为24 mm，分辨率为1 um的电容式栅格千分测微计，比传统的位移传感器更加稳定，不易受外界环境的干扰[6]．岩石结构面摩擦角通过角度传感器测试，选用6轴高精度倾角传感器，其精度为0.01°．电源系统需给3.3 V～10 V多个电压范围传感器供电，考虑到电源转换效率和连续工作时间，选用两节可充电式18650型号的锂电池，进行串联后工作电压为6.4 V～8.4 V，标称7.2 V．电源系统支持5 V标准充电器进行充电，为满足工程人员在野外勘测时充电条件不允许，也支持充电宝充电，使测试仪的整体续航能力大大提高．各硬件部件如表1所示．
+5 V电路使用低静态功耗，采用高效率的BUCK型DC/DC转换芯片MP2359设计，给位移传感器供电，同时它的使能端由MCU控制，只有在使用位移传感器时才启动这个电源，不使用时保持关闭状态以降低功耗．测试仪中常用的功能是测量岩石的应力和位移，因此使用一个八芯的航空接口将两种传感器接线头组装在一起．测试仪应力-位移测试电路图如图5所示．图4 测试仪供电电路图
【参考文献】：
期刊论文
[1]黑河流域基岩回弹值(施密特锤)的空间分布特征及其指示意义[J]. 陈立萍,耿豪鹏,张建,赵启明,潘保田. 冰川冻土. 2019(02)
[2]川西地区构造滑脱层岩石力学特征及构造变形意义[J]. 金文正,王俊鹏,崔泽宏,叶治续. 四川地质学报. 2018(04)
[3]一种双节点翻转加固的RS触发器[J]. 王佳,李萍,郑然,魏晓敏,胡永才. 微电子学. 2018(06)
[4]基于尺寸效应的类岩石材料点荷载指标与单轴抗压强度对应关系研究[J]. 林军,沙鹏,伍法权,常金源. 长江科学院院报. 2018(03)
[5]结构面基本摩擦角和残余摩擦角统计分析[J]. 衣浩源. 煤炭技术. 2017(06)
[6]大批量岩体结构面基本摩擦角测试的一种方法[J]. 高均昭. 工程勘察. 2015(05)
[7]煤层顶底板岩石点荷载强度与拉压强度对比试验研究[J]. 付志亮,王亮. 岩石力学与工程学报. 2013(01)
[8]改进型岩石试验机检测系统的研究[J]. 王伟,题正义,张宏岩. 矿山机械. 2008(04)
[9]岩石力学试验微机控制系统[J]. 孙波,闫永明,吕英军,马文星. 吉林大学学报(工学版). 2004(01)
[10]岩石的基本摩擦角及高压摩擦特性[J]. 陶振宇,陈铁民. 科学通报. 1991(20)
硕士论文
[1]一种由粘土、河砂、水泥作为类软岩材料的力学性能实验研究[D]. 孙慢.青岛科技大学 2018
[2]基于自制便携式点荷载仪快速获取岩石强度的试验研究[D]. 林军.绍兴文理学院 2017
[3]开采沉陷对地表建筑物的损坏评价研究[D]. 姚文华.太原理工大学 2013
本文编号：3402616
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