基本信息
- 项目名称：
- 无电缆静力触探双桥探头的研制与应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 静力触探是工程地质勘察中的一种原位测试方法，其原理是将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，量测其贯入阻力(锥头阻力、侧壁摩阻力)。 代替电缆线传输数据，我们将一个自主开发的压力数据采集卡植入静力触探头的外接探杆内，量测相应的锥尖摩阻力和侧壁摩阻力值。通过采集卡的同步开关开始定时收集试验数据，做到和深度数据采集同步，数据采集过程由单片机进行程序控制。
- 详细介绍：
- 静力触探试验（Static Cone Penetration Test简称CPT)是利用准静力以恒定的贯入速率将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探杆压入土中，同时测记贯入过程中探头所受到得阻力，根据测得的贯入阻力大小来间接判断土的物理力学性质的现场试验方法。 在静力触探数据采集处理系统中,触探头是量测地基土贯入阻力的关键部件,通过探头内部的传感器,实现了一系列量的转换,土的强度-土的阻力-传感器的应变-电阻的变化-电压的输出。我们在探头内部植入压力数据采集卡，定时测得探头传感器的数据，将此位置测得的模拟信号经高精度线性放大器放大,然后经数据采集卡A/ D 转换将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号,实验后取下采集卡通过串行接口接入电脑进行数据处理。在滚动轮上加上数字光电编码器，深度采集卡通过滚轴的变化定时记录深度数据并储存起来，试验后通过串行口接入电脑进行数据处理。压力数据与深度数据对应组合，利用相关软件进行后期的数据处理，绘制静力触探曲线，并将曲线打印出来。现在已经进行了市场的可行性论证、整体规划方案的编写和技术设计要求的编写。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计、发明的目的和基本思路： 传统的静力触探采用电缆线传输压力信号和深度信号, 静力触探试验过程中，探头连接着电缆线存在很多不便，在连接探杆时往往需要几位人员配合将探杆逐个加上，耗费时间，而且电缆线和连接头容易损坏，使其应用受到了一定局限。同时，取代电缆线传输使用无线传输的技术还不够成熟，因为深入地下且安装在探头内的传感器输出的信号很难保证低损耗的传输到地面上，不能保证数据的真实可靠，又当今各类存储器广泛应用于生活学习中，由此得到启发，可以设计一个数据接收存储模块（数据采集卡），将其植入静力触探之中，将现有的带电缆静力触探改进为无电缆静力触探，解决了电缆传输带来的费时费力耐久性差等问题，同时保证数据传输的真实性和可靠性，达到省时省力提高工作效率的目的。 2. 创新点（具体参见下表“科学性先进性”）： 试验时，不需要电缆线，探杆可以随意连接，大为方便。实验完成后,将采集卡取下，可以现场和PC相连进行现场处理，也可以拿到室内进行数据处理，使其在不必实时显示野外环境极其恶劣的条件下使用时，可以避免携带贵重而受环境影响较大的PC机。 3、技术关键和主要技术指标： （1）根据静力触探仪的机械原理及工程需求确定改进方案，对现有仪器的数据采集系统进行硬件研制和单片机的软件控制程序设计。改进其微机数据采集系统，设计出基于数据采集卡的压力数据采集系统和深度数据采集系统 （2）根据静力触探的工程应用，对改造后的基于数据采集卡的无缆静力触探仪进行现场测试并设计出数据处理方法。
科学性、先进性
- 1.科学先进性： 本静力触探仪在传统仪器的基础上进行改进，将传统的有缆数据通信改造成利用数据采集卡进行数据的采集和存储,实现了无缆化通信，通过软件设计实现了对数据的自动化采集、存储以及串行传输。其科学先进性有如下几点： （1）因为在传统的静力触探试验过程中，探头连接着电缆存在很多不便，不但在处理探杆时耗费时间，而且电缆和连接头容易意外损坏。本静力触探仪在试验时按动采集卡按钮就可实现现场静力触探数据的无缆化实时自动采集,使现场试验更加便捷，节省人力，试验数据更加可靠。 （2）利用存储芯片作为数据的存储介质,整个采集板卡集成度高。由于使用的芯片功耗较低，延长了锂电池的工作时间，使板卡性能更趋稳定，能够保存长时间、大容量的数据。 （3）采集板卡与PC机串行通信并利用单片机对数据采集进行控制，可根据实际需要即时对单片机的软件控制程序进行擦除和修改，不断优化单片机对数据的采集和控制，进行采集系统的进一步开发。
获奖情况及鉴定结果
- 作品于4月30日 在长安大学挑战杯决赛中获得特等奖
作品所处阶段
- 开发市场阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物 图片 模型 等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点和优势： （1）试验时按动采集卡按钮就可实现现场静力触探数据的无缆化实时自动采集,使现场试验更加便捷，节省人力，试验数据更加可靠。 （2）利用存储芯片作为数据的存储介质,整个采集板卡集成度高。由于使用的芯片功耗较低，延长了锂电池的工作时间，使板卡性能更趋稳定，能够保存长时间、大容量的数据。 2. 适用范围： 静力触探试验适用于软土、一般黏性土、粉土和砂土。另外，本静力触探还可适用于不方便携带PC机的野外条件下使用。 3. 推广前景的技术性说明： 我国电测静力触探在应用上有着充分的经验，在一系列的国标、行标和权威院、所的标准上，均有着丰富的实用经验公式。静力触探试验给岩土工程勘察和原位试验提供了一种有效的方法，因此，不断对静力触探进行改造创新，使其更加符合实际应用，是静力触探的发展趋势。
同类课题研究水平概述
- 第一种，中国地质大学(武汉)工程学院张翔提出的基于数据采集卡的静力触探数据采集系统，提出采用基于PC总线的数据采集卡,并利用个人计算机的强大处理能力和硬件资源,设计出静力触探数据采集处理系统实现了现场静力触探数据的实时自动化采集,减轻了工作人员的劳动强度，并利用硬盘作为数据的存储介质,能够保存长时间、大容量的数据。但这种技术忽略了电缆线的问题，探头连着电缆存在很多不便，不但在处理探杆时耗费时间，电缆和连接头容易意外损坏。 第二种，欧美大地仪器设备有限公司研制了无缆全自动静力触探系统，利用光学无缆静力触探技术，将实验测得数据通过探杆顶部的光学传感器传输给触探设备顶部的照相机，数据采集仪将照相机传输来的数据进行即时数据储存和实时显示，而测试命令通过光学传送器从数据采集仪发送给电子锥，实现无缆的数据传输和采集控制。但探杆顶部光学传感器深入地下，由于光在不同介质中的穿透性不一样，使地面上的照相机接受的光信号受到误差干扰，且光传感器和基于机械手的全自动探杆操作系统价格昂贵，推广应用受限，国内使用的寥寥无几。 并且，这两种改进还存在同样的不足之处：现场需要操作人员携带个人计算机并进行数据采集的现场控制和数据处理操作，如果在条件恶劣的野外环境中则不利于试验（一般情况下对实时性要求不高）的顺利开展，对精密仪器也不利。因此，以上这些关于静力触探的研究还不能很好的满足实际需要。
