[发明专利]一种高精度三维土压力测试装置及其量程调整系统

权利要求书

1.一种高精度三维土压力测试装置，其特征在于：包括竖向主测力弹簧(1)、若干水平测力弹簧(6)、底板(12)、内筒(5)、中心顶板(11)、边顶板(10)以及若干外侧板(8)；其中，所述底板(12)的中心位置固定有底板永磁铁(14)，所述中心顶板(11)为圆形，其内侧面上固定有顶板永磁铁(13)；所述边顶板(10)中间设有通孔，所述通孔的直径与所述内筒(5)的内径以及所述中心顶板(11)的直径均一致，所述中心顶板(11)设置在所述边顶板(10)中间的通孔内；

所述竖向主测力弹簧(1)垂直固定在所述底板永磁铁(14)上，所述内筒(5)套在所述竖向主测力弹簧(1)外，并垂直固定在所述底板(12)上，所述内筒(5)的顶部与所述边顶板(10)固接；所述中心顶板(11)侧面与所述内筒(5)的内侧面上设有匹配的竖直滑轨；所述若干外侧板(8)以圆环阵列间隔竖直设置在所述内筒(5)外，相邻外侧板(8)之间采用柔性连接(9)连接，所述内筒(5)外侧壁上固定有内侧永磁铁(17)，每块所述外侧板(8)内侧壁上固定有外侧永磁铁(19)，在每块所述外侧板(8)与内筒(5)之间设置所述水平测力弹簧(6)，所述水平测力弹簧(6)的两端分别固定在所述内侧永磁铁(17)和外侧永磁铁(19)上；每块所述外侧板(8)的两端部与边顶板(10)以及底板(12)之间设有匹配的水平滑轨；

还包括若干竖向次测力弹簧(2)，所述竖向次测力弹簧(2)在所述内筒(5)内，围绕所述竖向主测力弹簧(1)以圆环阵列间隔竖直设置，其底部固定在所述底板永磁铁(14)上；在每块所述外侧板(8)与内筒(5)之间设置有多个所述水平测力弹簧(6)，多个所述水平测力弹簧(6)位于同一竖直平面内，并等间距设置。

2.根据权利要求1所述的高精度三维土压力测试装置，其特征在于：所述竖向主测力弹簧(1)、竖向次测力弹簧(2)与顶板永磁铁(13)以及底板永磁铁(14)之间设置绝缘，所述水平测力弹簧(6)与内侧永磁铁(17)和外侧永磁铁(19)之间设置绝缘。

3.根据权利要求1或2所述的高精度三维土压力测试装置，其特征在于：所述竖向主测力弹簧(1)、竖向次测力弹簧(2)以及水平测力弹簧(6)内分别设有铁芯(15，16，18)，所述铁芯(15，16，18)外侧面沿圆周方向均匀设有若干条沿铁芯轴向设置的滑轨(23)，所述竖向主测力弹簧(1)、竖向次测力弹簧(2)以及水平测力弹簧(6)内侧沿螺旋圆周均匀设有若干导向弹性支承(20)，所述导向弹性支承(20)能够与所述滑轨(23)适配。

4.根据权利要求3所述的高精度三维土压力测试装置，其特征在于：所述竖向主测力弹簧(1)、竖向次测力弹簧(2)以及水平测力弹簧(6)外均设有导管。

5.根据权利要求3所述的高精度三维土压力测试装置，其特征在于：所述底板(12)、内筒(5)、中心顶板(11)、边顶板(10)以及外侧板(8)均为环氧玻璃纤维板。

6.根据权利要求1或2所述的一种高精度三维土压力测试装置的量程调整系统，其特征在于：包括电源、若干光纤应变式位移计、光纤调制解调仪、数据采集仪、数据分析系统以及控制系统；所述电源分别连接所述竖向主测力弹簧(1)、竖向次测力弹簧(2)、水平测力弹簧(6)的两端，所述光纤应变式位移计垂直设置在所述底板永磁铁(14)以及各外侧永磁铁(19)上；所述光纤调制解调仪通过光纤连接各个光纤应变式位移计，各个光纤应变式位移计的信号输出通过所述数据采集仪传输到所述数据分析系统，所述数据分析系统用于计算出土体位移变化率并进一步计算出一定时间内土体的位移变化量；所述控制系统根据所述一定时间内土体的位移变化量，通过控制电源输出电流的大小来控制所述主测力弹簧(1)和竖向次测力弹簧(2)形成的磁极与顶板永磁铁(13)和底板永磁铁(14)之间的互斥力，以及控制所述水平测力弹簧(6)形成的磁极与水平内侧永磁铁(17)和水平外侧永磁铁(19)之间的互斥力，实现测试装置量程调节。