[发明专利]一种均布激光位移传感器全方位测量试样全局变形的装置

说明书

一种均布激光位移传感器全方位测量试样全局变形的装置，属于土工试验技术领域。包括激光式动态跟踪装置、外置轮辐式力传感器、外置局部位移传感器、外置力轴承、激光位移传感器组装内外环、激光式动态跟踪装置等。激光式动态跟踪装置中的可旋转式激光位移传感器测量装置包括12个结构、功能相同的激光位移传感器和1个色标传感器，12个激光位移传感器沿内环周向均匀设于圆环上，设于压力室外壳外围一圈，色标传感器位于任意两个激光位移传感器之间。本发明装置可实现对三轴试样全表面不同部位进行扫描，实现轴向‑径向位移的精准测量，不受加载条件的约束；不会对三轴试样试验过程中的变形产生干扰；安装方法简单，操作简便，测量精度高。

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，涉及一种均布激光位移传感器全方位测量试样全局变形的装置。

技术背景

在常规三轴试验过程中，三轴试样上下端部分别与试样帽和试样底座接触，由于摩擦力的约束，在试验加载过程中，试样端部受力与试样中段受力情况有所不同。即使常规测量为三轴试验提供了足够的精度，但也无法在较小的应变水平下准确地测量土壤变形，在应变水平下可能会出现峰值强度和刚度，或者是代表原位土壤响应的剪切带。

目前，为了更好地对三轴试样的应变发展进行精准地测量，大量的学者提出了相对可行的方法，主要有以下几个方法：

(1)电解质液位移传感器

该方法是一种由电解质水平仪制成的倾角仪，密封在玻璃胶囊中，容纳三个部分浸没在电解质中的共面电极。该系统通过将三轴试样的轴向变形转换为电解质液面的倾斜进而测量。但即使电解质液位正常工作，它也会响应其所附着的刚体转动。

(2)霍尔效应传感器测量法

该方法是将霍尔效应传感器粘贴在三轴试样表面上，并连接铰链的一端。当试样发生变形时，使铰链另一端发生旋转，从而测量三轴试样径向变形。该方法设备安装难度极大，对环境要求高，固定鞘会刺破乳胶膜，不利于试验进行，且该方法只能测量三轴试样径向变形。

(3)线性变形传感器(LDT)

该方法的主要原理是：在三轴试样外表面垂直安装应变仪，并通过铰链连接。试样的变形会引起两者之间距离的改变，可以通过应变仪检测该变化并将其记录为轴向应变。该方法由于LDT的滞后，机械缺陷以及电压输入的变化削弱了该传感器的性能，而且膜片和铰链之间的接触力往往随着变形的增加而导致错误。

(4)光纤布拉格光栅线性变形传感器

该方法是利用光纤技术代替原有LDT的电子技术，传感器全部布置在试样表面。该方法的基本原理与LDT传感器原理类似，不作赘述。该方法的精度主要取决于光纤布拉格光栅线性变形传感器的分辨率和校准系数。由于该方法安装过程中使用大量粘合剂，粘合剂的蠕变误差将导致测量的准确性得不到保证。且该方法只用于测量试样轴向变形。

由此可见，目前急需一种可以全表面测量三轴试样轴向-径向变形的测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备装置简单、试验操作方便并能够减小试验过程中对试样的干扰，同时又能够准确测量三轴试样轴向-径向位移的装置，并通过扫描试样整体的方法实现对试样变形的实时监测，解决了试样在加载过程中的变形测量问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：