[发明专利]用于土压力检测的装置、土压力监测系统及方法

说明书

本发明公开了用于土压力检测的装置、土压力监测系统及方法，包括充满气体的容器，容器包括中空球体以及一端设置在中空球体上的通气管，通气管另一端的管口设有封闭容器的封口件，封口件上与通气管内侧对应的位置设有气压传感器和温度传感器。本发明可有效感应各个方向上的土压力变化，无需设置多个土压力盒，土压力测量准确，实施简单，成本低廉。

技术领域

本发明属于土体压力测量技术领域，具体涉及一种用于土压力检测的装置、土压力监测系统及方法。

背景技术

目前国内监测土压力常用的土压力计主要有钢弦式土压力盒。其工作原理当被测结构物内土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激励振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构的压应力值。

传统的土压力盒，只能测量法向上的应力变化，当应力不再法向上时，检测到应力值就会折减，不能得到有效土压力变化，可能土体压力变化值在达到临界值时，土压力盒测出应力没有多大改变。因此利用这种土压力盒进行测量时，只能对法向的总应力进行测量，无法对其他方向进行测量。换言之，在测量之前，必须预先估计出应力方向。在应力方向不确定时，该方法就需要布置大量的、不同方向的土压力盒来进行测量，然而这种做法费时费力又费财。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种可有效感应各个方向上的土压力变化、无需设置多个土压力盒、土压力测量准确、实施简单、成本低廉的用于土压力检测的装置、土压力监测系统及方法。

用于土压力检测的装置，包括充满干燥的不活泼气体的容器，所述容器包括中空球体以及一端设置在所述中空球体上的通气管，所述通气管另一端的管口设有封闭所述容器的封口件，所述封口件上与所述通气管内侧对应的位置设有检测所述气体压强的气压传感器和检测所述气体温度的温度传感器，所述气压传感器和温度传感器的输出端能够分别实时输出所述气体的压强数据和温度数据。

进一步地，还包括将所述通气管和封口件包围在其中的保护壳体。

进一步地，所述气体是惰性气体。

进一步地，所述封口件上还设有检测所述气体湿度的湿度传感器，所述湿度传感器能够实时输出所述气体的湿度数据。

土压力监测系统，包括预埋在土里的至少一个前述的用于土体压力检测的装置，还包括：

无线传输模块，包括无线发送模块和无线接收模块，所述无线发送模块与所述用于土体压力检测的装置连接，所述无线接收模块与远程计算机连接，所述无线发送模块和无线接收模块之间建立通信连接，所述无线传输模块将各传感器输出的数据信号发送到远程计算机；

远程计算机，用于实时接收各传感器发送来的数据信号，根据所述气体的压强数据和温度数据计算土压力的变化并显示计算结果。

进一步地，所述封口件上还设有检测所述气体湿度的湿度传感器，所述湿度传感器能够实时输出所述气体的湿度数据；所述远程计算机还用于根据所述气体的湿度数据判断所述用于土体压力检测的装置是否发生损坏，若损坏则发出告警。

进一步地，所述计算土压力的公式如下：

其中：F是均布土压力；r是球体外半径；t是球体厚度；ΔP是内部气体压强变化量；R是实际气体状态常数；v₀＝v/n，v是气体初始体积，n是该气体的物质的量；b是考虑了分子占有一定体积而引进的范氏修正量；ΔT是球体内部气体温度的变化量。

土压力监测方法，包括前述的用于土体压力检测的装置，具体包括如下步骤：

S1：实时检测土里预埋的所述中空球体中的气压以及气体温度；