[发明专利]一种基于正挠曲电效应的土压力测量盒

说明书

本发明公开了一种基于正挠曲电效应的土压力测量盒，包括自上而下设置的盒盖、支杆、圆形敏感单元和盒体，圆形敏感单元的外圈固定在盒体的上沿，支杆一端固定在盒盖上，另一端固定在圆形敏感单元的中心位置；圆形敏感单元由挠曲电材料制成，其上下表面分别镀有上表面电极和下表面电极，所述的上表面电极和下表面电极分别通过引线连接至外部的信号处理单元；本发明的土压力测量盒可以消除环境干扰因素的影响，提高微小压力测量准确性，拓宽了土压力测量盒的使用范围。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种基于正挠曲电效应的土压力测量盒。

背景技术

岩土体中的应力测试是岩土工程中重要的测试项目之一，是进行定量力学分析和工程安全评价的前提，作为岩土体应力测试的土压力测量盒已经被广泛地应用在了岩土工程领域。目前，常用是正弦式土压力测量盒，其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。然而这种土压力测量盒在使用中存在一些问题：(1)结构设计复杂，需要电磁线圈等部件；(2)振弦随着时间推移频率会发生变化；(3)由于基于感应板的应变原理，微小压力测量准确度低。

挠曲电效应是指由非均匀应变场或应变梯度产生电极化现象，即使对于中心对称晶体，挠曲电效应同样可以使材料产生电极化。它描述的是应变梯度诱导的极化强度现象(正挠曲电效应)。由于对晶体结构对称性相对宽松的要求，挠曲电效应普遍存在于所有的电介质中，包括非压电材料和各向同性材料。另外，挠曲电效应具有长期稳定性，使之成为理想传感元件。

发明内容

基于以上现有振弦式土压力测量盒不足，本发明设计了一种基于正挠曲电效应的土压力测量盒，基于正挠曲电效应，采用圆形挠曲电材料制成压力测量盒，盒盖在重力作用下产生初始应变梯度，并在沙土压力作用下产生递增的应变梯度，利用挠曲电材料产生的电量与压力关系，获得施加在盒盖上的沙土压力。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于正挠曲电效应的土压力测量盒，包括自上而下设置的盒盖、支杆、圆形敏感单元和盒体，圆形敏感单元的外圈固定在盒体的上沿，支杆一端固定在盒盖上，另一端固定在圆形敏感单元的中心位置；圆形敏感单元由挠曲电材料制成，其上下表面分别镀有上表面电极和下表面电极，所述的上表面电极和下表面电极分别通过引线连接至外部的信号处理单元；

施加在盒盖上的外力通过支杆传递至圆形敏感单元，使得圆形敏感单元在盒体内部的空腔内产生形变，通过测量圆形敏感单元的上表面电极和下表面电极响应的电信号，得到施加在盒盖上的沙土压力。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，所述的挠曲电材料为非极化聚偏氟乙烯。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，圆形敏感单元为多层非极化聚偏氟乙烯和玻璃钢制成的复合结构。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，圆形敏感单元通过绝缘粘接条固定在盒体的上沿。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，绝缘粘接条采用圆环形硅橡胶制成。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，盒盖和盒体之间设有密封圈。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，密封圈粘接在盒体下端的内沿一圈或盒盖上端的外沿一圈上。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，支杆为玻璃钢材料制成，盒盖和盒体为不锈钢制成。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，上表面电极和下表面电极为厚度10nm的蒸镀银层。

上述基于正挠曲电效应的土压力测量盒中，盒体上设置有供引线穿出的导管。