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专利名称：用于离心模型试验的土体弹性波速测试压电传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种波速测试的传感器，尤其是涉及ー种用于离心模型试验的土体弹性波速测试压电传感器。
背景技术：
弾性波速是反映场地或模型土体特性的重要參数，主要包括剪切波速和压缩波速。目前，现场剪切波、压缩波波速测试主要方法有跨孔法、表面波法等，并都已成功的应用 于实际场地波速测试。离心模型试验要求传感器应具有体积�。�灵敏度高等特点。常用的现场测试设备及传感器尺寸较大、操作较复杂，在縮尺模型试验中无法应用。在离心模型试验中剪切波速测试一般采用压电陶瓷片传感器。压电陶瓷片是一种可以将电能和机械能进行转换的元件,通过信号使激发元振动产生剪切波,弹性波通过模型土体传播而由接收元接收,对比激发元和接收元的时间差再结合传播距离就可以得到土体的剪切波速。但是，目前尚没有用于离心模型试验的压缩波速测试方法及相应的传感器，更没有剪切波与压缩波联合测试传感器。

发明内容
本发明的目的在于提供ー种用于离心模型试验的土体弾性波速测试压电传感器，能够简单方便的在离心模型试验中进行弹性波激发与接收，并满足波速测试的精度要求。本发明采用的技术方案是
本发明由两个半圆柱形绝缘基座连接成圆柱形绝缘基座，圆柱形绝缘基座上半部开有圆环形阶梯孔，圆环形阶梯孔中心形成圆柱形芯座，圆柱形芯座径向开有矩形凹槽，矩形压电陶瓷片嵌入矩形凹槽内，矩形压电陶瓷片伸出绝缘基座外，环形压电陶瓷片套在圆柱形芯座外，井置于圆柱形绝缘基座的圆环形阶梯孔的台肩上，环形压电陶瓷片下端面与绝缘基座上台面间填满玻璃胶，环形压电陶瓷片上端面的绝缘基座腔内也填满玻璃胶，矩形压电陶瓷片导线和环形压电陶瓷片导线均从绝缘基座圆柱面孔中引出。所述圆柱形绝缘基座材料为有机玻璃或塑料。所述矩形凹槽垂直于圆柱形绝缘基座的分界面。本发明具有的有益效益是
I)弾性波速传感器具有用较小的尺寸、应用于离心模型试验时能尽可能减小对模型土体的影响。2)本发明的弾性波速传感器具有同时测试剪切波速和压缩波速的功能。采用矩形压电陶瓷片振动产生剪切波，以测试剪切波速Ks ;利用环形压电陶瓷片振动产生压缩波，以测试压缩波速KP。3)本发明中矩形压电陶瓷片下端由内环形固定座固定，形成悬臂式结构，保证剪切波信号激发与接收质量。
4)本发明中环形压电陶瓷片由外环形固定座固定，保证环形压电陶瓷片的压缩振动效果。


图I是本发明的结构拆分图。图2是本发明的正视图。图3是剪切波速测试原理图。图中1、圆柱形芯座，2、圆环形阶梯孔，3、圆柱形绝缘基座，4、基座连接螺丝，5、基座链接螺母，6、圆柱形芯座导线孔，7、圆柱形绝缘基座导线孔，8、矩形压电陶瓷片，9矩形压电陶瓷片导线，10、环形压电陶瓷片，11、环形压电陶瓷片导线，12、玻璃胶，12’、玻璃胶。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进ー步详细描述
如图I、图2所示，本发明实例主要由圆柱形有机玻璃基座3、基座连接螺丝4、基座连接螺母5、矩形压电陶瓷片8、环形压电陶瓷片10、玻璃胶12及12’组成。圆柱形绝缘基座3由两个半圆柱形绝缘基座通过基座连接螺丝4和基座连接螺母5连接。圆柱形绝缘基座3上半部开有圆环形阶梯孔2，圆环形阶梯孔2中心形成圆柱形芯座1，圆柱形芯座I径向开有矩形凹槽，矩形压电陶瓷片8嵌入矩形凹槽内，矩形压电陶瓷片8伸出圆柱形绝缘基座3夕卜，环形压电陶瓷片10套在圆柱形芯座Iタト，并置于圆柱形有机玻璃基座3的圆环形阶梯孔2的台肩上，环形压电陶瓷片10下端面与圆柱形绝缘基座3上台面间填满玻璃胶12，环形压电陶瓷片10上端面的圆柱形绝缘基座3腔内也填满玻璃胶12’，矩形压电陶瓷片导线9通过圆柱形芯座导线孔6和圆柱形绝缘基座3圆柱面孔引出，环形压电陶瓷片导线11通过圆柱形绝缘基座3圆柱面孔中引出。所述圆柱形绝缘基座3材料为有机玻璃或塑料。所述矩形凹槽垂直于圆柱形绝缘基座3的分界面。安装顺序为矩形压电陶瓷片导线9通过圆柱形芯座导线孔6 ;安装矩形压电陶瓷片8 ;合并两个圆柱形绝缘基座3，用基座连接螺丝4、基座连接螺母5固定；填充玻璃胶12’，至有圆柱形绝缘基座3的圆柱面孔的高度；安装环形压电陶瓷片10，同时将矩形压电陶瓷片导线9和环形压电陶瓷片导线11 一井穿过圆柱形绝缘基座3的圆柱面孔；填充玻璃胶填12充至有圆柱形绝缘基座3顶部高度，安装完毕。本实例传感器同时集成矩形压电陶瓷片和环形压电陶瓷片，可以分别进行剪切波和压缩波的激发和接收，达到弾性波速测试的功能。矩形压电陶瓷片和环形压电陶瓷片由圆柱形绝缘基座固定，且通过绝缘体分隔，可以分别激发且激振模式正交、互不干扰，保证波速测试的可操作性及精度。本发明的工作原理
如图3所示，分别进行剪切波速和压缩波速的测试。I)测试剪切波波速激发电信号激励矩形压电陶瓷片产生振动，矩形压电陶瓷片发生垂直于矩形压电陶瓷片方向的振动，产生剪切波，剪切波通过模型土体传播，在模型另一端使接收传感器产生变形即接收传感器接收到剪切波，对比两剪切波的传播时间，再结合传播距离即可求得剪切波波速； 2)测试压缩波波速激发电信号激励环形压电陶瓷片产生振动，环形压电陶瓷片发生垂直于环形压电陶瓷片方向的振动，产生压缩波，压缩波通过模型土体传播，在模型另一端使接收传感器产生变形即接收传感器接收到压缩波，对比两压缩波的传播时间，再结合传播距离即可求得压缩波波速。综上所述，本发明可实现离心模型试验中的土体剪切波速与压缩波速测试，弥补了縮尺模型试验中弾性波速联合测试的空缺。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种用于离心模型试验的土体弾性波速测试压电传感器，其特征在干由两个半圆柱形绝缘基座连接成圆柱形绝缘基座(3)，圆柱形绝缘基座(3)上半部开有圆环形阶梯孔(2)，圆环形阶梯孔(2)中心形成圆柱形芯座(1)，圆柱形芯座(I)径向开有矩形凹槽，矩形压电陶瓷片(8)嵌入矩形凹槽内，矩形压电陶瓷片(8)伸出绝缘基座(3)タト，环形压电陶瓷片(10)套在圆柱形芯座(I)外，并置于圆柱形绝缘基座(3)的圆环形阶梯孔(2)的台肩上，环形压电陶瓷片(10)下端面与绝缘基座(3)上台面间填满玻璃胶，环形压电陶瓷片(10)上端面的绝缘基座(3)腔内也填满玻璃胶，矩形压电陶瓷片导线(9)和环形压电陶瓷片导线(11)均从绝缘基座(3)圆柱面孔中引出。
2.根据权利要求I所述的ー种用于离心模型试验的土体弾性波速测试压电传感器，其特征在于所述圆柱形绝缘基座(3)材料为有机玻璃或塑料。
3.根据权利要求I所述的ー种用于离心模型试验的土体弾性波速测试压电传感器，其特征在于所述矩形凹槽垂直于圆柱形绝缘基座(3)的分界面。
全文摘要
本发明公开了一种用于离心模型试验的土体弹性波速测试压电传感器。传感器由两个半圆柱形绝缘基座连接成圆柱形绝缘基座，绝缘基座上半部开有圆环形阶梯孔，中心为径向开有矩形凹槽的圆柱形芯座，矩形压电陶瓷片嵌入矩形凹槽内并伸出绝缘基座外，环形压电陶瓷片套在圆柱形芯座外，并置于绝缘基座的圆环形阶梯孔的台肩上，绝缘基座腔内填充满玻璃胶，矩形压电陶瓷片导线和环形压电陶瓷片导线均从绝缘基座圆柱面孔中引出。本发明尺寸较小、离心模型试验时对模型土体的影响较�。痪匦窝沟缣沾善�下端由圆柱形芯座固定，形成悬臂式结构，环形压电陶瓷片固定在圆柱形芯座外，保证了剪切波与压缩波信号质量；具有同时测试剪切波速和压缩波速的功能。
文档编号G01H5/00GK102645266SQ20121009528
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者凌道盛, 周燕国, 孙政波, 李永刚, 陈云敏, 黄博, 黄锦舒 申请人:浙江大学