CN111458090A - 模型基础动力参数测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型基础动力参数测试系统，包括激振器模块；力检测模块；振动检测模块；分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接的控制装置，控制装置根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础的测试数据。应用该系统，通过控制装置分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接，根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础的测试数据，测试过程由控制装置控制完成，降低测试人员的劳动强度，提高试验数据的可靠性和测试精度。

Description

模型基础动力参数测试系统

技术领域

本发明涉及岩土工程勘察技术领域，更具体地说，涉及一种模型基础动力参数测试系统。

背景技术

模型基础动力参数测试的目的是为了取得地基(包括天然地基和人工地基)的动力参数，包括地基抗压、抗剪、抗弯和抗扭刚度系数；地基竖向、水平回转向第一振型及扭转向的阻尼比及参振总质量。也可以测试桩基的动力参数，包括单桩的抗压刚度；桩基抗剪和抗扭刚度系数；桩基竖向和水平回转向以及扭转向的阻尼比及参振总质量。该测试同样是一项复杂的、耗时较长的工作，人工操作时，测试人员需同时控制一台或多台激振器，调节激振器频率及出力，记录模型基础的振动波形，需要注意力高度集中，长时间工作时，测试人员极易疲劳。现场试验结束后，还要花费大量时间人工读取测得的振动波形，计算各频率测试点模型基础的振幅，形成幅频响应曲线，进而计算得到测试地基的动力参数。测试精度低且人员劳动强度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种模型基础动力参数测试系统，以解决现有的模型基础动力参数测试需人工操作及读取数据、操作繁琐且测试精度低等问题。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种模型基础动力参数测试系统，包括：

设于待测地基上方的模型基础上、用于根据预设频率进行振动以作用于所述模型基础的激振器模块；

用于检测所述激振器模块的激振力值的力检测模块；

设于所述模型基础上、用于测量模型基础振动的简谐振动加速度或速度以得到振动位移值的振动检测模块；

分别与所述激振器模块、所述力检测模块和所述振动检测模块连接的控制装置，所述控制装置根据预设测试程序控制所述激振器模块以预设频率振动，并对所述力检测模块、所述振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到所述模型基础的测试数据。

优选地，所述控制装置包括：

分别与所述激振器模块、所述力检测模块和所述振动检测模块连接的中央处理器；

与所述中央处理器连接的数显及程序控制模块，所述数显及程序控制模块发送动力参数测试程序及参数设置指令至所述中央处理器，并显示所述中央处理器回传的所述模型基础的测试数据。

优选地，所述控制装置还包括：

分别与所述中央处理器连接的信号发生器和功率放大模块，所述信号发生器和所述功率放大模块连接，所述功率放大模块与所述激振器模块连接；

所述信号发生器接收所述中央处理器的指令并转换为相应的正弦波信号发送至所述功率放大模块，所述功率放大模块对正弦波信号放大并发送至所述激振器模块。

优选地，所述中央处理器还用于：

根据所述力检测模块检测的实时激振力值与参数预设激振力值比较，当所述实时激振力值小于所述参数预设激振力值时，调节所述功率放大模块的电流放大倍数以使所述实时激振力值和所述参数预设激振力值间差值处于容许偏差范围内。

优选地，所述控制装置还包括：

与所述中央处理器连接的测试数据采集模块，所述测试数据采集模块分别与所述力检测模块和所述振动检测模块连接以进行测试数据的采集。

优选地，所述控制装置还包括：

与所述中央处理器连接、用以对测试数据进行存储的信息存储模块。

优选地，所述力检测模块具体为力传感器，所述力传感器为压电式力传感器或电阻应变式力传感器。

优选地，所述振动检测模块具体为压电式加速度传感器、内装IC压电式加速度传感器或磁电式速度传感器。

优选地，所述控制装置为显示器或PC机。

优选地，所述数显及程序控制模块包括：

用于存储模型基础动力参数测试程序的微处理器；

与所述微处理器连接、以进行测试程序选择和参数设置的触摸屏；

与所述微处理器连接的信息转码器，所述微处理器经所述信息转码器与所述中央处理器连接；

分别与所述微处理器连接的电源控制模块和散热器。

本发明提供的模型基础动力参数测试系统，包括：设于待测地基上方的模型基础上、用于根据预设频率进行振动以作用于模型基础的激振器模块；用于检测激振器模块的激振力值的力检测模块；设于模型基础上、用于测量模型基础振动的简谐振动加速度或速度以得到振动位移值的振动检测模块；分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接的控制装置，控制装置根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础的测试数据。

应用本发明提供的模型基础动力参数测试系统，通过控制装置分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接，根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础的测试数据，测试过程由控制装置控制完成，降低测试人员的劳动强度，提高试验数据的可靠性和测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的模型基础竖向强迫振动测试装置示意图；

图2为本发明实施例提供的控制装置的结构原理框图；

图3为本发明实施例提供的数显及程序控制模块的结构原理框图。

附图中标记如下：

弹簧绳10、配重20、电磁激振器30、力传感器40、地脚螺栓50、振动传感器60、模型基础70、待测地基80、控制装置90；

中央处理器910、数显及程序控制模块920、信号发生器930、信息存储模块940、功率放大模块950、采集模块960、A-D转换器970；

触摸屏921、电源控制模块922、散热器923、微处理器924、信息转码器925。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种模型基础动力参数测试系统，以解决现有的模型基础动力参数测试需人工操作及读取数据、操作繁琐且测试精度低等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的模型基础竖向强迫振动测试装置示意图；图2为本发明实施例提供的控制装置的结构原理框图；图3为本发明实施例提供的数显及程序控制模块的结构原理框图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的模型基础70动力参数测试系统，包括：

设于待测地基80上方的模型基础70上、用于根据预设频率进行振动以作用于模型基础70的激振器模块；

用于检测激振器模块的激振力值的力检测模块；

设于模型基础70上、用于测量模型基础70振动的简谐振动加速度或速度以得到振动位移值的振动检测模块。

激振器模块优选为电磁激振器30，激振器模块在模型基础70上的设置位置根据振动测试类型的不同进行设置，如竖向强迫振动测试、水平回转耦合强迫振动测试及扭转向强迫振动测试等，激振器作用于模型基础70的方向和位置不同，引起模型基础的震动形式不同；振动传感器60的安装方向和位置不同，振动检测模块所测量的振动方向不同。

力检测模块可具体为力传感器40，力传感器40的类型可根据需要进行设置，用以测量激振器模块作用于模型基础70的动态力值，并将之发送至控制装置90；振动检测模块可设置为加速度传感器或速度传感器，测量模型基础70振动的简谐振动加速度或速度，进而计算出振动的位移值。

控制装置90分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块电连接。控制装置90可具体为显示器、PC机等具有数据计算分析的控制设备，其根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础70的测试数据。控制装置90根据预设程序安装参数设置时选定的激振频率范围及测试频率检测分频率依次进行，当某频率点测试完成后，控制装置90进行下一频率点的测试，直至完成设定的所有频率点的测试。根据测试数据可进行地基动力参数的计算，包括地基抗压、抗剪、抗弯和抗扭刚度系数；地基竖向、水平回转向第一振型及扭转向的阻尼比及参振总质量。也可以测试桩基的动力参数，包括单桩的抗压刚度；桩基抗剪和抗扭刚度系数；桩基竖向和水平回转向以及扭转向的阻尼比及参振总质量。

应用本发明提供的模型基础70动力参数测试系统，通过控制装置90分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接，根据预设测试程序控制激振器模块以预设频率振动，并对力检测模块、振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到模型基础70的测试数据，测试过程由控制装置90控制完成，降低测试人员的劳动强度，提高试验数据的可靠性和测试精度。

具体的，控制装置90包括：

分别与激振器模块、力检测模块和振动检测模块连接的中央处理器910；

与中央处理器910连接的数显及程序控制模块920，数显及程序控制模块920发送动力参数测试程序及参数设置指令至中央处理器910，并显示中央处理器910回传的模型基础70的测试数据。

数显及程序控制模块920可具体为显示器，数显及程序控制模块920包括人工交互装置，如键盘或触摸屏921等，进行测试程序及参数设置。中央处理器910和数显及程序控制模块920电连接，中央处理器910接收由数显及程序控制模块920发出的动力参数测试程序及参数设置指令，控制测试过程，并将测试数据回传至数显及程序控制模块920进行实时显示。

进一步地，控制装置90还包括：

分别与中央处理器910连接的信号发生器930和功率放大模块950，信号发生器930和功率放大模块950连接，功率放大模块950与激振器模块连接；

信号发生器930接收中央处理器910的指令并转换为相应的正弦波信号发送至功率放大模块950，功率放大模块950对正弦波信号放大并发送至激振器模块，激励激振器模块产生相应频率的振动，作用于模型基础70。控制装置90还包括与中央处理器910连接的A-D转换器970。

其中，中央处理器910还用于：

根据力检测模块检测的实时激振力值与参数预设激振力值比较，当实时激振力值小于参数预设激振力值时，调节功率放大模块950的电流放大倍数以使实时激振力值和参数预设激振力值间差值处于容许偏差范围内。

中央处理器910按照一定频率采集实时激振力值，当实时激振力值和参数预设激振力值间差值处于容许偏差范围内时，采集模型基础70的振动信号，并回传至中央处理器910，中央处理器910分析振动波形、计算振动的频率和幅值等要素，并发送至数显及程序控制模块920，进行显示，同时控制装置90还包括与中央处理器910连接、用以对测试数据进行存储的信息存储模块940，中央处理器910将上述测试数据进行存储。

在一种实施例中，控制装置90还包括：

与中央处理器910连接的测试数据采集模块960，测试数据采集模块960分别与力检测模块和振动检测模块连接以进行测试数据的采集。

一般的，测试数据采集模块960可根据力传感器40或振动传感器60的类型进行适配，测试数据采集模块960可包括压电式力传感器40采集模块960、电阻应变式力传感器40采集模块960、压电式加速度传感器采集模块960、内装IC压电式加速度传感器采集模块960、磁电式速度传感器采集模块960等。

在一种实施例中，力检测模块具体为力传感器40，力传感器40为压电式力传感器40或电阻应变式力传感器40；振动检测模块具体为压电式加速度传感器、内装IC压电式加速度传感器或磁电式速度传感器。

在上述各实施例的基础上，数显及程序控制模块920包括：

用于存储模型基础70动力参数测试程序的微处理器924；

与微处理器924连接、以进行测试程序选择和参数设置的触摸屏921；

与微处理器924连接的信息转码器925，微处理器924经信息转码器925与中央处理器910连接；

分别与微处理器924连接的电源控制模块922和散热器923。

测试程序包括竖向强迫振动测试程序、水平回转耦合强迫振动测试程序、扭转向强迫振动测试程序。参数设置包括时间、地点、工程名称、测点号、测试类型、激振频率范围选择、测试频率间隔、激振力选择、激振力容许偏差、力传感器40类型及数量、力传感器40标定系数、振动传感器60类型及数量、各个振动传感器60的标定系数等。通过调整激振力容许偏差，可以控制电磁激振器30作用于模型基础70的激振力值的精度，进而提高整体的测试精度。选择测试程序和参数设置通过信息转码器925输入到中央处理器910，由中央处理器910控制动力参数测试的过程。触摸屏921能实时显示振动传感器60及力传感器40测量的模型基础70的振动波形及幅值、电磁激振器30作用于模型基础70的动态激振力值、测试频率、动态幅频响应曲线等测试数据及中间成果。

在一种具体的实施例中，模型基础70竖向强迫振动测试时，首先将预测试的地基整平，铺设一层细砂，将预制的规定尺寸的混凝土模型基础70吊装至测试地点，将电磁激振器30前端连接钢螺杆及力传感器40、后端连接配重20，一起吊装至模型基础70形心上方，配重20端通过弹簧绳10连接至模型基础70上方的固定端，使之静止后电磁激振器30前端的钢螺杆对准模型基础70的地脚螺栓50，将钢螺杆与地脚螺栓50固定连接。在模型基础70的上端面两侧安装振动传感器60，模型基础70外侧合适距离布设工作台，安装控制装置90，并将控制装置90的振动传感器60输入端口、力传感器40输入端口、功率放大模块950输出端口与相应的振动传感器60、力传感器40及电磁激振器30电连接，电源输入端口与电源电连接。

打开控制装置90电源并完成预热，根据预定的模型基础70动力参数测试方案，通过数显及程序控制模块920的触摸屏921、选择测试程序、设置测试参数。中央处理器910根据数显及程序控制模块920设置的测试程序和参数，向信号发生器930和功率放大模块950发送指令，信号发生器930接收来自中央处理器910的指令，产生设定频率的正弦波信号，并将信号发送至功率放大模块950使之放大，激励电磁激振器30产生相应频率的振动并作用于模型基础70，中央处理器910按照一定频率采集实时激振力值，当实时激振力值和参数预设激振力值间差值处于容许偏差范围内时，采集模型基础70的振动信号，并回传至中央处理器910，中央处理器910分析振动波形、计算振动的频率和幅值等要素，并发送至数显及程序控制模块920显示。

测试按照选择好的程序进行，按照参数设置时选定的激振频率范围及测试频率间隔，分频率点依次进行，当某一频率点的测试完成后，中央处理器910向信号发生器930发出指令，进行下一个频率点的测试，直至完成设定的所有频率点的测试。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种模型基础动力参数测试系统，其特征在于，包括：

设于待测地基上方的模型基础上、用于根据预设频率进行振动以作用于所述模型基础的激振器模块；

用于检测所述激振器模块的激振力值的力检测模块；

设于所述模型基础上、用于测量模型基础振动的简谐振动加速度或速度以得到振动位移值的振动检测模块；

分别与所述激振器模块、所述力检测模块和所述振动检测模块连接的控制装置，所述控制装置根据预设测试程序控制所述激振器模块以预设频率振动，并对所述力检测模块、所述振动检测模块发送的检测信号进行数据处理，得到所述模型基础的测试数据。

2.根据权利要求1所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述控制装置包括：

分别与所述激振器模块、所述力检测模块和所述振动检测模块连接的中央处理器；

与所述中央处理器连接的数显及程序控制模块，所述数显及程序控制模块发送动力参数测试程序及参数设置指令至所述中央处理器，并显示所述中央处理器回传的所述模型基础的测试数据。

3.根据权利要求2所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述控制装置还包括：

分别与所述中央处理器连接的信号发生器和功率放大模块，所述信号发生器和所述功率放大模块连接，所述功率放大模块与所述激振器模块连接；

所述信号发生器接收所述中央处理器的指令并转换为相应的正弦波信号发送至所述功率放大模块，所述功率放大模块对正弦波信号放大并发送至所述激振器模块。

4.根据权利要求3所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述中央处理器还用于：

根据所述力检测模块检测的实时激振力值与参数预设激振力值比较，当所述实时激振力值小于所述参数预设激振力值时，调节所述功率放大模块的电流放大倍数以使所述实时激振力值和所述参数预设激振力值间差值处于容许偏差范围内。

5.根据权利要求4所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述控制装置还包括：

与所述中央处理器连接的测试数据采集模块，所述测试数据采集模块分别与所述力检测模块和所述振动检测模块连接以进行测试数据的采集。

6.根据权利要求5所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述控制装置还包括：

与所述中央处理器连接、用以对测试数据进行存储的信息存储模块。

7.根据权利要求1所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述力检测模块具体为力传感器，所述力传感器为压电式力传感器或电阻应变式力传感器。

8.根据权利要求1所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述振动检测模块具体为压电式加速度传感器、内装IC压电式加速度传感器或磁电式速度传感器。

9.根据权利要求1所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述控制装置为显示器或PC机。

10.根据权利要求2-9任一项所述的模型基础动力参数测试系统，其特征在于，所述数显及程序控制模块包括：

用于存储模型基础动力参数测试程序的微处理器；

与所述微处理器连接、以进行测试程序选择和参数设置的触摸屏；

与所述微处理器连接的信息转码器，所述微处理器经所述信息转码器与所述中央处理器连接；

分别与所述微处理器连接的电源控制模块和散热器。

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