土工布滲透率智能測(cè)試儀

1、土工布滲透率智能測(cè)試儀馮玉生1, 楊學(xué)昭1, 宋百平1 時(shí)間:2009年02月26日 字 體: 大 中 小關(guān)鍵詞:上位機(jī)滲透率測(cè)試原理我國(guó)A/D摘? 要： 為解決土工布滲透率的測(cè)試僅有國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)而沒(méi)有規(guī)范的測(cè)試儀器問(wèn)題，研制了一種土工布滲透率智能測(cè)試儀。該測(cè)試儀采用微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化控制，可以測(cè)試不同壓力/梯度條件下的滲透率且重現(xiàn)性好。關(guān)鍵詞： 土工布? 滲透率? 智能測(cè)試?土工布是指用于巖土工程和土木工程的滲透聚合物材料。土工布有關(guān)產(chǎn)品綜合了紡織、化工、塑料、造紙各工業(yè)部門(mén)的技術(shù)成就，包括機(jī)織土工布、針織土工布、非織造土工布、土工格柵和土工復(fù)合物等產(chǎn)品。土工布及其產(chǎn)品在工程中主要用于防護(hù)

2、、隔離、過(guò)濾、加強(qiáng)和排水等。它以生產(chǎn)工藝流程短、使用簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、柔性大等優(yōu)勢(shì)，在水利、電力、交通、建筑等各領(lǐng)域中被廣泛采用，成為新型建筑材料。與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)在土工布的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用上起步較晚，配套的保證和規(guī)范還很不完善。隨著人們對(duì)土工布在巖土工程和土木工程中所起作用的認(rèn)識(shí)逐步加深，土工布的應(yīng)用范圍越來(lái)越大。特別是1998年我國(guó)遭受特大洪水災(zāi)害以來(lái)，我國(guó)對(duì)土工布的應(yīng)用和推廣給以了極大的重視。國(guó)家經(jīng)貿(mào)委成立了土工布推廣應(yīng)用協(xié)調(diào)小組，從制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)和施工規(guī)范到產(chǎn)品質(zhì)量及價(jià)格，均提出了要求。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局和紡織工業(yè)局如期完成了標(biāo)準(zhǔn)制定?！巴凉げ紳B透率智能測(cè)試儀”就是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

3、的要求研制出的配套測(cè)試儀器。1 測(cè)試原理該儀器的測(cè)試原理是:在規(guī)定的水力梯度和接觸材料條件下，改變法向壓力，測(cè)量在土工布及其有關(guān)產(chǎn)品平面內(nèi)的水流量?jī)x器應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試要求。2 測(cè)試方法由于土工布及其有關(guān)產(chǎn)品本身的特性與原料的種類(lèi)、制造工藝、產(chǎn)品規(guī)格等均有著密切的關(guān)系，因而在各項(xiàng)工程應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境和地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和土工布在工程中的作用等，對(duì)土工布品種及其指標(biāo)的選擇有不同的要求。因此必須通過(guò)測(cè)試了解產(chǎn)品的性能指標(biāo)，供設(shè)計(jì)部門(mén)選用，達(dá)到合理應(yīng)用土工布的目的。將經(jīng)過(guò)含濕潤(rùn)劑的液體浸泡過(guò)的土工布試樣放入試樣框中，在法向加一定壓力后，向進(jìn)水槽內(nèi)注水并建立一定的水力梯度。當(dāng)出水槽有

4、滲透出的水流入集水器時(shí)，開(kāi)始測(cè)試。在集水器的水量達(dá)到一定的容積時(shí)，產(chǎn)生水滿信號(hào)，停止測(cè)試。影響沿織物平面滲透性能的因素很多，難以統(tǒng)一規(guī)范，但任何一種土工布的滲水性能、滲透率與壓力、梯度、水流方向都有關(guān)系，要想測(cè)得準(zhǔn)確就必須按國(guó)標(biāo)要求。對(duì)一種土工布取三塊(或六塊)試樣，每塊試樣在0.1或1.0梯度下，在20kPa、100kPa、200kPa的壓力下分別測(cè)試，每種梯度/壓力情況下測(cè)3次，然后取一個(gè)平均值，這樣共需測(cè)18次，取出6個(gè)平均值數(shù)據(jù)。然后更換試樣三次再進(jìn)行測(cè)量，需測(cè)54次。最后將不同壓力/梯度下三塊試樣的測(cè)試結(jié)果再取平均值，得出各壓力/梯度下的滲透率。3?儀器硬件的組成及主要技術(shù)特征? 本

5、儀器由兩大部分組成：透水儀主機(jī)部分和智能測(cè)試裝置。透水儀主機(jī)包括進(jìn)水槽、出水槽、試樣框、集水器、加壓部分和箱體等。智能測(cè)試裝置以MCS-51系列單片機(jī)8031為核心，配置有只讀存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、6個(gè)功能鍵按鈕、6位LED數(shù)字顯示板、TP-16打印機(jī)、RS232通訊接口等，可以對(duì)土工布的測(cè)試狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定(梯度、試樣數(shù))，對(duì)壓力、集水時(shí)間、試樣厚度進(jìn)行測(cè)定，具有數(shù)據(jù)采集與運(yùn)算處理功能，并能對(duì)壓力、厚度、集水時(shí)間、水力梯度有選擇地進(jìn)行數(shù)字顯示，水滿信號(hào)來(lái)時(shí)，能打印出測(cè)試滲透率結(jié)果。土工布?jí)毫z測(cè)環(huán)節(jié)采用應(yīng)變式壓力傳感器，厚度采用差動(dòng)位移傳感器。因信號(hào)微弱易受干擾，采集時(shí)進(jìn)行了濾波、放大處理后送A

6、/D轉(zhuǎn)換器。同時(shí)軟件設(shè)計(jì)了抗干擾程序，減小了測(cè)量誤差。由于測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)(最長(zhǎng)為10小時(shí)/次)，為避免因停電造成數(shù)據(jù)丟失，設(shè)計(jì)了掉電保護(hù)及鋰電池供電電路。掉電時(shí)使測(cè)試狀態(tài)數(shù)據(jù)保存在耗電極小的81C55內(nèi)的RAM中，提高了測(cè)試的可靠性。由于采用微機(jī)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和計(jì)時(shí)，不需要人為干預(yù)，能自動(dòng)地測(cè)試，從根本上避免了人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)了智能化。硬件電路的組成如圖1所示。?4 軟件設(shè)計(jì)由測(cè)試原理及工藝要求編寫(xiě)了程序。在測(cè)試過(guò)程中所測(cè)數(shù)據(jù)存放在81C55內(nèi)的RAM中，以便計(jì)算各壓力、梯度下的平均值，并由TP-16打印輸出。顯示器顯示結(jié)果，經(jīng)RS232向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)。一塊試樣測(cè)完后，更換試樣，用同樣的

7、過(guò)程再測(cè)試一遍。幾塊試樣均測(cè)完后(試樣數(shù)事先有設(shè)定)，打印機(jī)能打印出不同的壓力、梯度下的各項(xiàng)總平均值。數(shù)據(jù)的運(yùn)算采用三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)，以滿足系統(tǒng)的精度要求，計(jì)時(shí)采用8031內(nèi)部定時(shí)器T0。5 與上位機(jī)通訊的設(shè)計(jì)可以根據(jù)需要與上位機(jī)(586以上機(jī)型)進(jìn)行通訊，向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)。上位機(jī)能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)加工、整理、保存、制表、顯示、實(shí)時(shí)測(cè)試并能存盤(pán)。上位機(jī)平臺(tái)基于WINDOWS操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)軟件為BrolandC+Build4.0。上位機(jī)與下位機(jī)之間以串行通訊實(shí)現(xiàn)信息交換，通訊時(shí)利用標(biāo)準(zhǔn)Windows API的函數(shù)文件完成數(shù)據(jù)處理與交換，利用多線程技術(shù)來(lái)管理通信任務(wù)。由于上位機(jī)完全工作于自動(dòng)狀態(tài)，因此軟件系統(tǒng)使用十分方便。系統(tǒng)啟動(dòng)后，上位機(jī)處于接收狀態(tài)，將接收的數(shù)據(jù)自動(dòng)組織成相應(yīng)表格文件存入硬盤(pán)。表格菜單有三種：(1)列出所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);(2)列出標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表一;(3)列出標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表二。?試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好、符合使用要求。該儀器測(cè)試原理、各項(xiàng)性能