УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для получения исходных характеристик при подготовке грунтов, а также при оценке свойств и состояния грунтов перед строительством сооружений или дорог.
Известен компрессионно-фильтрационный прибор, содержащий основание, рабочее кольцо с образцом грунта, штамп с участком для приложения нагрузки, который связан с измерительными устройствами (Полезная модель РФ №54597).
Недостатком такой конструкции является наличие измерительных устройств, которые только показывают величину усадки грунта, а также недостаточная точность их при проведении испытаний.
Известен также автоматический компрессионный прибор, содержащий одометр, нагружающее устройство, устройство регистрации, преобразователь механических перемещений в электрические сигналы, выход которого связан через нагружающее устройство с одометром, узел обработки входных сигналов, реверсивный счетчик, таймер, узел управления и узел замачивания образцов (Авторское свидетельство СССР №1186998).
В данном приборе в качестве измерительных устройств повышенной точности использованы фотоэлектрические преобразователи механических перемещений в электрические сигналы, которые при деформации испытуемого образца поступают на вход узла обработки сигналов, импульсы с которого поступают на входы двух реверсивных счетчиков и на вход анализатора скорости деформации образца. Анализатор скорости деформации образцов, на входы которого поступают сигналы времени от таймера и сигналы о деформации образца с узла обработки входных сигналов, подсчитывает время, затраченное на деформацию образца на 0,01 мм. Счетчик, первым выработавший сигнал переполнения, формирует на выходе анализатора скорости деформации сигнал о наступлении условной стабилизации деформации образца. Узел управления в соответствии с сигналами, поступающими с таймера, и сигналами переполнения счетчиков анализатора скорости деформации образца, выводит на устройство цифровой регистрации информацию о величине деформации образца, накопленную в реверсивном счетчике.
Эта конструкция является наиболее близкой по совокупности существенных признаков и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является отсутствие в приборе средств для визуального контроля процесса деформации образца, средств корректировки режимов испытаний,
средств, позволяющих проводить анализ испытаний, недостаточная точность измерения усадки образца, а также использование прибора только в стационарных (лабораторных) условиях.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для проведения испытаний образцов грунта и повышение точности измерений.
Техническим результатом является возможность контроля процесса испытаний, корректировки режимов в процессе испытаний, возможность анализа проведенных испытаний, возможность использования данного устройства, как в лаборатории, так и в полевых условиях путем создания компактного устройства с автономным питанием.
Для обеспечения поставленной задачи и указанного технического результата в предлагаемом устройстве узел обработки входных сигналов, узел управления, реверсивный счетчик и анализатор скорости деформации образца выполнены в виде единого узла - центрального процессора (ЦП), к входу которого подсоединены:
- датчики перемещения в виде двух фотоэлектрических преобразователей механических перемещений при деформации образца грунта, причем каждый преобразователь содержит насаженный на ось с возможностью вращения диск с радиальными прорезями и одну оптопару, состоящую из светоизлучателя и двух фотоприемников, расположенных на одной оптической оси со светоизлучателем и со сдвигом в окружном направлении, несколько большем ширины радиальной прорези диска. Такая конструкция датчика перемещения дает удвоенную точность измерения, ввиду выдачи сигналов, как при пересечении границы тень-свет, так и границы свет-тень, также позволяет отслеживать положительное и отрицательное направление деформации образца. Выбирая диски с радиальными прорезями разной ширины можно задавать необходимую точность измерения деформации образца грунта. Таким образом, при использовании такого датчика перемещения, одновременно определяется направление перемещения и его величина. Кроме того, применение индикатора часового типа в данном устройстве обеспечивает полную совместимость со штатными креплениями приборов для исследования грунта (одометр, срезыватель, уплотнитель).
- таймер, служащий для отсчета текущего времени и выдачи синхронизирующего сигнала на ЦП;
- блок световой и звуковой сигнализации для оповещения об окончании испытаний на текущей ступени нагрузки. В качестве исполнительных элементов могут быть применены излучающие светодиоды и звукоизлучатель, например, пьезоизлучатель
- клавиатура, служащая для ввода режимов работы ЦП, значений временных интервалов, номеров ступеней нагрузки, номеров замеров на данной ступени и служебных значений (установка времени и отображение температуры);
- блок памяти, служащий для хранения результатов проведенных испытаний (полный объем параметров для каждого замера), а также для задания временных параметров для проведения последующего испытания;
- адаптер для подключения компьютера через СОМ1 порт, являющийся согласующим устройством, позволяющим загружать в ЦП и считывать с него данные на компьютере;
- жидкокристаллический индикатор (ЖКИ), предназначенный для отображения служебной и рабочей информации в соответствующих режимах считывания;
- блок питания с возможностью подключения аккумулятора, например автомобильного, служащий для поддержания работоспособности прибора в режиме аварийного отключения электроэнергии или в полевых условиях.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства для проведения испытаний образцов грунт на фиг.2 - фотоэлектрический преобразователь механических перемещений в электрические сигналы устройства.
Устройство содержит центральный процессор 1, в котором программно реализованы функции считывания значений с датчиков измерения величины перемещения 2, 3 и функции суммирования и усреднения, позволяющие определять, как значения каждого датчика отдельно, так и находить их среднее арифметическое, что при определенных обстоятельствах также может служить для повышения точности измерений. Вычисление абсолютного значения усадки образца проводится с учетом показаний обоих датчиков одновременно. К входам процессора 1 подсоединены датчики перемещения 2, 3, таймер 4, блок световой и звуковой сигнализации 5, клавиатура для ввода режимов работы 6, блок памяти для хранения результатов проведенных испытаний 7, адаптер для подключения компьютера 8, жидкокристаллический индикатор для отображения служебной и рабочей информации 9, блок питания 10.
Каждый датчик перемещения 2, 3 содержит посаженный на ось 11 с возможностью вращения диск 12, в котором выполнены радиальные прорези 13. Оптопара состоит из одного светоизлучателя 14 и двух фотоприемников 15, 16, окружное расстояние между которыми несколько больше ширины прорези 13 диска 12
Устройство работает следующим образом:
Оператор, используя клавиатуру, задает режим работы устройства.
Центральный процессор 1 поддерживает несколько режимов работы:
- просмотр времени и установка даты,
- режим калибровки,
- просмотр напряжения питания и напряжения аккумуляторной батареи,
- задание параметров предстоящего и изменение параметров проводимого испытания,
- установка временных интервалов,
- проведение измерений,
- просмотр и анализ результатов.
При автономном использовании устройства вводимые данные и полученные результаты отображаются на ЖКИ. При подключении к компьютеру вводимые значения могут быть отправлены в центральный процессор 1 из файла компьютера через адаптер 8, а результаты получены в виде таблицы Excel. Программное обеспечение для этого поставляется с изделием.
В режиме просмотра времени и даты ЦП принимает синхронизирующие импульсы от таймера 4, увеличивает значение счетчика времени, выдает значение на ЖКИ 9.
В режиме установки времени и даты соответствующим разрядам времени и даты процессор 1 присваивает значения, введенные оператором с клавиатуры 6.
В режиме калибровки процессор 1 присваивает нулевое значение текущему положению датчиков перемещения 2, 3. Далее, при уплотнении или испытании грунта, вращаются диски 12 с радиальными прорезями 13, пересекая оптические оси оптопар (светоизлучатель 14 - фотоприемники 15, 16). Первый сигнал поступает в ЦП 1 при переходе «тень-свет» от фотоприемника 15, второй - при переходе «свет-тень» от фотоприемника 16. Такая последовательность поступления сигналов со светоприемников 15, 16 обуславливает вращение диска по часовой стрелке, например, при положительной деформации образца. При отрицательной деформации образца сигналы со фотоприемников 15, 16 будут поступать в ЦП 1 в обратной последовательности. Отсутствие сигналов будет означать стабилизацию образца.
При просмотре напряжения питания с блока питания 10 и аккумуляторных батарей на ЖКИ 9 выводятся их значения в данный момент времени.
В режиме задания параметров предстоящего испытания процессор 1 производит пошаговую запись вводимых значений временных интервалов для данного № измерений на данной ступени в блок памяти 7.
В режиме проведения измерений процессор 1 в программно заданный момент времени производит считывание показаний датчиков 2, 3, вычисляет их абсолютное значение, находит среднее арифметическое значение и заносит результат в соответствующую ячейку таблицы результатов. Также в этом режиме обеспечивается возможность просмотра предыдущих результатов для предварительной оценки динамики осадки грунта
на текущий момент времени. Запуск и остановку процесса можно производить принудительно. При трехкратном повторении одного и того же усредненного показания датчиков, свидетельствующего, согласно ГОСТ 12248-96, о стабилизации осадки грунта на данной ступени нагрузки, процессор 1 через блок 7 посредством звуковых и световых сигналов сообщает об окончании испытания на данной ступени.
В режиме просмотра результатов на ЖКИ 9 последовательно выводятся значения произведенных измерений в прямом или обратном направлениях в пределах одной ступени. Номер ступени при этом также может набираться в прямом или обратном направлениях. Возможен также вывод любого результата в индивидуальном порядке.
Предлагаемое устройство изготовлено заявителем и в настоящее время проводятся его испытания.