CN105256786A - 一种无缆静力触探设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无缆静力触探设备及其使用方法，其中无缆静力触探设备包括静力触探探头、数据采集控制器、无缆静力触探探杆和数据传输控制器，其特征在于：所述数据采集控制器安装于静力触探探头内部尾端的防水密封舱中，该数据采集控制器包括与静力触探探头连接的AD转换器、第一控制单元和第一通讯单元；所述数据传输控制器包括第二控制单元、第二通讯单元和屏幕显示单元；所述数据采集控制器与数据传输控制器通过无缆静力触探探杆连接，第一通讯单元和第二通讯单元之间采用通信总线供电技术的总线电缆进行连接。与现有技术相比，本发明能够简便、准确、实时、快捷地完成静力触探施工工作。

Description

一种无缆静力触探设备及其使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程勘察技术领域，具体涉及一种无缆静力触探设备及其使用方法。

背景技术

在岩土工程勘察技术领域，静力触探作为一种能够直接提供地基土综合力学性质指标的原位测试手段，同时也是一种具备分层细致、层位准确的工程地质勘探方法，在岩土工程勘探领域广为使用且深受信赖。

目前静力触探设备普遍采用的是有电缆式静力触探设备，即将一个内部装有传感器的探头以匀速压入地下，由于地下各种地层的软硬不同，探头所受的贯入阻力自然也不一样。探头传感器将这种大小不同的贯入阻力以电压模拟信号形式传输到地上记录仪中，再由地上记录仪转换成数字信号并形成最终静力触探勘探成果。采用该设备，在探头压入地下过程中，探头始终与设置在地上的记录仪通过近百米的多芯电缆保持连接，其间由该多芯电缆向下为探头提供电源、向上传输探头内传感器惠斯通电桥微小桥压变化的模拟信号，最终由地上的记录仪完成此模拟信号的数字化和数据存贮功能。该方式主要存在以下二大问题：首先，该方式无法测量探头在压入过程中所必然产生的倾斜角度，而且随着勘探深度的增加该倾斜角往往越来越大，最终导致勘测成果与实际情况出入较大；其次，由于近百米的整根多芯电缆为连续贯穿所有探杆的(包括尚未压入的探杆)，因此在探头压入过程中阻碍了套管的设置工作(除非电缆能够根据地压变化情况，在不同位置做到快速中断和安全再连接)，进而显著降低了静力触探的勘探深度，最终大大限制了该勘探方法的使用范围。因此，能够测量探头倾斜角度且便于套管设置的无缆静力触探设备一直是国内外岩土工程勘察界重点研究的方向之一。

目前，国外已有开发成功案例，如瑞典GEOTECHAB公司的NOVA系列无电缆静力触探***、荷兰A.P.vandenBergMachinefabriek公司的全自动无电缆静力触探***等等。但此类设备要么受到信号传输距离限制，无法实现深度勘测；要么无法与国内通用施工设备配套使用且其价格极其昂贵。因此，这类设备目前在国内极少使用。

国内也有部分成功的研发范例，如申请号为：201110031820.3所公开的《无缆式静力触探仪及数据采集处理方法》、申请号为200910070579.8所公开的《岩土工程的深层静力触探测试方法》等。但其共同的缺憾是不能在静力触探施工过程中作到对测试数据进行实时监控，特别是当探头遇到密实或坚硬地层，致使贯入阻力超过探头承受能力，或者地基条件复杂且均匀性差，导致探头倾斜严重时，由于不能及时发现并终孔，往往容易造成探头因过载而报废或探杆挠度过大而折断的严重事故。因此，该类设备目前在国内尚未得到推广普及。

发明内容

本发明首先所要解决的第一技术问题是针对上述现有技术提供一种能够测量探头倾斜角度且能够实现对勘测数据进行实时监控的无缆静力触探设备。

本发明进一步所要解决的第二技术问题是提供一种无缆静力触探设备的使用方法。

本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案为：一种无缆静力触探设备，包括静力触探探头、数据采集控制器、无缆静力触探探杆和数据传输控制器，其特征在于：

所述数据采集控制器安装于静力触探探头内部尾端的防水密封舱中，该数据采集控制器包括与静力触探探头连接的AD转换器第一控制单元和第一通讯单元；其中AD转换器与第一控制单元相连，将AD转换器转换后的压力数据传给第一控制单元；第一通讯单元与第一控制单元相连，第一控制单元将AD转换器转换后的压力数据传给第一通讯单元；

所述数据传输控制器包括第二控制单元、第二通讯单元和屏幕显示单元，所述第二通讯单元与数据采集控制器的第一通讯单元相连，用于接收第一通讯单元发来的压力数据；第二通讯单元与第二控制单元连接，将压力数据传给第二控制单元；第二控制单元将压力数据传给屏幕显示单元进行显示；所述数据传输控制器设置于地面，以便施工作业人员实现对压力数据的实时监控；

其中，数据采集控制器采用无缆静力触探探杆与数据传输控制器连接，数据采集控制器的第一通讯单元和数据传输控制器的第二通讯单元之间采用通信总线供电技术的总线电缆进行连接，该通信总线供电技术的总线电缆设置于无缆静力触探探杆内部。

作为改进，所述数据采集控制器还包括用于采集静力触探探头倾斜角度的角度测量单元，该角度测量单元与第一控制单元相连用于将采集的倾斜角度数据传给第一控制单元，第一控制单元还能将倾斜角度数据传给第一通讯单元，第一通讯单元还能将倾斜角度数据传给第二通讯单元，第二通讯单元还能将接收的倾斜角度数据传给第二控制单元，第二控制单元还能将倾斜角度数据传给屏幕显示单元进行显示。

较好的，所述AD转换器、角度测量单元、第一控制单元和第一通讯单元均集成在一块印刷电路板；所述第二控制单元、第二通讯单元和屏幕显示单元也集成在一块印刷电路板上。

作为改进，本发明还包括与数据传输控制器无线连接的控制终端(PC机)和有线连接的深度记录仪；所述数据传输控制器还包括第三无线通讯单元；所述控制终端包括安装有上位机控制软件的PC机、以及与第三无线通讯单元配合的第四无线通讯单元。

再改进，所述无缆静力触探探杆包括中空管状探杆和专门与之配合的电缆连接器；所述中空管状探杆的两端内壁分别设置用于安装固定电缆连接器公头连接端和母头连接端的内螺纹；所述电缆连接器包括能插接在一起的公头连接端和母头连接端；电缆连接器的公头连接端通过螺纹安装固定在中空管状探杆的第一端内部适当深度；电缆连接器的母头连接端通过螺纹安装固定在中空管状探杆的第二端内部适当位置；连接公头连接端和母头连接端的总线电缆则安放在中空管状探杆内部；中空管状探杆相互连接过程中，电缆连接器的公头连接端和母头连接端自动完成插接。

较好的，电缆连接器的公头连接端包括：

第一中空外壳，第一中空外壳外壁设置有外螺纹，第一中空外壳第一端内壁设有第一外壳台阶，第一中空外壳第二端内部设有弹簧顶圈；

第一绝缘基座，该第一绝缘基座活动设置在第一中空外壳内，第一绝缘基座的第一端外部设有基座凸台，该基座凸台与第一外壳台阶相抵；

弹簧，套设在第一绝缘基座外，弹簧的两端分别与基座凸台和弹簧顶圈相抵；

第一接触件，第一接触件的第二端固定在第一绝缘基座第一端，第一接触件的第一端向外延伸出第一绝缘基座的第一端；

第一绝缘体，与第一接触件同轴且固定在第一接触件的内部；

第二接触件，与第一绝缘体同轴且固定在第一绝缘体内部；

总线电缆端部伸入第一绝缘基座内部，且总线电缆端部的第一芯线与第一接触件电连接，总线电缆的第二芯线与第二接触件电连接；

电缆连接器的母头连接端包括：

第二中空外壳，该第二中空外壳外壁设置有外螺纹，第二中空外壳的第一端内壁设置有第二外壳台阶；

第二绝缘基座，该第二绝缘基座活动设置在第二中空外壳内，前端与第二中空外壳第一端内壁的第二台阶相抵；

第三接触件，该第三接触件同轴设置在第二绝缘基座内壁；

第四接触件，该第四接触件轴向设置在第二绝缘基座的中心位置；

总线电缆端部伸入第二中空外壳内部，且总线电缆端部的第一芯线与第三接触件电连接，总线电缆的第二芯线与第四接触件电连接；

前述公头连接端与母头连接端插接后，第四接触件与第二接触件接触，第一接触件与第三接触件接触。

为了使电缆连接器能适用于水下环境，所述第一绝缘基座的第一端部外设置有第一防水垫圈，第一绝缘基座的第二端部外设置有第二防水垫圈，第一绝缘基座的第二端外壁设置有外螺纹；所述公头连接端还包括第一止水压盖，该第一止水压盖封闭端设用于穿设总线电缆的第一贯孔，该第一止水压盖内壁设置有与第一绝缘基座的第二端外壁的外螺纹配合的内螺纹；前述第二防水垫圈压入第一止水压盖后通过螺纹与第一绝缘基座建立连接，使得第一绝缘基座与总线电缆、第二防水垫圈、第一止水压盖组成整体并活动设置于第一中空外壳内；所述弹簧则在套设在第一绝缘基座第二端及第一止水压盖外部；所述第二中空外壳的第二端外壁也设置有外螺纹；所述母头连接端还包括第二止水压盖，该第二止水压盖封闭端设有用于穿设总线电缆的第二贯孔，且该第二止水压盖内壁设置内螺纹，第二中空外壳的第二端与第二止水压盖通过螺纹连接；母头连接端的总线电缆外壁与第二止水压盖或/和第二中空外壳内壁之间设置第三防水垫圈。通过上述结构，使电缆连接器具备有效防水功能，即使在深水环境中使用，也不会出现因电缆连接器进水而造成的短路情况。

再改进，所述第一中空外壳第二端内部弹簧顶圈的内径大于第一止水压盖的外径；同时，第二中空外壳第一端的外径小于第一中空外壳第一端的内径；这样，当探杆在旋紧之后，第二中空外壳第一端能伸入第一中空外壳第一端一定深度；弹簧被压缩后，第一止水压盖的端部能从第一中空外壳的第二端底部弹簧顶圈中穿出，如此能够保证第一防水垫圈与上、下面贴合紧密达到防水效果。

再改进，弹簧顶圈与第一中空外壳第二端内部通过螺纹连接，且弹簧顶圈径向设置定位槽，便于使用卡趾钳将弹簧顶圈旋进或旋出，进而调整弹簧压缩程度。

再改进，母头连接端总线电缆的端部与第二绝缘基座之间填设有固接胶，使电缆与第二绝缘基座连接为一体。

再改进，所述第一中空外壳的第一端端面设置有多个非贯穿定位槽；所述第二中空外壳的第一端端面也设置有多个非贯穿定位槽；如此便于使用卡趾钳将第一中空外壳和第二中空外壳安装固定在静力触探探杆两端内部的适当位置。

本发明进一步解决上述第二技术问题所采用的技术方案为：一种具有上述结构特征的无缆静力触探设备的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将静力触探探头安装就位并使其处于悬空状态，调整垂直度，使静力触探探头与水平面垂直，然后将数据传输控制器的拖缆连接口安装到与静力触探探头相连的无缆静力触探探杆上端；

步骤2：开启数据传输控制器的电源开关，通过观察数据传输控制器屏幕的提示内容，判断数据采集控制器与数据传输控制器之间的连接是否正常；

步骤3：打开控制终端PC机，运行上位机软件，打开通信端口，建立第四无线通讯单元与第三无线通讯单元之间的无线连接，使控制终端与数据传输控制器建立通信连接；通过观察上位机软件介面窗口的提示内容，判断控制终端与数据传输控制器之间的连接是否正常；

步骤4：点击上位机控制软件的“压力采零”和“倾角校零”，读取静力触探探头在悬空状态下的压力初值和探头在垂直状态下的倾角初值，经不限次数的读取后选定压力初值和倾角初值；

步骤5：将深度记录仪安装就位，并保证其与数据传输控制器连接正常，然后点击上位机软件介面上的“开始采集”，进入静力触探施工状态；

步骤6：进入静力触探施工状态后，通过不断加装无缆静力触探探杆，使静力触探探头与数据传输控制器在静力触探探头压入过程中始终保持连接，直至达到要求的勘探深度；期间可根据需要进行次数不限的探头上提悬空状态下的压力采零；同时，在施工过程中，可随时中断施工，当施工中断时间较长(如安装套管)时，出于节电目的可随时关闭数据传输控制器电源；

步骤7：达到勘探深度后上提、悬空静力触探探头，读取静力触探探头的压力零值；点击上位机软件介面上的“结束采集”和“数据导出”，将所有采集数据以给定文件名保存在控制终端PC机指定路径中；

步骤8：点击上位机软件介面上的“清除数据”，关闭数据传输控制器电源，拨出静力触探探头，完成静力触探勘探工作。

所述数据传输控制器还包含电源电量检测模块，能够实时显示***电压情况，以提示用户适时充电。

所述控制终端还包括具体所测压力及倾斜角度的超值报警功能，当压力和倾斜角度达到或超过预设报警值时，控制终端产生音频报警信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：能够简便、准确、实时、快捷地完成静力触探施工工作，尤其适用于大深度静力触探的勘探施工工作。

附图说明

图1为本发明实施例中无缆静力触探设备的框图；

图2为本发明实施例中数据采集控制器示意图；

图3为本发明实施例中数据传输控制器示意图；

图4为本发明实施例中控制终端示意图；

图5为本发明实施例中电缆连接器公头连接端的结构示意图；

图6为本发明实施例中电缆连接器母头连接端的结构示意图；

图7为本发明实施例中电缆连接器的结构示意图(分开状态)；

图8为本发明实施例中电缆连接器的结构示意图(插接状态)

图9为本发明实施例中静力触探探杆的结构示意图；

图10为本发明实施例中两根静力触探探杆插接后连接处的结构示意图；

图11为本发明另一实施例中静力触探探杆的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的无缆静力触探设备，包括静力触探探头2a、数据采集控制器1a、通过无缆静力触探探杆与数据采集控制器1a相连的数据传输控制器3a，与数据传输控制器连接的控制终端4a及深度记录仪5a。

如图2所示，其中所述数据采集控制器1a安装于静力触探探头2a内部尾端的防水密封舱中，该数据采集控制器1a包括与静力触探探头连接的AD转换器11a、用于采集静力触探探头倾斜角度的角度测量单元12a、第一控制单元13a和第一通讯单元14a；其中AD转换器11a、角度测量单元12a与第一控制单元13a连接，用于将AD转换器转换后的压力数据和角度测量单元采集的倾斜角度数据传给第一控制单元；第一通讯单元14a与第一控制单元13a相连，第一控制单元13a将AD转换器12a转换后的压力数据和角度测量单元采集的倾斜角度数据传给第一通讯单元14a；AD转换器11a位于该数据采集控制器1a底部靠近静力触探探头的位置，该AD转换器11a采用AD公司基于Σ－△转换技术的24位A/D转换芯片AD7799，其具有低噪声、低功耗和高增益等特点，非常适合于测压***；第一控制单元13a安装于最靠近于AD转换器11a的位置，为一CPU芯片，该芯片采用意法半导体公司生产的32位STM32F103单片机，其具有低功耗、少门数、短中断延迟及低调试成本等诸多优点，在微控制器***、工业控制***等众多领域广泛使用；角度测量单元12a采用AD公司生产的一款低功耗双轴加速度传感器芯片ADIS16209，其为数字输出的高精度双轴加速度计，能够在±90°测量范围内以误差小于0.1°的精度准确测量相互垂直的两个方向上的倾斜角度；第一通讯单元14a为通信总线供电技术的从机芯片，该芯片通过通信供电总线为数据采集控制器提供电力和通讯保障；所述AD转换器、角度测量单元、第一控制单元和第一通讯单元均集成在一块印刷电路板上；

如图3所示，所述数据传输控制器固定于地面施工装置上；该数据传输控制器3a包括第二控制单元31a、第二通讯单元32a和屏幕显示单元33a、第三无线通讯单元34a、电源35a和电源电量检测模块36a；所述第二通讯单元32a与数据采集控制器第一通讯单元通过通信供电总线相连，用于接收第一通讯单元发来的压力数据和倾斜角度数据；第二通讯单元32a与第二控制单元31a相连，将压力数据和倾斜角度数据传给第二控制单元；第二控制单元31a与屏幕显示单元33a相连，将压力数据和倾斜角度数据传给屏幕显示单元33a进行显示；电源35采用大容量可充电锂电池；屏幕显示单元采用常规仪表液晶显示器；第二控制单元为一CPU芯片，仍然采用STM32F103单片机；第二通讯单元32a为通信总线供电技术的主机模块或芯片，该主机模块或芯片通过通信供电总线为数据采集控制器提供电源管理和数据通讯保障，并提供***故障监测功能；第三无线通讯单元34a为蓝牙通讯模块，采用蓝牙4.0协义，在短距离数据传输方面具有低功耗、传输速度快等优点；电源、第二控制单元、第二通讯单元、屏幕显示单元、第三无线通讯单元和电源电量检测模块均集成在一块印刷电路板上；

如图4所示，控制终端4a包括安装有上位机控制软件的PC机41a、及与第三无线通讯单元配合的第四无线通讯单元42a；上位机控制软件还设有所测压力及倾斜角度的超值报警功能，当压力和倾斜角度达到或超过预设报警值时，控制终端产生音频报警信号。

如图7、8所示，所述数据采集控制器2a与数据传输控制器3a之间采用专用无缆静力触探探杆连接，第一通讯单元和第二通讯单元之间采用通信供电总线电缆(以下简称总线电缆)进行连接，该总线电缆设置于静力触探探杆内构成无缆静力触探探杆；该无缆静力触探探杆包括中空管状探杆4，该中空管状探杆4的第一端41内壁后侧设置有与下述电缆连接器的公头连接端中第一中空外壳11外壁的外螺纹配合的内螺纹，该中空管状探杆的第二端42内壁设置有能与下述电缆连接器的母头连接端中第二中空外壳21外壁的外螺纹配合的内螺纹；电缆连接器的公头连接端1安装在中空管状探杆的第一端41内部，电缆连接器的母头连接端2安装在中空管状探杆的第二端42内部，连接公头连接端和母头连接端的总线电缆3则设置在中空管状探杆4内部；中空管状探杆的第二端外壁设有外螺纹，该中空管状探杆的第一端前侧内壁设有与第二端外壁的外螺纹配合的内螺纹，从而使中空管状探杆的第二端能通过螺纹与另一根中空管状探杆的第一端相连，并且在中空管状探杆的第二端通过螺纹与另一中空管状探杆的第一端相连接过程中，探杆内部电缆连接器的公头连接端与另一探杆内部电缆连接器的母头连接端自动完成插接；中空管状探杆的第一端外设置有第一保护盖6，所述中空管状探杆的第二端外设置有第二保护盖7。

其中，电缆连接器的公头连接端包括；

如图5、6所示，所述电缆连接器的公头连接端1包括：

第一中空外壳11，外壁设置有外螺纹11A，第一中空外壳第一端内壁设有第一外壳台阶11B，第一中空外壳第二端内壁设置有内螺纹，并通过螺纹连接弹簧顶圈11D；所述第一中空外壳的第一端端面设置有多个非贯穿定位槽11D；

第一绝缘基座12，该第一绝缘基座活动设置在第一中空外壳内，第一绝缘基座的第一端外部设有基座凸台12A，该基座凸台12A与第一外壳台阶11B相抵，该第一绝缘基座的第一端部外设置有第一防水垫圈13，第一绝缘基座的第二端部外设置有第二防水垫圈14，第一绝缘基座的第二端外壁设置有外螺纹；

第一止水压盖15，纵向截面呈U型，该第一止水压盖15封闭端设有用于穿设总线电缆3的第一贯孔，该第一止水压盖15内壁设置有内螺纹，在前述第二防水垫圈14压入第一止水压盖15后，将第一绝缘基座12的第二端与第一止水压盖15通过螺纹连接成整体，该整体活动设置在第一中空外壳11内；所述第一中空外壳11的第二端内部设有弹簧顶圈11C，该弹簧顶圈11C的内径大于第一止水压盖15的外径；

弹簧16，套设在止水压盖15外，弹簧的两端分别与基座凸台12A、弹簧顶圈11C相抵；

第一管状接触件17，第一管状接触件的第二端固定在第一绝缘基座12第一端，第一管状接触件的第一端向外延伸出第一绝缘基座12的第一端；

第一绝缘体18，与第一管状接触件同轴、且固定在第一管状接触件的内部；

第二管状接触件19，与第一绝缘体同轴、且外壁固定在第一绝缘体内壁；

总线电缆3伸入第一绝缘基座12内，且总线电缆端部的第一芯线与第一管状接触件17电连接，总线电缆的第二芯线与第二管状接触件19电连接；

如图5、6所示，所述母头连接端2包括：

第二中空外壳21，第二中空外壳的第一端外壁设置有粗牙外螺纹，第二中空外壳的第二端外壁设置有细牙外螺纹；所述第二中空外壳的第一端端面也设置有多个非贯穿定位槽21A；第二中空外壳的第一端内壁设置有第二外壳台阶21B；

第二绝缘基座22，该第二绝缘基座活动设置在第二中空外壳21内，其前端与第二外壳台阶21B相抵；

第二止水压盖23，该第二止水压盖采用与第一止水压盖相同结构；；

第三管状接触件24，该第三管状接触件同轴设置在第二绝缘基座的内壁；

第四柱状接触件25，该第四柱状接触件轴向设置在第二绝缘基座的中心位置；

总线电缆伸入第二中空外壳内，且母头连接端的总线电缆的第一芯线与第三管状接触件24电连接，总线电缆的第二芯线与第四柱状接触件25电连接；总线电缆外壁与第二止水压盖或/和第二中空外壳内壁之间设置第三防水垫圈26；总线电缆的端部与第二绝缘基座22之间填设有固接胶；

前述公头连接端与母头连接端插接后，第四柱状接触件25插设在第二管状接触件19内、且第四柱状接触件25外壁与第二管状接触件19内壁接触；第一管状接触件17插设在第三管状接触件24内、且第一管状接触件17外壁与第三管状接触件24内壁接触。

其中，第一管状接触件、第二管状接触件、第三管状接触件，第四柱状接触件采用底电阻率的紫铜材料，为防止氧化且提高耐磨性，第一管状接触件、第二管状接触件、第三管状接触件，第四柱状接触件的表面均作电镀处理；第二防水垫圈和第三防水垫圈的截面呈直角梯形，第一防水垫圈的截面呈矩形；第一防水垫圈与弹簧结构配合，能使静力触探探杆的第二端插设入另一根静力触探探杆的第一端并旋紧之后，弹簧有一定压缩量，从而保证第一防水垫圈与上、下面贴合紧密达到防水效果；第二防水垫圈与第一绝缘基座、第二防水垫圈与电缆、第三防水垫圈与电缆、第三防水垫圈与第二中空外壳采用止水压盖与基座或中空外壳相互配合的结构，使公头连接端与电缆之间、母头连接端与电缆之间达到防水密封效果；第一中空外壳、第二中空外壳、第一止水压盖、第二止水压盖均采用401不锈钢材质，一方面保证材料强度，另一方面防止电缆连接器外壳与探杆内壁因生锈而抱死；第一中空外壳第一端面、第二中空外壳的第一端面设置的非贯穿定位槽，便于使用卡趾钳将电缆连接器的公头连接端和母头连接端分别安装固定在静力触探探杆两端内部的适当位置。

如图9所示，作为另外一种较好的实施例，也可以在中空管状探杆的第二端设置一连接座5，该连接座的第一端螺纹连接在中空管状探杆的第二端内，该连接座的第二端外设置与中空管状探杆第一端内壁前侧的内螺纹配合的外螺纹，因此该连接座的第二端能通过螺纹插接在中空管状探杆的第一端内，而电缆连接器的母头连接端螺纹安装固定在该连接座的第一端内部的适当位置。

在批量生产时，首先根据实际需要预先制好固定长度的中空管状探杆；再根据探杆长度预制好两端装有电缆连接器公、母连接端的电缆；然后将两端装有电缆连接器公、母连接端的电缆穿过中空管状探杆；再然后使用卡趾钳将公头连接端安装固定在探杆第一端内部适当深度；再然后将母头连接端组装完成；最后将母头连接端通过螺纹固定在中空管状探杆的第二端内部适当位置；由于第一绝缘基座与电缆、第二防水垫圈、第二止水压盖所组成的整体是活动设置在第一中空外壳内的，因此在第一中空外壳与中空管状探杆之间进行螺纹连接时，电缆不会随着第一中空外壳的旋转而产生扭转缠绕；同样的，电缆连接器母头连接端作为整体在与中空管状探杆之间进行螺纹连接时，电缆亦不会随着第二中空外壳的旋转而产生扭转缠绕。

中空管状探杆两端设置两个保护盖，其材质可为硬质弹性橡胶，在停用期间可对中空管状探杆起到防雨、防尘作用。

在现场操作时，如需要加杆，只需要将新增探杆的第二端与原探杆的第一端通过螺纹连接紧密即可。

上述无缆静力触探设备的使用方法，其包括如下步骤：

步骤1：将静力触探探头安装就位，并使其处于悬空状态，调整垂直度，使静力触探探头与水平面垂直，然后将数据传输控制器的拖缆连接口安装到与静力触探探头相连的无缆静力触探探杆上端；

步骤2：开启数据传输控制器的电源开关，数据传输控制器的第二通讯单元与数据采集控制器的第一通讯单元通过通信供电总线建立连接。数据采集控制器上电后，在第一控制单元的控制下，AD转换器、角度测量单元分别进行压力数据的AD转换和采集、角度数据采集，然后将这些采集数据传输给第一通讯单元；第一通讯单元将这些采集数据通过通信供电总线发送到数据传输控制器的第二通讯单元；数据传输控制器的第二通讯单元在第二控制单元控制下完成数据的动态滚动存贮及在屏幕显示单元中动态显示；同时，在第二控制单元控制下，将动态滚动存贮中的当下数据通过第三无线通讯单元发送到控制端的第四无线通讯单元；

步骤3：打开控制终端PC机，运行上位机软件，打开通过通信端口，建立第四无线通讯单元与第三无线通讯单元之间的无线连接，使控制终端与数据传输控制器建立通讯连接；通过上位机软件介面窗口观察数据动态变化情况，据此判断***各部件之间的连接是否正常；

步骤4：点击上位机控制软件的“压力采零”和“倾角校零”，读取静力触探探头在悬空状态下的压力初值和探头与水平面垂直状态下的倾角初值，经不限次数的读取后选定初值；

步骤5：将深度记录仪安装就位，并保证其与数据传输控制器通过连接正常，然后点击上位机软件介面上的“开始采集”，进入静力触探施工状态；

步骤6：进入静力触探施工状态后，通过不断加装无缆静力触探探杆，使静力触探探头与数据传输控制器在静力触探探头压入过程中始终保持连接，直至达到要求的勘探深度，期间可根据需要进行次数不限的探头上提悬空状态下的压力采零工作，同时可根据需要(如安装套管)随时关闭数据传输控制器电源以达到节电目的；

步骤7：达到勘探深度并上提悬空静力触探探头，读取静力触探探头的压力零值后，点击上位机软件介面上的“结束采集”和“数据导出”，将所有采集数据以给定文件名保存在控制终端PC机指定路径中；

步骤8：点击上位机软件介面上的“清除数据”，关闭数据传输控制器电源，拨出静力触探探头，完成静力触探勘探工作。

采用本无电缆静力触探设备，在地下水位埋深0.5米的典型软土地区，经多次试验验证，最大试验深度达到70米(达到静力触探应力传感器的极限承受能力)，由此说明本项发明技术可行。

Claims (10)

1.一种无缆静力触探设备，包括静力触探探头、数据采集控制器、无缆静力触探探杆和数据传输控制器，其特征在于：

所述数据采集控制器安装于静力触探探头内部尾端的防水密封舱中，该数据采集控制器包括与静力触探探头连接的AD转换器第一控制单元和第一通讯单元；其中AD转换器与第一控制单元相连，将AD转换器转换后的压力数据传给第一控制单元；第一通讯单元与第一控制单元相连，第一控制单元将AD转换器转换后的压力数据传给第一通讯单元；

所述数据传输控制器包括第二控制单元、第二通讯单元和屏幕显示单元，所述第二通讯单元与数据采集控制器的第一通讯单元相连，用于接收第一通讯单元发来的压力数据；第二通讯单元与第二控制单元连接，将压力数据传给第二控制单元；第二控制单元将压力数据传给屏幕显示单元进行显示；所述数据传输控制器设置于地面，以便施工作业人员实现对压力数据的实时监控；

其中，数据采集控制器采用无缆静力触探探杆与数据传输控制器连接，数据采集控制器的第一通讯单元和数据传输控制器的第二通讯单元之间采用通信总线供电技术的总线电缆进行连接，该通信总线供电技术的总线电缆设置于无缆静力触探探杆内部。

2.根据权利要求1所述的无缆静力触探设备，其特征在于：所述数据采集控制器还包括用于采集静力触探探头倾斜角度的角度测量单元，该角度测量单元与第一控制单元相连用于将采集的倾斜角度数据传给第一控制单元，第一控制单元还能将倾斜角度数据传给第一通讯单元，第一通讯单元还能将倾斜角度数据传给第二通讯单元，第二通讯单元还能将接收的倾斜角度数据传给第二控制单元，第二控制单元还能将倾斜角度数据传给屏幕显示单元进行显示。

3.根据权利要求2所述的无缆静力触探设备，其特征在于：所述AD转换器、角度测量单元、第一控制单元和第一通讯单元均集成在一块印刷电路板；所述第二控制单元、第二通讯单元和屏幕显示单元也集成在一块印刷电路板上。

4.根据权利要求1所述的无缆静力触探设备，其特征在于：还包括与数据传输控制器连接的控制终端及深度记录仪；所述数据传输控制器还包括第三无线通讯单元；所述控制终端包括安装有上位机控制软件的PC机、及与第三无线通讯单元配合的第四无线通讯单元。

5.根据权利要求1所述的无缆静力触探设备，其特征在于：所述无缆静力触探探杆包括中空管状探杆和与之配合的电缆连接器；所述中空管状探杆的两端内壁分别设置用于安装固定电缆连接器公头连接端和母头连接端的内螺纹；所述电缆连接器包括能插接在一起的公头连接端和母头连接端；电缆连接器的公头连接端通过螺纹安装固定在中空管状探杆的第一端内部适当深度；电缆连接器的母头连接端通过螺纹安装固定在中空管状探杆的第二端内部适当位置；连接公头连接端和母头连接端的总线电缆则安放在中空管状探杆内部；中空管状探杆相互连接过程中，电缆连接器的公头连接端和电缆连接器的母头连接端自动完成插接。

6.根据权利要求5所述的无缆静力触探设备，其特征在于：

其中，电缆连接器的公头连接端包括：

第一中空外壳，第一中空外壳外壁设置有外螺纹，第一中空外壳第一端内壁设有第一外壳台阶，第一中空外壳第二端内部设有弹簧顶圈；

第一绝缘基座，该第一绝缘基座活动设置在第一中空外壳内，第一绝缘基座的第一端外部设有基座凸台，该基座凸台与第一外壳台阶相抵；

弹簧，套设在第一绝缘基座外，弹簧的两端分别与基座凸台和弹簧顶圈相抵；

第一接触件，该第一接触件的第二端固定在第一绝缘基座第一端内，第一接触件的第一端向外延伸出第一绝缘基座的第一端；

第一绝缘体，该第一绝缘体与第一接触件同轴且固定在第一接触件的内部；

第二接触件，该第二接触件与第一绝缘体同轴且固定在第一绝缘体内部；

总线电缆端部伸入第一绝缘基座内部，且总线电缆端部的第一芯线与第一接触件电连接，总线电缆的第二芯线与第二接触件电连接；

电缆连接器的母头连接端包括：

第二中空外壳，第二中空外壳外壁设置有外螺纹，第二中空外壳的第一端内壁设置有第二外壳台阶；

第二绝缘基座，该第二绝缘基座活动设置在第二中空外壳内，前端与第二中空外壳第一端内壁的第二台阶相抵；

第三接触件，该第三接触件同轴设置在第二绝缘基座内壁；

第四接触件，该第四接触件轴向设置在第二绝缘基座的中心位置；

总线电缆端部伸入第二中空外壳内部，且总线电缆端部的第一芯线与第三接触件电连接，总线电缆的第二芯线与第四接触件电连接；

前述电缆连接器的公头连接端与电缆连接器的母头连接端插接后，第四接触件与第二接触件接触，第一接触件与第三接触件接触。

7.根据权利要求6所述的无缆静力触探设备，其特征在于：所述第一绝缘基座的第一端部外设置有第一防水垫圈，第一绝缘基座的第二端部外设置有第二防水垫圈，第一绝缘基座的第二端外壁设置有外螺纹；所述公头连接端还包括第一止水压盖，该第一止水压盖封闭端设用于穿设总线电缆的第一贯孔，该第一止水压盖内壁设置有与第一绝缘基座的第二端外壁的外螺纹配合的内螺纹；前述第二防水垫圈压入第一止水压盖后通过螺纹与第一绝缘基座建立连接，使得第一绝缘基座与总线电缆、第二防水垫圈、第一止水压盖组成整体并活动设置于第一中空外壳内；所述弹簧则在套设在第一绝缘基座第二端及第一止水压盖外部；所述第二中空外壳的第二端外壁也设置有外螺纹；所述母头连接端还包括第二止水压盖，该第二止水压盖封闭端设有用于穿设总线电缆的第二贯孔，且该第二止水压盖内壁设置内螺纹，第二中空外壳的第二端与第二止水压盖通过螺纹连接；母头连接端的总线电缆外壁与第二止水压盖或/和第二中空外壳内壁之间设置第三防水垫圈。

8.根据权利要求7所述的无缆静力触探设备，其特征在于：所述第一中空外壳第二端内部弹簧顶圈的内径大于第一止水压盖的外径；同时，第二中空外壳第一端的外径小于第一中空外壳第一端的内径；弹簧顶圈与第一中空外壳第二端通过螺纹连接，且弹簧顶圈径向设有定位槽；母头连接端总线电缆的端部与第二绝缘基座之间填设有固接胶，使电缆与第二绝缘基座连接为一体；所述第一中空外壳的第一端端面设置有多个非贯穿定位槽；所述第二中空外壳的第一端端面也设置有多个非贯穿定位槽。

9.一种如权利要求1～8中任意一项权利要求所述无缆静力触探设备的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将静力触探探头安装就位并使其处于悬空状态，调整垂直度，使静力触探探头与水平面垂直，然后将数据传输控制器的拖缆连接口安装到与静力触探探头相连的无缆静力触探探杆上端；

步骤2：开启数据传输控制器的电源开关，通过观察数据传输控制器屏幕的提示内容，判断数据采集控制器与数据传输控制器之间的连接是否正常；

步骤3：打开控制终端PC机，运行上位机软件，打开通信端口，建立第四无线通讯单元与第三无线通讯单元之间的无线连接，使控制终端与数据传输控制器建立通信连接；通过观察上位机软件介面窗口的提示内容，判断控制终端与数据传输控制器之间的连接是否正常；

步骤4：点击上位机控制软件的“压力采零”和“倾角校零”，读取静力触探探头在悬空状态下的压力初值和探头在垂直状态下的倾角初值，经不限次数的读取后选定压力初值和倾角初值；

步骤5：将深度记录仪安装就位，并保证其与数据传输控制器连接正常，然后点击上位机软件介面上的“开始采集”，进入静力触探施工状态；

步骤6：进入静力触探施工状态后，通过不断加装无缆静力触探探杆，使静力触探探头与数据传输控制器在静力触探探头压入过程中始终保持连接，直至达到要求的勘探深度；期间可根据需要进行次数不限的探头上提悬空状态下的压力采零；同时，在施工过程中，可随时中断施工，当施工中断时间较长(如安装套管)时，出于节电目的可随时关闭数据传输控制器电源；

步骤7：达到勘探深度后上提、悬空静力触探探头，读取静力触探探头的压力零值；点击上位机软件介面上的“结束采集”和“数据导出”，将所有采集数据以给定文件名保存在控制终端PC机指定路径中；

步骤8：点击上位机软件介面上的“清除数据”，关闭数据传输控制器电源，拨出静力触探探头，完成静力触探勘探工作。

10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述数据传输控制器还包含电源电量检测模块，所述控制终端还具备所测压力及倾斜角度的超值报警功能，当压力和倾斜角度达到或超过预设报警值时，控制终端产生音频报警信号。