CN111877299B - 一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，包括顶盖、上部外壳、保护壳、透水石、下部外壳、底盖、外接线及压力传感器；压力传感器设置在下部外壳内部，透水石设置在上部外壳和下部外壳之间，保护壳设置在透水石的外侧，且两端分别设置在上部外壳和下部外壳的外侧；本发明采用保护壳结构，避免透水石直接与土体接触，透水石不易发生淤堵及损坏情况；在顶盖、外壳及保护壳上部均设置有排气孔，方便孔隙水压力计内部空气的排出，提高测量准确性；采用柔性膜包裹压力传感器，两者中间填充无气水，孔隙水不与压力传感器直接接触，避免了孔隙水中的气体对测量结果的影响，提高测量精度。

Description

一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计

技术领域

本发明涉及工程监测技术领域，具体地说是一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计。

背景技术

在基坑工程、地基工程、堤坝工程等工程建设领域离不开施工过程中及工后对地下孔隙水压力的监测，而孔隙水压力计就是用于孔隙水压力监测的专业设备。最常用的孔隙水压力计包括振弦式孔隙水压力计和气压式孔隙水压力计，其原理均是孔隙水透过透水材料作用于感应膜片，进而通过感应膜片的变形诱发相关物理现象。以振弦式孔隙水压力计为例，其工作原理是孔隙水通过透水石进入作用在传感器感压膜片上，在压力作用下，使得感压膜片发生变形，引起振弦的振动，通过测定振弦的相应响应经换算即可得到孔隙水压力大小。

目前国内外已存在较多用于孔隙水压力测量的孔隙水压力计，但现存孔隙水压力计普遍存在以下问题：

1、现有孔隙水压力计埋置在土中时，透水石与土体直接接触，容易发生淤堵情况，土压力较大时，透水石还会发生损坏情况；

2、现有孔隙水压力计测量时，土层中孔隙水透过透水石后与直接作用在压力传感器的感应膜片上，孔隙水中常带有空气会对测量结果产生较大影响；

3、现有孔隙水压力计普遍未考虑排气情况，孔隙水压力计内部空气不易排出，影响测量结果；

4、现有孔隙水压力计拆卸困难，透水石淤堵、损坏时较难更换，且饱和时需将孔隙水压力计整体放入水中饱和。

现有孔隙水压力计存在的上述问题直接影响测量数据的准确性和使用操作的便利性，因此，开发一种高精度的孔隙水压力计，以解决现有技术中所存在的问题，具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，以避免透水石直接与土体接触，方便孔隙水压力计内部空气的排出，避免孔隙水中的气体对测量结果的影响，提高测量精度。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，包括顶盖、上部外壳、保护壳、透水石、下部外壳、底盖、外接线及压力传感器；所述压力传感器设置在所述下部外壳内部；

所述透水石设置在所述上部外壳和下部外壳之间，所述保护壳设置在所述透水石的外侧，且两端分别设置在所述上部外壳和下部外壳的外侧；

所述顶盖固定在所述上部外壳和保护壳的一端，所述底盖固定在所述下部外壳的一端。

优选地，所述上部外壳、保护壳、透水石、下部外壳均为环形结构，所述顶盖下方设置有中心螺杆，所述下部外壳上方设置有与所述中心螺杆固定的螺纹孔，以使得所述上部外壳、保护壳、透水石、下部外壳固定在一起。

优选地，所述保护壳为拼接结构，包括2个对称的半环体。

优选地，所述保护壳在与所述下部外壳接触端的四周设置有凸起和进水孔，所述下部外壳的四周设置有与所述凸起相对应的卡槽，以使得所述保护壳与下部外壳固定连接，保证保护壳在土压力作用下有足够的刚度；所述进水孔用于实现孔隙水进入保护壳内，通过透水石进入作用在压力传感器上。

优选地，所述下部外壳在靠近所述透水石的一端顶面上设置有多个通孔，以方便压力计内部水上下流通。

优选地，所述顶盖上设置有第一排气孔，以方便压力计内部空气排出。

优选地，所述上部外壳的顶端四周设置有第二排气孔，所述保护壳上设置有与所述第二排气孔相对应的第三排气孔，以方便压力计内部空气排出。

优选地，所述压力计还包括柔性膜，所述柔性膜包裹在所述压力传感器的周围，所述柔性膜与压力传感器之间的空隙填充有无气水。

优选地，所述压力传感器包括感压膜片、壳体、永久磁铁及线圈、铁块、振弦、振弦固定体，所述感压膜片设置在靠近所述透水石端。

优选地，所述柔性膜本身不承受任何张力，仅用于传递外侧压力至柔性膜与压力传感器之间的无气水，进而通过无气水与感压膜片接触传递压力，完成压力测定。

本发明所获得的有益技术效果：

1)本发明解决了现有技术中所存在的问题，采用保护壳结构，避免透水石直接与土体接触，透水石不易发生淤堵及损坏情况；构造简单，拆卸方便，可靠性强，适用性广；

2)本发明采用柔性膜包裹压力传感器，两者中间填充无气水，通过孔隙水-柔性膜-无气水-压力传感器的路径测定孔压，孔隙水不与压力传感器直接接触，避免了孔隙水中的气体对测量结果的影响，提高测量精度；

3)本发明在顶盖、外壳及保护壳上部均设置有排气孔，方便孔隙水压力计内部空气的排出，有助于提高测量准确性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本公开一种实施例中基于封闭膜的高精度孔隙水压力计的结构示意图；

图2是本公开一种实施例中基于封闭膜的高精度孔隙水压力计的剖面图；

图3是本公开一种实施例中顶盖的结构示意图；

图4是本公开一种实施例中上部外壳的结构示意图；

图5是本公开一种实施例中保护壳半环体的结构示意图；

图6是本公开一种实施例中透水石的结构示意图；

图7是本公开一种实施例中下部外壳的结构示意图；

图8是本公开一种实施例中顶盖、保护壳、上部外壳、透水石及下部外壳的组合安装示意图；

图9是本公开一种实施例中底盖及外接线的结构示意图。

在以上附图中：10、顶盖；101、第一排气孔；102、中心螺杆；20、上部外壳；201、第二排气孔；30、保护壳；301、第三排气孔；302、凸起；303、进水孔；40、透水石；50、下部外壳；501、螺纹孔；502、通孔；503、卡槽；60、底盖；70、柔性膜，80、无气水；90、压力传感器；901、感压膜片；902、壳体；903、永久磁铁及线圈；904、铁块；905、振弦；906、振弦固定体；100、外接线。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

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。

实施例1

如附图1和2所示，一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，包括顶盖10、上部外壳20、保护壳30、透水石40、下部外壳50、底盖60、外接线100及压力传感器90。

所述透水石40设置在所述上部外壳20和下部外壳50之间，所述保护壳30设置在所述透水石40的外侧，且所述保护壳30的两端分别设置在所述上部外壳20和下部外壳50的外侧，避免透水石40与土体直接接触，以及在土压力作用下造成淤堵或损坏。

进一步的，所述上部外壳20和下部外壳50在与所述透水石40接触端均设置有槽口，以使得所述透水石40两端均固定在槽口内。

所述顶盖10固定在所述上部外壳20和保护壳30的一端，所述底盖60通过螺纹连接固定在所述下部外壳50的一端。

如附图3-7所示，所述上部外壳20、保护壳30、透水石40、下部外壳50均为环形结构。

所述顶盖10下方设置有中心螺杆102，所述下部外壳50上方设置有与所述中心螺杆102固定的螺纹孔501，以使得所述上部外壳20、保护壳30、透水石40、下部外壳50固定在一起。

进一步的，所述顶盖10下方设置有凹槽，所述上部外壳20和保护壳30在靠近所述顶盖10一端均设置有固定环，且上部外壳20的固定环小于保护壳30的固定环，以使得所述上部外壳20和保护壳30的的一端均固定在所述顶盖10的凹槽内。

进一步的，如附图8所示，所述保护壳30为拼接结构，包括2个对称的半环体，以方便拆卸组装。

参见附图5，所述保护壳30在与所述下部外壳50接触端的四周设置有凸起302和进水孔303，所述下部外壳50的四周设置有与所述凸起302相对应的卡槽503，以使得所述保护壳30与下部外壳50固定连接，保证保护壳30在土压力作用下有足够的刚度；所述进水孔303用于实现孔隙水进入保护壳30内，通过透水石40进入作用在压力传感器90上。

进一步的，所述凸起302和卡槽503均为环状结构，组装方便，且安装后稳固性好。

参见附图7，所述下部外壳50在靠近所述透水石40的一端顶面上设置有多个通孔502，以方便压力计内部水上下流通。

进一步的，参见附图3，所述顶盖10上设置有第一排气孔101，以方便使用时压力计内部空气排出。

进一步的，参见附图8，所述上部外壳20的顶端四周设置有第二排气孔201，所述保护壳30上设置有与所述第二排气孔201相对应的第三排气孔301，以方便使用时压力计内部空气排出。

进一步的，所述第一排气孔101、第二排气孔201、第三排气孔301的尺寸足够小，能够避免土颗粒进入堵塞排气孔。

所述压力传感器90设置在所述下部外壳50内部，所述压力传感器90为市场上现有的压力传感器，所述压力传感器90与外接线100连接，所述外接线100穿过所述底盖60,如附图9所示。

实施例2

基于上述实施例1，相同之处不再赘述，所不同之处在于，参见附图2，所述压力计还包括柔性膜70，所述柔性膜70设置在所述下部外壳50内，且包裹在所述压力传感器90的周围，所述柔性膜70与压力传感器90之间的空隙填充有无气水80。

所述压力传感器90包括感压膜片901、壳体902、永久磁铁及线圈903、铁块904、振弦905、振弦固定体906，所述感压膜片901设置在靠近所述透水石40端。

所述柔性膜70本身不承受任何张力，仅用于传递外侧压力至柔性膜70与压力传感器90之间的无气水80，进而通过无气水80与感压膜片901接触传递压力，完成压力测定。

孔隙水是通过将压力作用于柔性膜70，而后柔性膜70将压力传递给无气水80，进而传递给压力传感器90，孔隙水与压力传感器90不直接接触，这样就能有效避免孔隙水压力计中气体对测量结果的影响。

本实施例中，柔性膜70、压力传感器90、无气水80与底盖60组装完成后不可拆卸，其余部分包括顶盖10、上部外壳20、保护壳30、及透水石40可拆卸进行检查、饱和、更换等。

上述基于封闭膜的高精度孔隙水压力计解决了现有技术中所存在的问题，采用保护壳30结构，避免透水石40直接与土体接触，透水石40不易发生淤堵及损坏情况；通过在顶盖10、外壳及保护壳30上部均设置有排气孔，方便孔隙水压力计内部空气的排出，有助于提高测量准确性；采用柔性膜70包裹压力传感器90，两者中间填充无气水80，通过孔隙水-柔性膜70-无气水80-压力传感器90的路径测定孔压，孔隙水不与压力传感器90直接接触，避免了孔隙水中的气体对测量结果的影响，提高测量精度；且构造简单，拆卸方便，可靠性强，适用性广。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，包括顶盖(10)、上部外壳(20)、保护壳(30)、透水石(40)、下部外壳(50)、底盖(60)、外接线(100)及压力传感器(90)；所述压力传感器(90)设置在所述下部外壳(50)内部；

所述透水石(40)设置在所述上部外壳(20)和下部外壳(50)之间，所述保护壳(30)设置在所述透水石(40)的外侧，且两端分别设置在所述上部外壳(20)和下部外壳(50)的外侧；

所述上部外壳(20)和下部外壳(50)在与所述透水石(40)接触端均设置有槽口，以使得所述透水石(40)两端均固定在槽口内；

所述顶盖(10)固定在所述上部外壳(20)和保护壳(30)的一端，所述底盖(60)固定在所述下部外壳(50)的一端；

所述上部外壳(20)、保护壳(30)、透水石(40)、下部外壳(50)均为环形结构，所述顶盖(10)下方设置有中心螺杆(102)，所述下部外壳(50)上方设置有与所述中心螺杆(102)固定的螺纹孔(501)，以使得所述上部外壳(20)、保护壳(30)、透水石(40)、下部外壳(50)固定在一起；

进一步的，所述顶盖(10)下方设置有凹槽，所述上部外壳(20)和保护壳( 30) 在靠近所述顶盖(10)一端均设置有固定环，且上部外壳(20)的固定环小于保护壳(30)的固定环，以使得所述上部外壳(20)和保护壳(30)的一端均固定在所述顶盖(10)的凹槽内；

所述保护壳(30)为拼接结构，包括2个对称的半环体；

所述保护壳(30)在与所述下部外壳(50)接触端的四周设置有凸起(302)和进水孔(303)，所述下部外壳(50)的四周设置有与所述凸起(302)相对应的卡槽(503)，以使得所述保护壳(30)与下部外壳(50)固定连接，保证保护壳(30)在土压力作用下有足够的刚度；所述进水孔(303)用于实现孔隙水进入保护壳(30)内，通过透水石(40)进入作用在压力传感器(90)上。

2.根据权利要求1所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述下部外壳(50)在靠近所述透水石(40)的一端顶面上设置有多个通孔(502)，以方便压力计内部水上下流通。

3.根据权利要求1所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述顶盖(10)上设置有第一排气孔(101)，以方便压力计内部空气排出。

4.根据权利要求1所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述上部外壳(20)的顶端四周设置有第二排气孔(201)，所述保护壳(30)上设置有与所述第二排气孔(201)相对应的第三排气孔(301)，以方便压力计内部空气排出。

5.根据权利要求1所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述压力计还包括柔性膜(70)，所述柔性膜(70)包裹在所述压力传感器(90)的周围，所述柔性膜(70)与压力传感器(90)之间的空隙填充有无气水(80)。

6.根据权利要求5所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述压力传感器(90) 包括感压膜片(901)、壳体(902)、永久磁铁及线圈(903)、铁块(904)、振弦(905)、振弦固定体(906)，所述感压膜片(901)设置在靠近所述透水石(40)端。

7.根据权利要求6所述的基于封闭膜的高精度孔隙水压力计，其特征在于，所述柔性膜(70)本身不承受任何张力，仅用于传递外侧压力至柔性膜(70)与压力传感器(90)之间的无气水(80)，进而通过无气水(80)与感压膜片(901)接触传递压力，完成压力测定。

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