阅读说明：本技术 一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法 (Device and method for measuring swinging residual angle of centrifugal machine ) 是由 闫子壮 黄根清 林伟岸 郝娜 于 2021-03-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法,通过在离心机吊篮上放置测试装置,测试装置在靠近底面板处布置孔压传感器,通过不同位置布置的孔压传感器,测量同一底面位置处不同位置的孔压,再通过布置的相机观察不同位置处的液面变化,进而测算出该位置的摆动遗留角。通过本发明方法可以测量出土工离心机吊篮的摆动遗留角,突破了超重力状态下倾斜角的测量问题,可操作性强,成本低,易于在土工离心机设备上推广应用。(The invention discloses a device and a method for measuring a swinging remaining angle of a centrifugal machine. The method can measure the swing residual angle of the basket of the geotechnical centrifuge, breaks through the problem of measuring the inclination angle under the hypergravity state, has strong operability and low cost, and is easy to popularize and apply on geotechnical centrifuge equipment.)

一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法，属于离心试验技术领域，通过该装置及方法可以测量离心机吊篮的摆动遗留角。

背景技术

土工离心机是岩土建筑行业发展必不可少的科研设备，特别是大型土木建筑、水利桥梁建筑大多需要借助土工离心机做一些前期模型试验等。土工离心机是利用大型电机带动吊篮绕着轴承圆周运动，利用离心力来模拟超重力。随着离心机设定加速度G值的增加，离心机的转速不断增加，吊篮向上摆动的角度不断增加。

目前国内大多土工离心机的设定离心机加速度值都是依靠设定电机的转速来实现的。理想状态下，电机的转速是可以反映离心机加速度G值关系的，但现实状况下，地球重力加速度g是一直存在的，由于g的存在，吊篮在超重力作用下不可能完全垂直于地面，因此会出现一定的摆动遗留角。由于摆动遗留角的出现，吊篮各位置处的实际加速度会有区别，因而会造成对实际重力加速度测量的误差。特别是在离心机吊篮面积增大时，摆动遗留角对加速度测量的影响尤其明显，因此必须对其进行测量，以评估吊篮处各处的实际加速度和计算加速度之间的误差。

目前倾角测量设备有很多，但大多只能工作常重力状态下，很少可以在超重状态下正常工作。而且一旦超过很高的超重力(16g)，其自身便会失灵，没有办法完成高G值下摆角的测量任务。基于目前针对超重力条件下倾角测量设备的缺乏问题，本发明提供了一种新的测量方法，可满足高倍超重力状态下土工离心机吊篮摆动角度的测量。

发明内容

本发明提出一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法，可满足高倍超重力状态下土工离心机吊篮摆动角度的测量。

本发明采取以下技术方案：

一种离心机摆动遗留角的测量装置，所述的测试装置固定设于离心机吊篮的底面板上，所述的测量装置包括装置外壳支架、设于装置外壳支架内的十字型底部管路、测量管、孔压传感器和相机；所述测量管设于所述十字型底部管路的4个端部，测量管内装有液体，所有测量管内的液体通过十字型底部管路相互连通；所述孔压传感器布置在测量管的底部，用于测量该处的孔隙水压力；所述测量管是透明的亚克力板制作，其上刻有测量管刻度线；所述相机用于实时对测量管的液面高度进行拍摄。

上述技术方案中，进一步地，所述的装置外壳支架的材质为7075铝合金。

本发明还提供一种离心机摆动遗留角的测量方法，基于上述装置实现，在离心机吊篮的底面板上固定放置测试装置，通过测试装置测得底面板上不同位置处的孔隙水压力P以及液面高度h，结合液体密度ρ，即可计算得到离心机吊篮的摆动遗留角β＝arc cos gρh/P，g为重力加速度。

一种离心机摆动遗留角的测量方法，其测试方法具体如下：

1)首先将测试装置放置在离心机吊篮上，并启动离心机加速至指定的转速，并保持稳定；

2)通过孔压传感器获得不同位置的孔压值，与此同时获得此时的液面高度值；

3)根据液面高度h、待测点的孔隙水压力P、液体密度ρ获得不同位置测得的摆动遗留角β，β＝arc cos gρh/P。

本发明具有以下优点：

本发明提供了一种离心机摆动遗留角的测量装置及方法，可满足高倍超重力状态下土工离心机吊篮摆动角度的测量。该装置及方法解决了超重力状态下倾斜角的测量问题，可操作性强，成本低，易于在土工离心机设备上推广应用。

附图说明

图1本发明的装置主示意图；

图2本发明的测试装置俯视图；

图3本发明的测试装置侧视图；

图4为模型在超重力状态下受力分析；

其中，离心机吊篮1、测试装置2、底面板3、孔压传感器4、相机5、装置外壳支架6、十字型底部管路7、测量管8、测量管刻度线9。

具体实施方式

如图1所示为本发明的一种离心机摆动遗留角的测量装置，所述的测试装置2固定设于离心机吊篮1的底面板3上，所述的测量装置2包括装置外壳支架6、设于装置外壳支架6内的十字型底部管路7、测量管8、孔压传感器4和相机5；所述测量管8设于所述十字型底部管路7的4个端部，测量管8内装有液体，所有测量管8内的液体通过十字型底部管路7相互连通；所述孔压传感器4布置在测量管8的底部，用于测量该处的孔隙水压力；所述测量管8是透明的亚克力板制作，其上刻有测量管刻度线9；所述相机5用于实时对测量管8的液面高度进行拍摄。

所述的装置外壳支架6的材质为7075铝合金。

一种离心机摆动遗留角的测量方法，基于上述装置实现，在离心机吊篮1的底面板3上固定放置测试装置2，通过测试装置2测得底面板3上不同位置处的孔隙水压力P以及液面高度h，结合液体密度ρ，即可计算得到离心机吊篮1的摆动遗留角β＝arc cos gρh/P，g为重力加速度。

一种离心机摆动遗留角的测量方法，其测试方法和步骤具体为：

1)首先将测试装置在离心机吊篮上，并启动离心机加速至指定的转速，并保持稳定；

2)通过孔压传感器获得不同位置的孔压值，与此同时获得此时的液面高度值；

3)根据液面高度h、待测点的孔隙水压力P、液体密度ρ获得不同位置测得的摆动遗留角β。

测试装置在超重力状态下的受力分析如图4所示：

其中，模型内部孔隙水压力传感器监测参数P，液面高度h，ρ是液体的密度，β为摆动遗留角，G为实际加速度，由：

P＝ρGh

所以：

由三角函数关系：

所以：

因此，可计算出吊篮底板各处的摆动遗留角β＝arc cos gρh/P。