离心模型中测量基质吸力的微型传感器
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造加速度传感器是一种能够测量物体加速度的微型传感器。
它被广泛应用于各种领域，如汽车安全系统、虚拟现实设备、运动跟踪设备等。
基于微机电系统（MEMS）技术的加速度传感器具有体积小、能耗低、成本低以及集成度高等优势。
本文将重点讨论基于MEMS技术的加速度传感器的设计与制造。
一、设计阶段在设计基于MEMS技术的加速度传感器之前，需要明确传感器的工作原理和性能指标。
加速度传感器通过测量微小质量在加速度作用下产生的惯性力来测量加速度。
在设计之初，需要明确量程、精度、频率响应等性能指标，以满足特定应用的需求。
1. 惯性力测量原理基于MEMS技术的加速度传感器利用微型质量与惯性力的相互作用关系进行测量。
一般来说，传感器中的微型质量会受到加速度作用下的惯性力，导致压电材料产生压电效应，通过对压电材料的检测，可以得到加速度的测量结果。
2. 量程和精度量程表示传感器能够测量的最大加速度范围。
在选择量程时，需要考虑传感器受力范围。
过大的量程可能导致传感器饱和，而过小的量程则无法满足需求。
精度表示传感器的测量误差，是评估传感器性能的重要指标。
在设计过程中，需要选择合适的压电材料、结构和电路，以提高传感器的精度。
3. 频率响应频率响应是指传感器对于输入信号频率的响应程度。
频率响应决定了传感器在不同频率下的工作性能。
在设计中，需要对传感器的机械结构和电路进行优化，以提高其频率响应。
二、制造阶段在设计完成后，就需要进行基于MEMS技术的加速度传感器的制造。
制造过程中需要关注材料选择、加工工艺和封装方式等因素。
1. 材料选择制造加速度传感器所需的材料应具备良好的力学性能和电学性能。
常用的材料包括硅、玻璃、金属等。
硅是MEMS制造中最常用的材料，具有良好的耐温性能和加工性能。
2. 加工工艺加速度传感器的制造通常采用微电子加工工艺，包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等步骤。
通过光刻技术，在硅片上制作出加速度传感器的微结构。
MEMS加速度计
MEMS加速度计MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）加速度计是一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计。
MEMS加速度计以微机电系统技术为基础，利用微型机械结构和微电子技术制作而成的一种传感器。
其结构通常包括一个质量并且可以在三个不同方向上移动的臂梁，一些感应电极以及一个基座。
当加速度计受到外部加速度作用时，质量会受力发生偏移，从而导致感应电极的电荷和电场发生变化，通过测量这些变化，就可以得到外部加速度的信息。
MEMS加速度计主要有压电加速度计和电容加速度计两种类型。
压电加速度计是利用压电效应实现加速度测量的，当受到外部加速度作用时，压电材料产生电荷，从而产生电压输出。
电容加速度计是基于电容变化原理设计的，当加速度计产生加速度时，微机械结构中的电容会发生变化，通过测量电容变化就可以得到加速度的信息。
由于压电加速度计和电容加速度计都是微型化设计，制作工艺成熟，因此MEMS加速度计具有尺寸小、功耗低、成本低和可靠性高等特点。
MEMS加速度计广泛应用于许多领域，特别是在移动设备、汽车、航空航天、智能穿戴设备和工业自动化等领域。
在移动设备方面，MEMS加速度计可用于屏幕旋转、晃动控制和跌落检测等功能。
在汽车领域，MEMS加速度计能够实现碰撞检测、车身稳定控制和自动泊车等功能。
在航空航天领域，MEMS加速度计可用于姿态测量和导航系统。
在智能穿戴设备方面，MEMS加速度计可用于步数统计、睡眠监测和运动追踪等功能。
在工业自动化领域，MEMS加速度计可用于振动检测和故障诊断等应用。
然而，MEMS加速度计也存在一些问题。
首先，由于其微小尺寸，对温度、湿度和振动等环境因素的影响较大，可能会导致测量误差。
其次，MEMS加速度计的精度和分辨率相对较低，对微小加速度的测量不够敏感。
此外，MEMS加速度计的线性度和漂移等问题也需要进一步优化和改进。
综上所述，MEMS加速度计作为一种集成了微电子技术、微机械技术和传感器技术的微型加速度计，在各个领域有着重要的应用价值。
非饱和黄土基质吸力的滤纸法测试
非饱和黄土基质吸力的滤纸法测试唐东旗，彭建兵，孙伟青【摘要】摘要: 黄土属于非饱和土，具有明显的大孔隙、垂直节理发育、湿陷性等特征，使得黄土地区工程地质灾害问题频发。
由于黄土具有水敏性，因此水的因素成为诱发地质灾害的主要因素。
基质吸力的变化是土体边坡稳定的重要因素。
利用滤纸法对非饱和黄土的基质吸力进行试验研究，得出随着含水率的增加基质吸力逐渐减小；在土体含水率较小时基质吸力的变化比较敏感，含水率越高，其变化越小；在含水率达到饱和时基质吸力消失为零；并且随含水率的增加土体的抗剪强度逐渐减小。
研究认为，滤纸法对操作过程中空气条件要求相对严格，是一种能够快速、简便测试非饱和土体基质吸力的方法。
【期刊名称】煤田地质与勘探【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5【关键词】关键词：滤纸法；非饱和黄土；基质吸力；土水特征曲线；抗剪强度中国黄土广泛分布在西北、华北与东北地区，尤其集中分布在被称为中央黄土高原的陕西、甘肃、山西以及宁夏等省区，黄土面积达到了63万km2，占陆地面积的6.63%，占世界黄土覆盖面积的4.9%。
多年来黄土地区水土流失严重，地质灾害频发，严重制约了经济的发展。
黄土属于非饱和土，具有大孔隙、垂直节理发育和湿陷性等特征，使得黄土地区工程地质灾害问题严重。
开展黄土地区地质灾害的成因机理研究是预防黄土地质灾害的基础，而非饱和土的土水特征曲线是解释非饱和土工程现象的一项本构关系，是一切非饱和土研究的纽带[1]。
对非饱和土基质吸力的测试方法很多，主要有张力计法、滤纸法、渗析法、压力板仪法、离心机法和三轴仪法，这些方法各具优点。
本文采用滤纸法对非饱和土的基质吸力进行测量。
现有的研究表明，滤纸法是一种即能测土体总吸力又能测基质吸力的间接测试方法，该方法具有价格低廉、操作简单、量程大和精度高等优点。
当前，国外有关滤纸法研究的成果较多采用whatman’s No.42和Schleicher＆Schuell No.589-WH两种型号的滤纸，但在国内滤纸法的研究成果屈指可数[2-5]，且主要涉及国产“双圈”牌滤纸的吸力率定试验。
振动的测量原理
振动的测量原理振动的测量原理是通过不同的传感器或仪器来检测、监测和量化物体的振动状态及其特性。
振动测量在许多领域中都非常重要，包括工程、机械、建筑、地震学等。
以下将详细介绍几种常用的振动测量原理。
1. 加速度传感器原理：加速度传感器是最常用的测量振动的传感器之一。
它的原理基于牛顿第二定律，即物体受到的力与它的质量和加速度成正比。
加速度传感器通过测量物体上的加速度来判断振动的强度和频率。
当物体振动时，加速度传感器会产生与加速度大小成正比的电压信号。
该信号经过放大和滤波后，可以通过数据采集系统记录和分析，获得振动的各种参数。
2. 速度传感器原理：速度传感器是用于测量振动速度的传感器。
它的原理基于牛顿第二定律和黑尔定律，它们表明物体的加速度与速度成正比。
速度传感器通过测量物体上的速度来判断振动的强度和频率。
通常，速度传感器会将振动转换为机械位移量，并将其转化为电压信号。
这个电压信号经过放大和滤波后，可以用于分析和记录振动的特性。
3. 位移传感器原理：位移传感器是用于测量物体振动位移的传感器。
它的原理根据物体振动时的位置变化来判断振动的幅度和频率。
常用的位移传感器有电感式传感器和光学传感器。
电感式位移传感器工作原理是利用物体振动时磁场的变化来测量位移量。
光学位移传感器的工作原理是通过测量物体上的光学位移量来判断振动的幅度和频率。
4. 压电传感器原理：压电传感器是一种测量振动的传感器，它利用压电效应将机械振动转化为电信号。
当物体受到振动时，压电材料产生电荷分离现象，产生电信号。
压电传感器具有高度灵敏度和宽频响特性，适用于高频振动的测量。
5. 光纤传感器原理：光纤传感器是一种基于光学原理的振动测量方法。
它利用光纤的特性来测量物体的振动。
常见的光纤传感器有光纤光栅传感器和光纤干涉仪。
光纤光栅传感器通过测量光纤上光栅的变化来判断振动的频率和强度。
光纤干涉仪则是通过测量干涉光束的相位差来判断振动。
以上是几种常见的振动测量原理，每种原理都有其适用的特定场景。
mems压力传感器原理及应用
mems压力传感器原理及应用一、MEMS压力传感器的基本原理MEMS压力传感器是一种微机电系统（MEMS）技术应用的传感器，它通过测量介质的压力来实现对物理量的检测。
其基本原理是利用微机电系统技术制造出微小结构，通过这些结构对介质产生的压力进行敏感检测，并将检测到的信号转换为可读取的电信号。
二、MEMS压力传感器的结构1. 敏感元件：敏感元件是MEMS压力传感器最核心的部分，它通常由微型弹性薄膜或微型悬臂梁等制成。
当介质施加在敏感元件上时，它会发生形变，从而改变其阻抗、电容、电阻等物理参数。
2. 支撑结构：支撑结构是用于支撑敏感元件和保持其稳定工作状态的部分。
通常采用硅基板或玻璃基板制成。
3. 封装壳体：封装壳体主要用于保护敏感元件和支撑结构不受外界环境影响，并提供良好的密封性和机械强度。
三、MEMS压力传感器的工作原理1. 压电式压力传感器：压电式压力传感器是利用压电效应来测量介质的压力。
当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，并产生相应的电荷，从而实现对介质压力的检测。
2. 电阻式压力传感器：电阻式压力传感器是利用敏感元件阻值随着形变程度的变化来检测介质的压力。
当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，从而改变其阻值大小。
3. 电容式压力传感器：电容式压力传感器是利用敏感元件与基板之间的微小空气间隙产生的电容值随着形变程度的变化来检测介质的压力。
当介质施加在敏感元件上时，会使得其发生形变，从而改变其与基板之间空气间隙大小。
四、MEMS压力传感器的应用1. 工业领域：MEMS压力传感器广泛应用于工业自动化、流量计量、液位控制等领域中。
2. 汽车领域：MEMS压力传感器在汽车领域的应用主要包括轮胎压力检测、制动系统控制、发动机燃油喷射等方面。
3. 医疗领域：MEMS压力传感器在医疗领域的应用主要包括血压计、呼吸机等方面。
4. 生物医学领域：MEMS压力传感器在生物医学领域的应用主要包括心脏起搏器、人工耳蜗等方面。
基于MEMS技术的加速度传感器研究
基于MEMS技术的加速度传感器研究近年来，随着科技的发展，MEMS（微机电系统）技术在各个领域的应用越来越广泛。
其中，基于MEMS技术的加速度传感器在运动测量、姿态控制、安全监测等方面具有重要的应用价值。
本文将探讨基于MEMS技术的加速度传感器的原理、制备技术以及应用案例。
加速度传感器是一种能够测量物体加速度或者重力的传感器。
MEMS技术结合了微电子技术和微机械技术，使得传感器的尺寸变得非常小，并且能够批量生产。
基于MEMS技术的加速度传感器通常由微机械加速度传感器和集成电路两部分组成。
微机械加速度传感器通常采用质量悬浮结构，当受到外力作用时，质量将发生位移，由此测量加速度。
制备基于MEMS技术的加速度传感器需要经历多个步骤。
首先，通过光刻技术在硅衬底上形成质量悬浮结构。
然后，将金属电极沉积在衬底上，形成电容结构。
接着，通过刻蚀等工艺，雕刻出质量悬浮结构和电容结构。
最后，借助封装技术和集成电路，将传感器制作完整。
基于MEMS技术的加速度传感器具有许多优势。
首先，尺寸小，可以实现微型化和集成化，方便嵌入各类设备。
其次，价格相对较低，适用于大规模应用。
此外，基于MEMS技术制备的加速度传感器具有很高的灵敏度和稳定性，能够精确测量加速度和重力。
基于MEMS技术的加速度传感器在多个领域有广泛的应用。
在运动测量方面，加速度传感器可以用于测量运动物体的加速度和速度，应用于运动跟踪、步数统计等场景。
在姿态控制方面，加速度传感器可以用于测量物体的倾斜角度和旋转角度，应用于飞行器、机器人等设备的姿态控制。
另外，在安全监测方面，加速度传感器可以用于检测物体的碰撞、震动等，应用于汽车碰撞预警、地震预警等领域。
综上所述，基于MEMS技术的加速度传感器具有广泛的应用前景。
由于其尺寸小、灵敏度高和稳定性好等特点，使得加速度传感器在运动测量、姿态控制和安全监测等方面取得了重要的突破。
未来，随着MEMS技术的不断进步和创新，相信基于MEMS技术的加速度传感器将在更多领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和安全。
硅微压阻式加速度传感器的设计
电源招聘专家硅微压阻式加速度传感器的设计硅微加速度传感器是。
MEMS器件中的一个重要分支，具有十分广阔的应用前景。
由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点，而且该种传感器在强辐射作用下能正常工作，使其近年来发展迅速。
与国外相比，国内对硅微传感器的研究起步较晚，所做的工作主要集中在硅微加速度传感器的加工制造和理论研究。
文中以双端固支式硅微加速度传感器为研究对象，借助Aasys软件对其性能进行仿真分析，从而选出性能优良的结构形式。
1 传感器结构及工作原理压阻式加速度传感器是最早开发的硅微加速度传感器，弹性元件的结构形式一般均采用微机械加工技术形成硅梁外加质量块的形式，利用压阻效应来检测加速度。
在双端固支梁结构中，质量块像活塞一样上下运动，该结构形式的传感器示意图，如图1所示。
2 压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器是最早开发的硅微型加速度传感器，也是当前使用较多的一种。
20世纪80年代初，美国斯坦福大学的Roylance和Angell发表了第一篇介绍硅微型加速度传感器的文章后，全硅传感器开始问世。
随着对硅微型加速度计原理研究的深入以及工艺实现的多样性，硅微型加速度传感器的种类日益繁多，各种应用于不同场合下的硅微型加速度计层出不穷，对硅微型加速度计的研究也越来越受到人们的重视。
压阻式加速度传感器体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测量连续的加速度和稳态加速度，但对温度的漂移较大，对安装和其它应力也较敏感，它不具备某些低gn 值测量时所需的准确度。
3 压阻式硅微加速度传感器结构形式3． 1 结构形式压阻式加速度传感器的弹性元件一般采用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑，并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥。
在惯性力作用下质量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随电源招聘专家应力的作用而发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速度的测量。
MEMS加速度传感器的原理与构造
MEMS加速度传感器的原理与构造
首先，感应电容是传感器的核心组件之一、它由两个金属电极构成，
其中一个静止不动，另一个则随物体的加速度而移动。
当质量块受到加速
度作用而发生位移时，两个金属电极之间的电容值会发生变化。
其次，质量块是传感器的测量载荷部分，它一般由一块金属块制成，
质量较大。
当外界加速度作用于物体时，质量块会发生位移，改变感应电
容之间的电容值。
再次，弹簧是连接质量块和感应电容之间的连接部分。
它一般由金属
材料制成，能提供足够的回复力和稳定性，使质量块能够在外界加速度作
用后恢复到初始位置。
最后，集成电路是用来处理和输出传感器信号的部分。
它负责将感应
电容的电容值变化转换为电压信号，并进行放大和滤波处理，最终输出为
可读的加速度值。
MEMS加速度传感器的工作原理是基于牛顿第二定律，即F=ma，其中
F为力，m为质量，a为加速度。
当外部加速度作用于质量块时，会产生
相应的力，从而导致质量块发生位移。
这个位移会改变感应电容之间的电
容值，从而通过集成电路进行处理和输出。
总的来说，MEMS加速度传感器通过感应电容、质量块、弹簧和集成
电路等组件的协同工作，能够测量物体在三轴上的加速度。
它具有体积小、功耗低和成本较低等优点，被广泛应用于各个领域。
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离心模型中测量基质吸力的微型传感器
李京爽, 邢义川, 侯瑜京
( 中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所 , 北京 100044)
摘要 : 本文分析了 3 种应用于离心模型中测量 非饱和 土基质 吸力的微 型传感 器。其中 , 电阻 率微型 传感器 测量饱 和度 , 通过土水特征曲线来求基质吸力 , 只能间接 测量。热 传导传感 器相对 体积较 大 , 不受周 围土体盐 分的影 响 , 适用于现场长期观测 , 但应用于离心模型还有待改进。改进的 PDCR 81 及其类似 的微型张 力计 , 体 积微小 , 可直接 测量非饱和土中的基质吸力。但其饱和程度会影响其测值 , 对饱和要求较高 。为了进一 步研究 PDCR 81 在离心模 型试验中的测量基质吸力的可行性 , 笔者对 PDCR 81 做适当改进 , 应用其测量了非饱 和土中吸力 。试验发现 , 严格 的饱和过程可以延长基质吸力稳定时间。 关键词 : 离心模型 ; 基质吸力 ; 传感器 ; 饱和 中图分类号 : TV698 1 文献标识码 : A
[ 13]
图1
微型孔隙水压力传感器结构 [ 19]
图 1 是 PDCR 81 的结构示意图。这种传感器外壳为直径 6 5mm、 长 12 0mm 的不锈钢圆管, 内部嵌 玻璃环 , 玻璃环外端贴有压力应变膜 , 圆管外壳外端镶嵌陶瓷滤水石 , 滤水石和压力应变膜之间是微型 水室。图 1 中所示是用高进气值的陶瓷板替换原来较低进气值的改进型传感器 , 加装在三轴仪上测量 非饱和土的基质吸力 。 PDCR 81 测量原理是 : 饱和后, 陶瓷滤水石以及其与压力应变膜之间的微型水室充满无气水, 陶瓷 板直接接触外界土体。由于陶瓷滤水石两侧的含水量不一样 , 水室的一部分水会透过陶瓷板迁移到非 饱和土中 , 微型水室中压力降低, 在大气压力 ( 通过导线与大气相通) 的作用下, 压力应变膜会发生变形。 应变片本身具有一定的弹性模量, 可以承担一部分拉力。这样, 大气压力和应变片以及水室中水的压力 达到平衡时 , 测定应变片中电压的变化, 就可以通过计算得到微型水室中的水压力, 也就是外界非饱和 土中的负孔隙水压力 uw 。如果假定此时的孔隙压力等于大气压力 , 即 ua = 0, 则基质吸力 s = u a - uw = - uw 即基质吸力值。 PDCR 81 陶瓷板 ( 滤水石 ) 的进气值只有 100kPa 左右
[ 6~ 8]
以及张力计等
[ 9, 10]
。基质吸力对非饱和土的影响仍在不断研
究中 , 同时非饱和土基质吸力的测量仪器和方法, 也在不断进行改进。 离心模型试验利用缩尺法则, 将模型制作为原型 1 n , 而将应力场增大到 ng , 使模型的应力场达到 与原型的应力场一致 , 而变形( 应变) 却为原型的 1 n 。通过观测模型的应力、 变形、 孔压等的变化过程 就可以了解到原型这些物理量的变化过程。离心模型试验广泛应用于岩土工程 , 如面板坝蓄水的安全 评估、 边坡的稳定性研究、 地基沉降和稳定、 水力劈裂、 砂土液化、 污染物扩散研究等。考虑到基质吸力 对非饱和土的重要影响, 在离心模型试验中, 对基质吸力的测量是十分必要的。 德国、 英国、 丹麦、 意大利以及法国的 5 所离心模拟试验室曾对英国 DRUCK 公司生产的 PDCR 81 孔 隙水压力传感器在离心模拟试验中的应用展开联合研究 , 测得了孔隙水压力从负值变为正值并达到 稳定的变化过程。Deshpande 和 Muraleetharan 在静态和动态离心模型试验中采用 PDCR 81 测量了非饱 和土的基质吸力 , 并对 PDCR 81 测量基质吸力做了深入研究 PDCR 81 的陶瓷滤水石 , 这极易损坏传感器
第6卷
第 2期
中国水利水电科学研究院学报
Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Vol 6 No 2 June, 2008
2008 年 6 月
文章编号 : 1672 3031( 2008) 02 0136 08
[ 12,21] [ 19]
, 如果要测量较高的基质吸力 , 必须采用 ! 137 !
较高进气值的陶瓷滤水石替换原来的滤水石。Ridley 采用 15bar 进气值的陶瓷头替换原来的滤水石 , 并
离心模型中测量基质 吸力的微型传感器
李京爽
邢义川
侯瑜京
[ 20]
用 2 000kPa 的压力进行饱和, 可测量负孔隙水压力高达 1 370kPa
收稿日期 : 2008 01 07 基金项目 : 水利部 948 计划技术创新与转化项目 ( CT200408) 作者简介 : 李京爽 ( 1976- ) , 男 , 山东莱芜人 , 博士生 , 主要从事岩土cn
!
136 !
离心模型中测量基质 吸力的微型传感器
o o
和纯电解液的电阻率的关系为
[22]
: ( 1)
=
w
n
-m
式中 : m 为参数 , 可以通过试验标定。
图3
微型电阻率传感器
图4
电阻率传感器标定曲线 ! 导电指数与饱和的关系 [ 16]
!
138 !
离心模型中测量基质 吸力的微型传感器
李京爽
邢义川
侯瑜京
根据 Archie 关于介质饱和度 S w 、 o 和 的经验关系式, 饱和度为
李京爽
邢义川
侯瑜京
2
离心模型中测量基质吸力的方法和传感器
目前已经应用的测量传感器有 : ( 1) 改进的 PDCR 81 孔隙水压力传感器或改进的微型张力计 ; ( 2) 微
型电阻率传感器 ; ( 3) 热传导传感器。 2 1 改进的 PDCR 81 及其类似的微型张力计 5 所离心模拟试验室曾就应用 PDCR 81 测量孔隙水压
1
研究背景
非饱和土的基质吸力不但能显著提高土的强度 , 而且影响土体的变形规律
[ 1] [ 2, 3]
。基质吸力和净应
[ 4~ 6]
力构成现代土力学中的双应力变量, 已经用于非饱和土的模型构建、 计算和理论分析 。因此 , 在非 饱和土的地基、 渠道边坡和其他结构的评估中 , 测量基质吸力是一项重要的内容。试验室测量非饱和土 基质吸力的仪器和方法有压力板、 张力计、 轴平移法、 滤纸法 ( 可测量基质吸力和总吸力 ) 、 露点法等 , 现 场测量有 TDR 法、 FDR、 热传导传感器
新型微型张力计结构 [ 14]
这类传感器体积微小 , 重量轻 , 测量反应灵敏 , 金属外壳有保护作用 , 可以承受较高的加速度值 , 但 对饱和的要求较高。 2 2 微型电阻率传感器 早在 20 世纪 40~ 50 年代 , 电阻率法便已应用于石油勘探中测量孔隙率以及 水和油的饱和度。在一个包含非水相液体、 空气、 水和纯砂的多相系统中, 空气、 砂和其他组分的电阻很 大, 可以视为绝缘体 , 起导电作用的主要是水
1 n
Sw = 式中 : na 是参数 , 可以通过试验标定。
o
a
=
w
n
- m
1n
a
( 2)
这样饱和度就可以通过测量电阻确定, 根据土水特征曲线可以由饱和度查到对应的基质吸力值。 这种方法适用于盐分较少的非饱和土, 并且需要给出土水特征曲线。此外 , Archie 的经验公式的适 用范围是饱和度大于 0 15~ 0 20, 限制了其应用范围。不过, 在此范围内 , 其测量结果还是令人满意的。 图 4 是非饱和砂的标定实验中饱和度和导电指数( I r =
[ 11]
力做了研究 , 他们建议每次试验前替换陶瓷滤水石防止堵塞, 并对电压加载方式和陶瓷滤水石替换 方法、 标定方法、 饱和方法和埋设方法做了研究和建议。试验中采用相同的高岭黏土制做模型, 当模型 上部的 100kPa 固结压力卸除后 , 其中 3 个试验室中测得了负孔隙水压力。在离心应力场加载后 , 孔隙 水压力立刻从负值变为正值并达到稳定。其中 DIAB 试验室, 当卸除了 100kPa 的固结压力后 , 孔隙水压 力立刻减小为- 100kPa, 他们认为只有 DIAB 试验室采用的 PDCR 81 传感器达到了完全饱和。因此他们 强调陶瓷滤水石的饱和对测量结果有重要影响。Muraleetharan 和 Granger 对 PDCR 81 做了改进, 封闭了 内嵌陶瓷滤水石和周围不锈钢外壳之间的缝隙, 并详细研究了应用 PDCR 81 测量非饱和土基质吸力的 表现 。他们考察了 PDCR 81 在不同饱和液 ( 脱气水或其与甘油的不同比例混合液 ) 下达到平衡的时 间, 平衡稳定时间以 及对基质 吸力变化 作出反应 的灵敏性 , 通过 与张力计 的测量结 果的比较 发现, PDCR 81 测量基质吸力的这些性质与饱和液的粘滞度大小有关。PDCR 81 可以直接测量土中的孔隙水 压力 , 包括负的孔隙水压力。如果孔隙气压力等于大气压力 , 那么测得的孔隙水压力就是负的基质吸力 值。
[ 16,17] [ 18]
, 从而可以从土水特征曲线上查到基质吸力。这属于一种间接测量基质吸力的方法。此外 , 胡
再强等 利用热传导传感器在非饱和黄土渠道的离心模型中测得了基质吸力。 本文介绍了在离心模型试验中测量非饱和土中的基质吸力的方法和传感器 , 还对应用 PDCR 81 测 量安康非饱和膨胀土基质吸力的试验方法和结果进行了分析。
o
) 的关系
[ 16]
, 采用 NaCl 溶液做导电介质。可
以看出, 3 次标定试验结果非常接近, 且都符合 Archie 的经验关系。 [ 17] 这种微型的电阻率传感器已经应用于离心模型试验测量非饱和砂的饱和度 , 但需要先测定土水 特征曲线 , 标定比较复杂 , 易受土中盐分的影响, 不适于饱和度小于 0 15 的情况。 2 3 热传导传感器 近年来, 热传导传感器广泛应用于现场基质吸力的测量 。其通过测量陶瓷探 头的特扩散性能来测量探头周围土的含水量, 再由土水特征曲线查土的基质吸力, 属于一种间接的方 法。