土工布滲透率智能測試儀

摘要：為解決土工布滲透率的測試僅有國家測試標準而沒有規(guī)范的測試儀器問題，研制了一種土工布滲透率智能測試儀。該測試儀采用微機系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化控制，可以測試不同壓力/梯度條件下的滲透率且重現(xiàn)性好。

關(guān)鍵詞：土工布 滲透率 智能測試

土工布是指用于巖土工程和土要工程的滲透聚合物材料。土工布有關(guān)產(chǎn)品綜合了紡織、化工、塑料、造紙各工業(yè)部門的技術(shù)成就，包括機織土工布，針織土工布、非織造土工布、土工格柵和土工復合物等產(chǎn)品。土工布及其產(chǎn)品在工程中主要用于防護、隔離、過濾、加強和排水等。它以生產(chǎn)工藝流程短、使用簡單、強度高、柔性大等優(yōu)勢，在水利、電力、交通、建筑等各領(lǐng)域中被廣泛采用，成為新型建筑材料。與國外先進國家相比，我國在土工布的開發(fā)和應(yīng)用上起步較晚，配套的保證和規(guī)范還很不完善。隨著人們對土工布在巖土工程和土要工程中所起作用的認識逐步加深，土工布的應(yīng)用范圍越來越大。特別是1998年我國遭受特大洪水災害以來，我國對土工布的應(yīng)用和推廣給以了極大的重視。國家經(jīng)貿(mào)委成立了土工布推廣應(yīng)用協(xié)調(diào)小組，從制定產(chǎn)品標準、測試標準、設(shè)計和施工規(guī)范到產(chǎn)品質(zhì)量及價格，均提出了要求。國家質(zhì)量監(jiān)頻局和紡織工業(yè)局如期完成了標準制定?！巴凉げ紳B透率智能測試儀”就是根據(jù)國家標準的要求研制出的配套測試儀器。

1 測試原理

該儀器的測試原理是：在規(guī)定的水力梯度和接觸材料條件下，改變法向壓力，測量在土工布及其有關(guān)產(chǎn)品平面內(nèi)的水流量儀器應(yīng)滿足國家標準規(guī)定的測試要求。

2 測試方法

由于土工布及其有關(guān)產(chǎn)品本身的特性與原料的種類、制造工藝、產(chǎn)品規(guī)格等均有著密切的關(guān)系，因而在各項工程應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境和地質(zhì)條件、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計和土工布在工程中的作用等，對土工布品種及其指標的選擇有不同的要求。因此必須通過測試了解產(chǎn)品的性能指標，供設(shè)計部門選用，達到合理應(yīng)用土工布的目的。

將經(jīng)過含濕潤劑的液體浸泡過的土工布試樣放入試樣框中，在法向加一定壓力后，向進水槽內(nèi)注水并建立一定的水力梯度。當出水槽有滲透出的水流入集水器時，開始測試。在集水器的水量達到一定的容積時，產(chǎn)生水滿信號，停止測試。

影響沿織物平面滲透性能的因素很多，難以統(tǒng)一規(guī)范，但任何一種土工布的滲水性能、滲透率與壓力、梯度、水流方向都有關(guān)系，要想測得準確就必須按國標要求。對一種土工布取三塊（或六塊）試樣，每塊試樣在0.1或1.0梯度下，在20kPa、100kPa、200kPa的壓力下分別測試，每種梯度/壓力情況下測3次，然后取一個平均值，這樣共需測18次，取出6個平均值數(shù)據(jù)。然后更換試樣三次再進行測量，需測54次。然后將不同壓力/梯度下三塊試樣的測試結(jié)果再取平均值，得出各壓力/梯度下的滲透率。

3 儀器硬件的組成及主要技術(shù)特征

本儀器由兩大部分組成：透水儀主機部分和智能測試裝置。透水儀主機包括進水槽、出水槽、試樣框、集水器、加壓部分和箱體等。智能測試裝置以MCS-51系列單片機8031為信心，配置有只讀存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、6個功能鍵按鈕、6位LED數(shù)字顯示板、TP-16打印機、RS232通訊接口等，可以對土工布的測試狀態(tài)進行設(shè)定（梯度、試樣數(shù)），對壓力、集水時間、試樣厚度進行測定，具有數(shù)據(jù)采集與運算處理功能，并能對壓力、厚度、集水時間、水力梯度有選擇地進行數(shù)字顯示，水滿信號來時，能打印出測試滲透率結(jié)果。土工布壓力檢測環(huán)節(jié)采用應(yīng)變式壓力傳感器，厚度采用差動位移傳感器。因信號微弱易受干擾，采集時進行了濾波、放大處理后送A/D轉(zhuǎn)換器。同時軟件設(shè)計了抗干擾程序，減小了測量誤差。由于測試時間較長（最長為10小時/次），為避免因停電造成數(shù)據(jù)丟失，設(shè)計了掉電保護及鋰電池供電電路。掉電時使測試狀態(tài)數(shù)據(jù)保存在耗電極小的81C55內(nèi)的RAM中。提高了測試的可靠性。由于采用微機系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和計時，不需要人為干預，能自動地測試，從根本上避免了人為因素的影響，實現(xiàn)了智能化。硬件電路組成如圖1所示。

4 軟件設(shè)計

由測試原理及工藝要求編寫了程序。在測試過程中所測數(shù)據(jù)存放在81C55內(nèi)的RAM中，以便計算各壓力、梯度下的平均值，并由TP-16打印輸出。顯示器顯示結(jié)果，經(jīng)RS232向上位機傳送數(shù)據(jù)。一塊試樣測完后，更換試樣，用同樣的過程再測試一遍。幾塊試樣均測測完后（試樣數(shù)事先有設(shè)定），打印機能打印出不同的壓力、梯度下的各項總平均值。

數(shù)據(jù)的運算采用三字了浮點數(shù)，以滿足系統(tǒng)的精度要求，計時采用8031內(nèi)部定時器T0。

5 與上位機通訊的設(shè)計

可以根據(jù)需要與上位機（586以上機型）進行通訊，向上位機傳送數(shù)據(jù)。上位機能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)加工、整理、保存、制表、顯示、實時測試并能存盤。上位機平臺基于WINDOWS操作系統(tǒng)，開發(fā)軟件為BrolandC++Build4.0。上位機與下位機之間以串行通訊實現(xiàn)信息交換，通訊時利用標準Windows API的函數(shù)文件完成數(shù)據(jù)處理與交換，利用多線程技術(shù)來管理通信任務(wù)。由于上位機完全工作于自動狀態(tài)，因此軟件系統(tǒng)使用十分方便。

系統(tǒng)啟動后，上位機處于接收狀態(tài)，將接收的數(shù)據(jù)自動組織成相應(yīng)表格文件存入硬盤。表格菜單有三種：（1）列出所有實驗數(shù)據(jù)；（2）列出標準報表一；（3）列出標準報表二。

試驗結(jié)果表明，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好、符合使用要求。該儀器測試原理、各項性能指標達到了GB/T-17633-1998的要求。圖2為某次的測試曲線。