土工布渗透率智能测试仪

    摘要：为解决土工布渗透率的测试仅有国家测试标准而没有规范的测试仪器问题，研制了一种土工布渗透率智能测试仪。该测试仪采用微机系统实现了智能化控制，可以测试不同压力/梯度条件下的渗透率且重现性好。

    关键词：土工布 渗透率 智能测试

土工布是指用于岩土工程和土要工程的渗透聚合物材料。土工布有关产品综合了纺织、化工、塑料、造纸各工业部门的技术成就，包括机织土工布，针织土工布、非织造土工布、土工格栅和土工复合物等产品。土工布及其产品在工程中主要用于防护、隔离、过滤、加强和排水等。它以生产工艺流程短、使用简单、强度高、柔性大等优势，在水利、电力、交通、建筑等各领域中被广泛采用，成为新型建筑材料。与国外先进国家相比，我国在土工布的开发和应用上起步较晚，配套的保证和规范还很不完善。随着人们对土工布在岩土工程和土要工程中所起作用的认识逐步加深，土工布的应用范围越来越大。特别是1998年我国遭受特大洪水灾害以来，我国对土工布的应用和推广给以了极大的重视。国家经贸委成立了土工布推广应用协调小组，从制定产品标准、测试标准、设计和施工规范到产品质量及价格，均提出了要求。国家质量监频局和纺织工业局如期完成了标准制定。“土工布渗透率智能测试仪”就是根据国家标准的要求研制出的配套测试仪器。

1 测试原理

该仪器的测试原理是：在规定的水力梯度和接触材料条件下，改变法向压力，测量在土工布及其有关产品平面内的水流量仪器应满足国家标准规定的测试要求。

2 测试方法

由于土工布及其有关产品本身的特性与原料的种类、制造工艺、产品规格等均有着密切的关系，因而在各项工程应用时，应根据不同的环境和地质条件、工程结构设计和土工布在工程中的作用等，对土工布品种及其指标的选择有不同的要求。因此必须通过测试了解产品的性能指标，供设计部门选用，达到合理应用土工布的目的。

将经过含湿润剂的液体浸泡过的土工布试样放入试样框中，在法向加一定压力后，向进水槽内注水并建立一定的水力梯度。当出水槽有渗透出的水流入集水器时，开始测试。在集水器的水量达到一定的容积时，产生水满信号，停止测试。

影响沿织物平面渗透性能的因素很多，难以统一规范，但任何一种土工布的渗水性能、渗透率与压力、梯度、水流方向都有关系，要想测得准确就必须按国标要求。对一种土工布取三块（或六块）试样，每块试样在0.1或1.0梯度下，在20kPa、100kPa、200kPa的压力下分别测试，每种梯度/压力情况下测3次，然后取一个平均值，这样共需测18次，取出6个平均值数据。然后更换试样三次再进行测量，需测54次。然后将不同压力/梯度下三块试样的测试结果再取平均值，得出各压力/梯度下的渗透率。

3 仪器硬件的组成及主要技术特征

本仪器由两大部分组成：透水仪主机部分和智能测试装置。透水仪主机包括进水槽、出水槽、试样框、集水器、加压部分和箱体等。智能测试装置以MCS-51系列单片机8031为信心，配置有只读存储器、A/D转换器、6个功能键按钮、6位LED数字显示板、TP-16打印机、RS232通讯接口等，可以对土工布的测试状态进行设定（梯度、试样数），对压力、集水时间、试样厚度进行测定，具有数据采集与运算处理功能，并能对压力、厚度、集水时间、水力梯度有选择地进行数字显示，水满信号来时，能打印出测试渗透率结果。土工布压力检测环节采用应变式压力传感器，厚度采用差动位移传感器。因信号微弱易受干扰，采集时进行了滤波、放大处理后送A/D转换器。同时软件设计了抗干扰程序，减小了测量误差。由于测试时间较长（最长为10小时/次），为避免因停电造成数据丢失，设计了掉电保护及锂电池供电电路。掉电时使测试状态数据保存在耗电极小的81C55内的RAM中。提高了测试的可靠性。由于采用微机系统完成数据采集和计时，不需要人为干预，能自动地测试，从根本上避免了人为因素的影响，实现了智能化。硬件电路组成如图1所示。

4 软件设计

由测试原理及工艺要求编写了程序。在测试过程中所测数据存放在81C55内的RAM中，以便计算各压力、梯度下的平均值，并由TP-16打印输出。显示器显示结果，经RS232向上位机传送数据。一块试样测完后，更换试样，用同样的过程再测试一遍。几块试样均测测完后（试样数事先有设定），打印机能打印出不同的压力、梯度下的各项总平均值。

数据的运算采用三字了浮点数，以满足系统的精度要求，计时采用8031内部定时器T0。

5 与上位机通讯的设计

可以根据需要与上位机（586以上机型）进行通讯，向上位机传送数据。上位机能够对采集的数据加工、整理、保存、制表、显示、实时测试并能存盘。上位机平台基于WINDOWS操作系统，开发软件为BrolandC++Build4.0。上位机与下位机之间以串行通讯实现信息交换，通讯时利用标准Windows API的函数文件完成数据处理与交换，利用多线程技术来管理通信任务。由于上位机完全工作于自动状态，因此软件系统使用十分方便。

系统启动后，上位机处于接收状态，将接收的数据自动组织成相应表格文件存入硬盘。表格菜单有三种：（1）列出所有实验数据；（2）列出标准报表一；（3）列出标准报表二。

试验结果表明，数据重现性好、符合使用要求。该仪器测试原理、各项性能指标达到了GB/T-17633-1998的要求。图2为某次的测试曲线。