摘要：土工试验数据采集与数字化处理技术是解决不同试验、相关数据之间的传送，实现数据资源共享，且具有丰富的数据管理功能，能够强化土工试验技术管理，提高成果质量和测试工作效率，降低劳动强度的土工试验辅助测试系统。将该系统应用到土工试验常规力学和物理性试验中，改变目前土工试验过程中人工记录的落后试验手段，确保电利工程试验测试数据快捷、准确，更好地为水利工程建设服务，实现土工试验微机数据采集与处理是大势所趋。
关键词：数字化处理；数据采集；土工试验
引言
如今，土工试验方面的数据采集以及数字化这种处理技术能够对土工试验期间的数据实施自动采集，而且拥有绘图以及数据处理众多功能，其在土工试验当中起到辅助测试这项功能。同时，辅助测试这个系统能够在不同项目间进行数据传送，以此来让数据共享得以实现。此外，该系统还具备数据管理这项功能，可以对土工试验当前技术管理进行强化，不断提升土工试验最终成果质量和检测效率。本文则对土工试验方面的数据采集以及数字化这种处理技术进行简单分析，以此来对该项技术进行了解。
一、土工试验自动化现状及改造方案
1.1土工试验自动化现状
土工试验室目前有三轴剪力仪3台，三联高压固结仪1台，三联中压固结仪13台。其中三轴剪力仪3台接入TSW-3土工采集系统，剩余固结仪皆为人工读数的试验方法。
1.2土工试验自动化改造方案
根据试验室内土工试验仪器的分布情况，首先将土工试验微机数据采集与处理技术系统应用在土工试验中的中（高）压固结仪、三轴剪力仪及电子天平等试验项目中，实现这三个试验项目试验过程数据自动化采集。
三联高压固结仪自动化测点个数为4个，检测项目为土样的变形；三联中压固结仪自动化测点个数为5个，检测项目为土样的变形；三轴剪力仪自动化测点个数为51个，其中，可以实现土样的轴向应力及应变检测和孔隙水压力的自动采集。土工试验室自动化改造方案详见图1。
二、土工采集处理系统的选型与配置
2.1选型原则
土工采集处理系统要符合以下三个原则：首先要满足中华人民共和国国家标准和行业标准中的需要。其次是设计要合理安全易于操作。最后是经久耐用、仪器设备性能稳定良好。
2.2系统配置
1）系统构成。土工系统为分布控制式数据采集处理系统，系统上位机是PC机，下位机是采集器；使用RS-485通信接口；12位A/D转换，数字量输出范围0～4095；采集器每个可外接8只传感器。
2）主要配件规格及参数。中（高）压固结仪每台一只（LP-10F）位移传感器；三轴仪每台一只（LP-10F）位移传感器、一只（LP-20F）位移传感器、一只压力传感器；电子天平。
3）上位机软件功能。压缩试验功能：采集参数为土样变形量（位移）；试验方式为标准固结试验及快速法；三轴试验功能：采集参数为轴向变形量（位移）、轴向荷载和孔隙压力；试验方法为不固结不排水剪及固结不排水剪、排水剪。
系统自动化，可减少相对误差，对数据的准确性，稳定性有更好的保证。同时传感器与百分表硬连接的设计使得传感器既可人工读数，亦可自动化读数，提供相互比照。相对于其他将传感器芯贴在百分表内或调频式的产品，使用寿命更高，后期维护成本大大降低。
三、系统软件
在土工试验之中，微机采集及处理软件具有的功能主要包含试验操作以及系统设置等。其软件界面是全窗口这种模式，便于操作。而在实验室当中，自动采集这个系统可在含水率、固结以及三轴试验当中加以应用。以后也可把微机采集及处理软件应用到K0固结、无侧限以及直剪试验之中。借助这一软件可以试验期间的读数、制表、计算以及绘图这些工作由计算机进行完成。
四、数据采集和人工比对相关试验研究
在室内对试验土样进行制备，开展相应含水量、三轴剪切以及固结试验，并且通过人工读数和自动采集两种方式进行比对研究。
4.1固结试验相关比对分析
通过对45组土样实施固结试验最终结果比较分析，进行试验期间，分别采用自动采集以及人工读数两种方式来对各组土样有关试验数据加以记录、计算处理，之后选择试验数据最终处理结果相应孔隙比具体参数加以对比分析，能够获得孔隙比这个参数对比偏差结果。
通过人工形式比测数据和固结试验当中自动采集这个系统对空隙比有关参数加以实测的对比偏差分析得到：
|孔隙比平均偏差值|e=0.0015
|孔隙比平均相对偏差值|e=0.24%
由此可得，以上对比实验当中数据偏差很小，而且偏差范围也比较稳定，不存在趋势性的漂移，能够对试验期间精度要求加以满足。
4.2三轴压缩这一试验的对比分析
通过把24个土样分成8组进行三轴压缩相关试验数据对比分析。进行试验期间，分别采用自动采集以及人工读数两种方式来对各组土样有关试验数据加以记录、计算处理，之后选择两组单重抗剪强度有关参数实施对比分析，最终获得抗剪强度有关参数对比偏差。
经过人工形式比测数据和三轴压缩有关试验对抗剪强度有关参数实施自动采集的对比偏差分析得到：
|黏聚力平均偏差值|=2.18
|黏擦角平均偏差值|=0.36
|黏聚力平均相对偏差值|=14.66%
|黏擦角平均相对偏差值|=1.78%
由此可得，以上对比实验单重抗剪强度方面摩擦角这一数值偏差比较小，而且偏差范围也比较稳定，不存在趋势性的漂移。但黏聚力方面的对比偏差比较大，通过分析可知，因为在对变形量进行人工采集以及机器采集期间处在一些微小偏差，无法实现完全同步，致使最终结果出现一定偏差。通过对比分析可以的带哦，自动采集这一系统可以对试验精度相关要求加以满足，同时其结果比人工读数这种方式好很多，所得数据更加精确。
4.3人工读数和电子天平进行采集的对比分析
经过比对80个土样当中40组的含水率相关试验所得数据，对比通过人工形式来对电子天平具体读数加以读取的最终结果和机采读数具体数据和计算结果是完全一致的，没有任何偏差。借助机采读数可以对人工读数和输入期间出现的随机误差加以消除，进而提升试验所得数据具有的准确率。
五、结语
综上可知，土工试验这一系统可使数据进行自动采集和处理，提升试验整体精度，缩小误差，进而保证数据具有的稳定性以及准确性。同时，土工试验相关软件可通过计算机来完成各个试验期间的读数、制表、计算以及绘图等工作，提升土工试验整体自动程度，提升现有工作效率，减轻相关人员工作强度，节约试验成本。
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论文作者:陈楠,芦建新
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/5
标签：土工论文; 读数论文; 偏差论文; 数据论文; 系统论文; 数据采集论文; 孔隙论文; 《电力设备》2019年第3期论文;