Применение датчиков LVDT в трехосных испытаниях горных пород
ABEK SENSORS 25 марта 2026 г.
В области испытаний по механике горных пород трехосные испытания горных пород являются основным методом исследования механических свойств горных пород, обеспечения инженерного проектирования и проведения научных исследований; при этом точное измерение смещения и деформации является решающим фактором для обеспечения достоверности данных испытаний. В качестве высокоточных датчиков измерения смещения/деформации LVDT (линейные переменные дифференциальные трансформаторы) получили широкое применение во всем процессе трехосевых испытаний горных пород благодаря своей высокой точности измерения, превосходной стабильности и высокой устойчивости к помехам, выступая в качестве основных измерительных компонентов, связывающих нагрузку при испытании с расчетом механических параметров. Миниатюрные датчики LVDT серии FCXA10 компании ABEK SENSORS позволяют непосредственно измерять мельчайшие осевые и радиальные деформации на испытуемых образцах. Благодаря термостойкости до 200 °C и давлениестойкости, превышающей 140 МПа, эти изделия подходят для широкого спектра сложных испытательных сценариев.
Точное измерение осевого и радиального смещения/деформации в образцах горных пород
Основная цель тройного испытания горных пород заключается в определении зависимости «напряжение-деформация» горных пород при различных давлениях сжатия и осевых нагрузках; точное измерение смещения и деформации является основополагающим условием для достижения этой цели. Датчики LVDT могут устанавливаться непосредственно на испытуемых образцах или испытательном оборудовании, что позволяет осуществлять непрерывное измерение осевого и радиального смещения, а также соответствующей деформации в режиме реального времени. Это позволяет эффективно решить проблему недостаточной точности традиционных методов измерения и обеспечить достоверность данных испытаний.
При измерении осевого смещения датчик LVDT устанавливается между нагрузочной частью трехосного измерителя и крышкой образца либо непосредственно прилегает к осевой поверхности образца, что позволяет в режиме реального времени фиксировать величину осевого удлинения образца под действием осевого давления; на основе этой величины и исходной длины образца можно рассчитать осевую деформацию. По сравнению с традиционными методами измерения смещения, LVDT позволяет точно фиксировать минимальные осевые смещения (минимальное измеримое смещение достигает микрометрового уровня), что особенно подходит для испытаний в диапазоне малых деформаций. Это позволяет точно отразить характеристики микродеформаций горной породы до предела текучести и обеспечивает точные данные для расчета ключевых механических параметров, таких как модуль упругости и коэффициент Пуассона.
При измерении радиального смещения, установив датчики LVDT симметрично по бокам образца, можно в режиме реального времени отслеживать радиальное расширение или сжатие образца под совместным воздействием давления сжатия и осевого давления, что позволяет рассчитать радиальную деформацию. В ходе трехосных испытаний горных пород радиальная деформация образца зачастую минимальна и подвержена влиянию таких факторов, как ограничения испытательного оборудования и трение. Высокая точность датчиков LVDT позволяет эффективно нивелировать эти влияния, точно фиксируя мельчайшие радиальные деформации. Это помогает исследователям изучать закономерности изменения объема горных пород в сложных условиях напряжений и предоставляет важнейшие данные для анализа характеристик хрупкого и пластического разрушения горных пород.
Коррекция экспериментальных погрешностей и повышение точности измерений
При проведении трехосных испытаний горных пород такие факторы, как деформация самого испытательного оборудования, погрешности при установке образца и трение на контактных поверхностях, могут приводить к отклонениям в данных об измеренном смещении, что, в свою очередь, влияет на точность результатов испытаний. Благодаря применению специального метода установки датчики LVDT позволяют корректировать погрешности испытаний, дополнительно повышать точность измерений и обеспечивать достоверность данных испытаний.
С одной стороны, для уменьшения помех, вызванных пластической деформацией испытательного оборудования (такого как нагрузочные стержни и опоры), датчики LVDT можно устанавливать непосредственно на поверхности образца горной породы, минуя участки, подверженные деформации. Это позволяет непосредственно измерять изменения смещения самого образца, тем самым исключая влияние деформации оборудования на результаты измерений и гарантируя, что полученные данные о смещении точно отражают фактическое состояние деформации горной породы. С другой стороны, для решения таких проблем, как неравномерная установка образца и недостаточный контакт между крышкой образца и самим образцом, LVDT может фиксировать мельчайшие деформации образца в режиме реального времени на ранних этапах испытания. Это помогает оператору испытаний своевременно обнаруживать аномальные смещения, вызванные ошибками установки, предоставляя ориентир для корректировки положения образца и минимизируя влияние ошибок установки на последующие данные испытаний.
Кроме того, в случае традиционных трехосных образцов горных пород с соотношением сторон 2 торцы подвергаются значительным ограничениям со стороны испытательного оборудования, в то время как центральная область остается в основном свободной; традиционные методы измерения с трудом позволяют зафиксировать истинную локальную деформацию образца. Установка датчиков LVDT в центральной области образца позволяет получить точные измерения локальных осевых и радиальных смещений, что позволяет эффективно устранить погрешности измерений, вызванные ограничениями на концах, и обеспечивает надежную основу для определения истинного модуля деформации и параметров прочности горной породы.
Адаптация для специальных сценариев тестирования
В условиях испытаний, имитирующих высокотемпературные и высоконапорные среды — такие как условия глубокого подземного пространства, разработка геотермальных источников и захоронение ядерных отходов — датчики должны соответствовать все более строгим требованиям к адаптивности к окружающей среде. Датчики локального деформирования LVDT серии FCXA10 от ABEK SENSORS выдерживают температуры до 200 °C и давление свыше 140 МПа. Они позволяют осуществлять прямое измерение минимальных осевых и радиальных деформаций на испытуемых образцах, благодаря чему отлично подходят для сложных условий испытаний, связанных с высокими температурами и давлением, и обеспечивают стабильную и надежную поддержку измерений при проведении испытаний.
Например, при проведении трехосных испытаний в условиях высокой температуры и высокого давления образцы горных пород подвергаются воздействию сложных условий, характеризующихся высокой температурой и высоким давлением сжатия. Обычные датчики смещения подвержены температурному дрейфу показаний и повреждениям, тогда как термостойкие LVDT способны сохранять стабильную точность измерений в таких условиях. Они в реальном времени фиксируют изменения смещения и деформации горной породы под комбинированным воздействием температуры и давления, предоставляя точные данные измерений для изучения механических свойств горной породы в условиях высоких температур и высокого давления. Кроме того, при динамических трехосных испытаниях LVDT способны быстро реагировать на динамические изменения смещения образца, фиксируя в реальном времени картину деформации горной породы под ударными нагрузками, тем самым способствуя исследованию динамических механических свойств горной породы.
заключительные замечания
Таким образом, основная ценность датчиков LVDT при проведении трехосных испытаний горных пород заключается в их способности обеспечивать высокоточные измерения смещения и деформации горных пород в режиме реального времени. Благодаря снижению влияния посторонних факторов, корректировке погрешностей измерений и адаптации к конкретным условиям испытаний они обеспечивают точное определение механических параметров горных пород. Это способствует более точному соответствию результатов трехосных испытаний горных пород фактическим состояниям напряженности горных пород в инженерных приложениях, тем самым обеспечивая надежную экспериментальную базу данных для инженерного проектирования и научных исследований в таких областях, как подземное строительство, разработка ресурсов, а также предотвращение и контроль геологических опасностей. Датчики локального деформирования и смещения LVDT серии FCXA10, благодаря своей отличной адаптивности к окружающей среде и высоким измерительным характеристикам, могут удовлетворить требования к измерениям в различных сценариях трехосевых испытаний горных пород, обеспечивая надежную поддержку для повышения точности испытаний.
ABEK SENSORS разрабатывает и производит датчики положения для сложных условий эксплуатации. Обращайтесь к нам с любыми вопросами по поводу ваших задач измерения положения!
Заполните форму, и наш технический инженер свяжется с вами. Вы также можете связаться с нами по телефону 400-013-6886 или по электронной почте info@abeksensors.com.