申请/专利权人：中国科学院力学研究所;广东空天科技研究院(南沙)

申请日：2023-01-18

公开（公告）日：2024-06-04

公开（公告）号：CN115928689B

主分类号：E02D1/02

分类号：E02D1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.04#授权;2024.03.22#著录事项变更;2023.04.25#实质审查的生效;2023.04.07#公开

摘要：本发明公开了一种自由落体式动力触探仪，包括贯入仪、触探探头、通讯模块和电源；贯入仪为回转体，并且沿着贯入仪的轴线方向依次分为头部段、中间段和尾部段，贯入仪的重心靠近头部段，头部段的直径等于中间段的直径小于尾部段的直径，尾部段远离中间段的一端连接有柔性稳定面；触探探头安装在头部段。贯入仪通过自身的外形和柔性稳定面的空气动力导向在自由落体时垂直下落，并且头部段和中间段贯入土壤内部、尾部段留在土壤外侧，通过触探探头感知贯入仪的端部阻力和侧面摩擦阻力，通过通讯模块将采集的数据远程无线发送，从而实现了地面力学远程、原位勘测的目的。

主权项：1.一种自由落体式动力触探仪，其特征在于，包括：贯入仪，所述贯入仪的外形为回转体，并且沿着贯入仪的轴线方向依次分为头部段（1）、中间段（3）和尾部段（5），贯入仪的重心靠近所述头部段（1），所述中间段（3）的直径与所述头部段（1）的直径相同，所述尾部段（5）的直径大于所述中间段（3）的直径，所述尾部段（5）连接所述中间段（3）的一端形成锥面（51），所述尾部段（5）远离所述中间段（3）的一端连接有柔性稳定面（7），所述贯入仪通过运载载体运输并且执行空投操作以实现在指定位置的自由落体，所述柔性稳定面（7）用于在贯入仪自由落体时产生使其垂直下落的空气动力导向功能和减速功能；触探探头（2），安装在所述头部段（1），所述触探探头（2）用于在所述贯入仪贯入土壤内部时采集所述贯入仪的端部阻力和侧面摩擦阻力中的至少一者；通讯模块（6），安装在所述尾部段（5），所述通讯模块（6）包括通讯天线（61）和自组网数据链（62），所述触探探头（2）采集的数据通过所述自组网数据链（62）和所述通讯天线（61）无线发送至所述运载载体，再以所述运载载体为中继发送至基站；电源（32），设置在所述中间段（3）或者所述尾部段（5）的内部，所述电源（32）电连接所述触探探头（2）和所述通讯模块（6）并且用于供电；所述触探探头（2）包括锥尖（21）、下顶套（22）、锥阻应变桥（23）、侧阻应变桥（24）、传力顶头（25）、上顶套（26）和摩擦筒（27）；其中，所述锥尖（21）、所述下顶套（22）、所述锥阻应变桥（23）、所述传力顶头（25）、所述上顶套（26）和所述中间段（3）同轴并且顺序连接；所述摩擦筒（27）套装在所述下顶套（22）、所述锥阻应变桥（23）、所述传力顶头（25）和所述上顶套（26）的外侧，所述摩擦筒（27）与所述下顶套（22）、所述上顶套（26）滑动连接；所述锥阻应变桥（23）与所述摩擦筒（27）之间形成有第一腔室（231），所述第一腔室（231）的内部安装有连接所述锥阻应变桥（23）的端阻传感器（232），所述锥阻应变桥（23）用于在所述锥尖（21）贯入土壤时承受轴向应力并且产生形变，以使得所述端阻传感器（232）检测到所述头部段（1）贯入土壤的端部阻力；所述传力顶头（25）与所述摩擦筒（27）之间形成有第二腔室（251），所述侧阻应变桥（24）安装于所述第二腔室（251）的内部，所述摩擦筒（27）的内壁形成有端面朝向所述上顶套（26）的第一台阶（271），所述侧阻应变桥（24）的一端在所述摩擦筒（27）轴向滑动时接触所述第一台阶（271），所述侧阻应变桥（24）的另一端固定连接所述传力顶头（25）或者所述上顶套（26），所述第二腔室（251）的内部安装有连接所述侧阻应变桥（24）的侧阻传感器（241），所述侧阻应变桥（24）用于在所述摩擦筒（27）与土壤摩擦时抵紧所述第一台阶（271）以承受轴向应力并且产生形变，以使得所述侧阻传感器（241）检测到所述头部段（1）贯入土壤的侧面摩擦力。

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