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在這項研究中，調(diào)節(jié)、平衡和校準(zhǔn)是通過一個氣動裝置進行的，氣動裝置帶有一個充滿空氣以施加均勻壓力的聚氨酯內(nèi)膽。該裝置包括一個模擬壓力表，以監(jiān)測所施加的壓力，一個撥號閥調(diào)節(jié)器，以應(yīng)用壓力，和一個撥動開關(guān)壓力調(diào)節(jié)器。使用此設(shè)備的每個操作可以在幾分鐘內(nèi)完成。
圖3給出了典型傳感器的校準(zhǔn)曲線圖，其中插入曲線圖顯示了不同壓力水平下的響應(yīng)與時間的關(guān)系。制造商建議的校準(zhǔn)程序是（1）通過加載和卸載三到五次來調(diào)節(jié)傳感器，達到預(yù)期峰值負載的120%(2） 在預(yù)期峰值負荷的中段平衡；以及（3）在一個（一個負載校準(zhǔn)）或兩個施加壓力（兩個負載校準(zhǔn)）下校準(zhǔn)。通常，將校準(zhǔn)壓力保持約1分鐘，或直到使用可視化軟件看到壓力穩(wěn)定為止。
圖3。觸覺壓力傳感器校準(zhǔn)和響應(yīng)與時間曲線的比較
圖3的插圖顯示了傳感器在五種不同壓力水平下的詳細校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。以raw/mm2為單位測量的傳感器對時間的響應(yīng)是非線性的，并根據(jù)選擇的保持負載的時間產(chǎn)生不同的壓力校準(zhǔn)。通常，選擇60到120秒之間的時間進行校準(zhǔn)，因為在這段時間間隔內(nèi)，測量負載幾乎沒有變化。在這項研究中，人們發(fā)現(xiàn)，傳感器的響應(yīng)是一個很好的特點，傳統(tǒng)的蠕變模型負荷持續(xù)時間超過120秒。
圖3中繪制了四條校準(zhǔn)曲線，對應(yīng)于四種不同的校準(zhǔn)技術(shù)。根據(jù)制造商的建議確定的一個負載和兩個負載標(biāo)定的曲線是相對于五個負載標(biāo)定繪制的，其中傳感器在五個不同的壓力水平下進行了更嚴(yán)格的標(biāo)定。每次平衡和校準(zhǔn)后，將壓力降至零1小時以允許松弛，然后加壓至更高，以進行下一級平衡和加壓。通過將施加的載荷保持60和120 s來執(zhí)行兩次五次載荷標(biāo)定。
圖3顯示，在95%置信水平下，二負荷和五負荷回歸圖在統(tǒng)計學(xué)上彼此不可區(qū)分。在所有施加壓力下，尤其是在小于或等于25 kPa的壓力下，單負載曲線圖高估了一個負載壓力，其中一個負載壓力可能超過兩個和五個負載校準(zhǔn)壓力25%。
剪切應(yīng)力效應(yīng)
觸覺壓力傳感器僅用于測量法向應(yīng)力。傳感器制造商不提供說明或量化剪切效應(yīng)的方法，用戶手冊通常建議減少或消除傳遞到傳感器的剪切。剪切應(yīng)力會使傳感器的一片相對于另一片發(fā)生位移，損壞傳感器，并導(dǎo)致法向應(yīng)力讀數(shù)不準(zhǔn)確。
為了評估剪切應(yīng)力對傳感器測量的影響，對傳感器進行了直剪試驗。在測試之前，對傳感器進行調(diào)節(jié)、平衡，然后使用雙負載方法進行校準(zhǔn)。圖4示出了試驗裝置的示意圖。直剪試驗設(shè)計用于43至161 kPa的法向應(yīng)力。如圖所示，鐵砝碼懸掛在鋼制吊架上，以向傳感器傳遞法向力。將一個電動或手動千斤頂放置在與上部鋼板接觸的位置，并水平移動，直到引起移動。連續(xù)監(jiān)測千斤頂位移、施加水平力和觸覺壓力傳感器測得的力。
圖4。評估剪切應(yīng)力對觸覺壓力傳感器測量影響的試驗裝置示意圖
圖4中的展開圖顯示了被測試的板材和薄板的水平面。在所有情況下，有兩個12毫米厚的鋁板定位在頂部和底部的層。此外，一塊3毫米厚的氈被放置在底部鋁板上，上面是觸覺壓力傳感器板。水平測試層是指位于觸覺壓力傳感器頂部的水平聚合物板。表1總結(jié)了調(diào)查的不同試驗層以及與每個分層系統(tǒng)相關(guān)的試驗數(shù)量。它還提供了一個簡短的描述，測量法向力在應(yīng)用剪切。對六種不同的分層體系進行了評價，包括單張低密度聚乙烯（LDPE）、LDPE片材與橡膠片材組合、兩張LDPE片材、兩張LDPE片材與Teflon噴霧潤滑劑中間層、兩張LDPE片材、一張LDPE片材與一張Teflon片材和兩張Teflon片材。
表1。剪切試驗結(jié)果匯總
圖5給出了兩層系統(tǒng)的代表性結(jié)果圖8。觸覺壓力傳感器垂直加載和卸載試驗示意圖
兩個不同傳感器（A和B）的測量和施加壓力與時間的關(guān)系如圖9所示。給出了使用兩個和五個負載（120秒時）標(biāo)定圖測量的壓力。與圖3中的校準(zhǔn)曲線一致，兩次和五次負載校準(zhǔn)的觸覺壓力傳感器響應(yīng)沒有明顯差異。測得的壓力隨時間呈非線性增加，120s時比施加壓力低4%～9%。部分卸載后，測量的壓力迅速下降，直到±120 s后施加壓力的2%。
圖9。垂直加載和卸載觸覺壓力傳感器測力和作用力的比較
這些測量結(jié)果證實了本文前面演示的性能，并顯示了測量壓力和施加壓力之間的良好比較，前提是在加載后的時間與傳感器校準(zhǔn)中使用的時間一致。此外，在部分卸載后，測量的壓力與施加的壓力進行了比較，表明傳感器可以為簡單的卸載應(yīng)力路徑提供可靠的測量。
大規(guī)模試驗期間測量的荷載與施加的荷載
觸覺壓力傳感器已用于埋地管道地面破裂效應(yīng)的全尺寸三維（3D）試驗，以及管道在全尺寸水平地面位移和離心機下的二維（2D）試驗（Ha等人，2008；O'Rourke和Bonneau，2007年；O'Rourke等人，2008年）。聯(lián)合試驗是利用喬治E。Brown Jr.，地震工程模擬網(wǎng)絡(luò)（NEES）（O'Rourke et al.2008；Palmer等人，2006），以改進大地面變形下土壤-管道相互作用的設(shè)計。
Paikowsky和Hajduk（1997）測量的觸覺壓力傳感器響應(yīng)作為顆粒介質(zhì)中加載速率的函數(shù)，為傳感器性能提供了有價值的見解。Paikowsky和Hajduk比較了加載速率在1到10千帕/秒之間時施加的壓力和傳感器輸出。他們根據(jù)不同加載速率下施加應(yīng)力和傳感器輸出隨時間的線性回歸，開發(fā)了校準(zhǔn)程序，并表明校準(zhǔn)程序產(chǎn)生的測量值在規(guī)定范圍內(nèi)±對于單調(diào)增加的荷載和超過100 kPa的施加壓力，為施加壓力的10%。
NEES場地大變形的土-管道相互作用試驗為進一步探索可變加載速率下的傳感器響應(yīng)提供了機會。對裝有觸覺壓力傳感器的埋地管道進行了大規(guī)模二維試驗，試驗中施加了2.5mm/s的恒定水平運動速率。管道上的橫向力是獨立于傳感器測量的。沒有進行特殊的傳感器校準(zhǔn)，以說明負載率的影響。其目的是直接比較獨立獲取的載荷與使用前面描述的兩個載荷標(biāo)定的傳感器測量的載荷。兩個測量值之間的有利比較將使傳感器的使用更容易、更迅速。此外，仍有機會進行更詳細的校準(zhǔn)，如Paikowsky和Hajduk（1997）所述，以進一步提高負載率影響的準(zhǔn)確性。
此外，土壤-管道相互作用試驗提供了管道上壓力分布的測量值，作為土壤和管道之間相對運動的函數(shù)。測量結(jié)果顯示了壓力是如何隨著相對位移的增加而在管道周圍逐漸發(fā)展的。
圖10顯示了大型2D試驗水池的示意圖，該試驗水池填充了在干燥和部分飽和條件下放置的級配不良的冰川洪積砂，并以200mm的高度壓實。平均粒徑為0.7mm，比10×10mm的傳感器小一個數(shù)量級以上。關(guān)于沙子的粒度特征、礦物學(xué)和強度特性的詳細信息在別處進行了描述（O'Rourke et al.2008）。采用不同干密度、不同含水量、不同峰值抗剪角（由直剪試驗確定）和不同管道中心線深度與管道外徑比（Hc/D）的試驗池和砂進行了多重土-結(jié)構(gòu)相互作用試驗。
圖10。地下管線水平力與位移二維試驗水池示意圖
水池設(shè)計用于通過使用兩個長沖程（一個方向1.2 m）液壓執(zhí)行機構(gòu)施加水平力來測量管道的橫向力與位移，如圖所示。水平力通過稱重傳感器在箱體的每一側(cè)測量，橫向運動通過Temposonic測量提供電壓的位移傳感器 |
