一種光纖光柵測力墊圈及錨杆測力系統的製作方法

2023-10-10 17:12:14

本發明涉及錨固技術領域，具體而言，涉及一種光纖光柵測力墊圈及錨杆測力系統。

背景技術：

錨杆支護是通過圍巖內部的錨杆改變圍巖本身的力學狀態，在巷道周圍形成一個整體而又穩定的巖石帶，利用錨杆與圍巖共同作用，達到維護洞室穩定的目的。錨杆支護屬於一種積極防禦的支護方法，其具有支護效果優良、用料省、施工簡單、有利於機械化操作、施工速度快等優點，近年來廣泛應用於地下工程支護領域，對於降低成本和減少事故發揮了重要作用。

由於錨杆埋置於圍巖內部，屬於隱蔽結構，其受力情況以及支護評價較為困難。為了評估錨杆的支護作用和受力情況，通常採用應變測量法、錨杆測力計測量法等對錨杆進行軸力的測量。

錨杆作為支護體系中重要的組成部分，目前對於其軸力的監測基本是通過對杆體的直接測試獲得，所採用的主要是電阻應變式、振弦式或光纖光柵式的測力錨杆。本申請的發明人發現，上述測力型錨杆存在的普遍問題是：無法快速獲知錨杆的受力情況，且施工過程幹擾程度大，保護難度高等。目前尚未有在錨杆墊板與螺母之間布設光纖光柵傳感器來測錨杆受力的相關報導。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種光纖光柵測力墊圈，其能夠用於測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準確度高。

本發明的另一目的在於提供一種錨杆測力系統，其能夠測量物件的受力情況，靈敏度與準確度高。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種光纖光柵測力墊圈，包括第一墊圈、第二墊圈和光纖光柵傳感器；第一墊圈和第二墊圈同軸且重疊設置，光纖光柵傳感器夾持於第一墊圈和第二墊圈之間。光纖光柵傳感器具有用於與數據採集裝置的測試接口相連的光纖。其能夠用於測量物件局部及物件整體的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨杆的受力檢測，靈敏度與準確度高。

一種錨杆測力系統，包括上述光纖光柵測力墊圈，錨杆測力系統還包括數據採集裝置，光纖光柵測力墊圈的光纖與數據採集裝置的測試接口相連。其能夠測量物件局部及物件整體的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨杆的受力檢測，靈敏度與準確度高。

本發明實施例的有益效果是：本發明提供的光纖光柵測力墊圈通過設置同軸且重疊設置的第一墊圈和第二墊圈以及夾持於第一墊圈和第二墊圈之間的光纖光柵傳感器，可以將墊圈受到的壓力或墊圈的形變的變化情況傳遞至光纖光柵傳感器，將壓力或墊圈的形變的變化轉化成電信號的變化。本申請的發明人發現：光纖光柵測力墊圈可用於測量物件的受力以及形變的變化情況，一方面具有很高的靈敏度與準確度，另一方面第一墊圈和第二墊圈又可以保護光纖光柵傳感器，防止光纖光柵傳感器由於壓力變化或形變變化而損壞。光纖光柵測力墊圈可將所受的來自各個方向的壓力或形變變化的情況傳遞至光纖光柵傳感器，並對光纖光柵傳感器具有保護作用，延長了光纖光柵傳感器的使用壽命。

本發明提供的錨杆測力系統通過利用上述光纖光柵測力墊圈，其能夠測量物件的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨杆的受力檢測，反映錨杆及整個錨固結構的受力情況。靈敏度與準確度高。

截至目前，對於錨杆螺母與墊板間的受力測試，尤其將光纖光柵傳感器布設於智能墊圈安裝於錨杆墊板與螺母之間測其受力的測試方法尚未有過。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例提供的光纖光柵測力墊圈的示意圖；

圖2為圖1中的光纖光柵測力墊圈沿A-A的剖面圖；

圖3為本發明實施例提供的錨杆測力系統的示意圖；

圖4為本發明實施例提供的錨杆的示意圖。

圖標：100-光纖光柵測力墊圈；110-第一墊圈；111-第一凸起部；112-第一凹陷部；120-第二墊圈；121-第二凸起部；122-第二凹陷部；130-光纖光柵傳感器；140-光纖；150-數據線；200-錨杆測力系統；210-數據採集裝置；300-錨杆；310-杆體；320-墊板；330-螺母。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

術語「第一」、「第二」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

實施例

請參照圖1和圖2，本實施例提供一種光纖光柵測力墊圈100。光纖光柵測力墊圈100包括第一墊圈110、第二墊圈120和光纖光柵傳感器130；第一墊圈110和第二墊圈120同軸且重疊設置，光纖光柵傳感器130夾持於第一墊圈110和第二墊圈120之間，光纖光柵傳感器130具有用於與數據收集或分析裝置的測試接口相連的光纖140。

光纖光柵測力墊圈100可以將自身受到的來自各個方向壓力或自身發生的形變的變化情況傳遞至光纖光柵傳感器130，光纖光柵傳感器130可將壓力或形變的變化轉化成電信號的變化，電信號變化由光纖140傳導至數據收集或分析裝置，經數據收集或分析裝置採集匯總後，對電信號變化數據進行分析，如小波包分析、小波分析、快速傅立葉變換、時間反演等，可以對信號做定量分析。結合實驗標定結果即可得出相應的壓力或形變的變化情況。

進一步地，在本實施例中，第一墊圈110具有沿其軸向朝第二墊圈120延伸的多個間隔設置的第一凸起部111，相鄰的第一凸起部111之間為第一凹陷部112；第二墊圈120具有與第一凸起部111形狀互補的第二凹陷部122以及與第一凹陷部112形狀互補的第二凸起部121。光纖光柵傳感器130可以設置於第一凸起部111和/或第二凸起部121。在本實施例中，光纖光柵傳感器130設置於第一凸起部111。

由於第一墊圈110具第一凸起部111與第一凹陷部112，第二墊圈120具有與第一凸起部111形狀互補的第二凹陷部122以及與第一凹陷部112形狀互補的第二凸起部121。使得第一墊圈110與第二墊圈120結合更加緊密且較大程度地消除了第一墊圈110與第二墊圈120之間的間隙，增大了第一墊圈110與第二墊圈120之間的結合力，提高了沿光纖光柵測力墊圈100的穩定性。

沿光纖光柵測力墊圈100的徑向或周向，第一墊圈110與第二墊圈120不易發生相對滑動。使得第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的壓力或所發生的形變不會由於第一墊圈110與第二墊圈120之間發生了相對滑動而部分或全部抵消，保證第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的壓力或所發生的形變均可以準確完整的傳遞至光纖光柵傳感器130，保證了光纖光柵傳感器130接收到的信息的準確度，防止光纖光柵傳感器130的感應失真。提高了光纖光柵測力墊圈100的感應靈敏度與準確度。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，光纖光柵傳感器130可以設置於第一凹陷部112和/或第二凹陷部122。

進一步地，在本實施例中，多個第一凸起部111沿第一墊圈110的周向間隔設置。可以使得第一墊圈110與第二墊圈120結合更加緊密。當第一墊圈110和/或第二墊圈120受到外力擠壓或發生形變時，沿第一墊圈110的周向間隔設置多個第一凸起部111有利於使所受到的外力擠壓或發生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散並趨於均勻化，防止由於局部受力過大或發生的形變過大而導致光纖光柵測力墊圈100破損。提高了光纖光柵測力墊圈100的耐用性。

進一步地，在本實施例中，多個第一凸起部111沿第一墊圈110的周向均勻間隔設置。沿第一墊圈110的周向均勻間隔設置多個第一凸起部111可以使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向最大限度地分散並趨於均勻化。

進一步地，在本實施例中，第一墊圈110的用於夾持光纖光柵傳感器130一端呈波紋狀，第一凸起部111位于波峰，第一凹陷部112位于波谷。第二墊圈120的用於夾持光纖光柵傳感器130一端同樣也呈波紋狀，第二凸起部121位于波峰，第二凹陷部122位于波谷。

第一墊圈110與第二墊圈120之間的波紋狀的界面有利於使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發生的形變在沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散時，分散過程趨於平緩，防止出現個別受力高出平均受力的畸高點而導致第一墊圈110和/或第二墊圈120破損的情況。提高了光纖光柵測力墊圈100的耐用性，同時也防止上述可能出現的畸高點對光纖光柵傳感器130造成損傷。

光纖光柵傳感器130夾持於第一墊圈110和第二墊圈120之間時，由于波紋狀沒有稜邊或稜角，可以防止光纖光柵傳感器130局部壓強過大而破損，提高了光纖光柵傳感器130的使用壽命和安全性。

進一步地，在本實施例中，光纖光柵傳感器130為多個，多個光纖光柵傳感器130沿光纖光柵測力墊圈100的周向均勻間隔設置。均勻間隔設置的多個光纖光柵傳感器130可以全面地反映光纖光柵測力墊圈100的整體受力以及形變的變化情況，防止由於局部受力的差異性而導致出現光纖光柵傳感器130感應失真的情況。

第一墊圈110與第二墊圈120之間的波紋狀的界面使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散化，均勻間隔設置的多個光纖光柵傳感器130可以將分散的受力和形變全部反映出來，通過對局部受力和形變的匯總反映出光纖光柵測力墊圈100的整體受力和形變的變化情況。確保了光纖光柵傳感器130感應的準確性以及光纖光柵測力墊圈100感應受力與形變變化情況的準確性與高保真性。

進一步地，在本實施例中，沿光纖光柵測力墊圈100的周向，相鄰兩個光纖光柵傳感器130之間均由數據線150相連。與每個光纖光柵傳感器130均單獨通過光纖140連接至數據收集或分析裝置相比，數據線150可將各個光纖光柵傳感器130的感應電信號進行匯總，可以簡化並減少數據收集或分析裝置採得的數據，便與後續分析與檢測。一方面減少了數據量便於分析，另一方面使採集得到的數據可直接總整體上反映光纖光柵測力墊圈100的受力與形變變化情況。

進一步地，在本實施例中，光纖光柵傳感器130設置於第一凸起部111且位于波峰。波峰是第一墊圈110與第二墊圈120之間相互作用力較敏感的位置，光纖光柵傳感器130設於此處可以提高光纖光柵傳感器130對第一墊圈110與第二墊圈120之間相互作用力及光纖光柵測力墊圈100整體的受力與形變變化情況的感應靈敏度。提高了光纖光柵測力墊圈100對受力與形變的靈敏度。

光纖光柵測力墊圈100的工作原理是：通過沿光纖光柵測力墊圈100的周向均勻間隔夾持設置於第一墊圈110與第二墊圈120之間的光纖光柵傳感器130，可以將第一墊圈110和/或第二墊圈120以及光纖光柵測力墊圈100整體所受到的壓力或發生的形變的變化情況轉化成電信號的變化，電信號變化通過光纖140傳導至數據收集或分析裝置，通過數據分析便可得出光纖光柵測力墊圈100的受力與形變的變化情況。光纖光柵測力墊圈100可用於測量物件的受力變化。進而得出被測物件的受力與形變變化情況。

綜上所述，本發明提供的光纖光柵測力墊圈100能夠用於測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準確度高，耐用性強。健康

請參閱圖3，本實施例還提供一種錨杆測力系統200，錨杆測力系統200包括光纖光柵測力墊圈100，錨杆測力系統200還包括數據採集裝置210，光纖140與數據採集裝置210的測試接口相連。

錨杆測力系統200能夠將光纖光柵測力墊圈100產生的電信號變化數據由數據採集裝置210收集匯總，通過對數據的分析處理即可得出相應的受力與形變的變化情況。

錨杆測力系統200能夠用於測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準確度高。

請參閱圖4，本發明還提供一種錨杆300。錨杆300包括杆體310、墊板320和螺母330；杆體310貫穿墊板320並與螺母330通過螺紋可拆卸連接。錨杆300還包括光纖光柵測力墊圈100，光纖光柵測力墊圈100套設於杆體310並夾持於墊板320與螺母330之間。

本申請的發明人發現：可以通過測量錨杆300的墊板320與螺母330之間的作用力變化來反映出整個錨杆300的受力變化情況。錨杆300通過設置光纖光柵測力墊圈100，使其自身的墊板320與螺母330之間的作用力以及形變的變化情況便於測量，進而反映錨杆300整體的受力及形變變化情況。

請參閱圖1、圖2和圖4，進一步地，光纖光柵測力墊圈100可用於測量錨杆300的受力以及形變的變化情況，一方面具有很高的靈敏度與準確度，另一方面第一墊圈110和第二墊圈120又可以保護光纖光柵傳感器130。由於錨杆300的受力一般很大，第一墊圈110和第二墊圈120可以防止光纖光柵傳感器130受到錨杆300的直接壓迫而損壞，延長了光纖光柵傳感器130的使用壽命。光纖光柵測力墊圈100可將所受的來自錨杆300的壓力或形變變化的情況傳遞至光纖光柵傳感器130，通過電信號分析便可得出錨杆300的壓力或形變變化情況，進而了解整個錨固結構的受力情況。

進一步地，在本實施例中，光纖光柵測力墊圈100的內徑略大於杆體310的外徑。此結構可以儘可能減小光纖光柵測力墊圈100與杆體310之間的間隙，使得光纖光柵測力墊圈100與螺母330以及墊板320之間的接觸面積增大，提高了光纖光柵測力墊圈100對螺母330與墊板320之間的作用力的變化情況的感應靈敏度和準確度。

進一步地，在本實施例中，墊板320呈大致的「碗形」。

需要說明的是，在本發明的其他實施例中，墊板320還可以呈平板狀。

綜上所述，將光纖光柵測力墊圈100套設於錨杆300的杆體310，並將光纖光柵測力墊圈100設於錨杆300的螺母330與墊板320之間。本申請的發明人發現：可以通過利用光纖光柵測力墊圈100檢測錨杆300的墊板320與螺母330之間的作用力變化，即可反映出錨杆300整體的受力情況，間接反映出整個錨固結構的受力情況。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。