一種鬆緊度測試錨杆及鬆緊度測試系統的製作方法

2023-09-18 05:02:40

本實用新型涉及錨固技術領域，具體而言，涉及一種鬆緊度測試錨杆及鬆緊度測試系統。

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，在洞室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。

壓電陶瓷傳感技術是隨著壓電陶瓷的發展而出現的嶄新的傳感技術，其中壓電電圈可以施加各種保護形式(如金屬保護、大理石保護、混凝土保護等)，壓電陶瓷能將微弱的機械振動轉化為電信號，具有高度敏感性，且測量精度高，體積小、不吸潮、壽命長，在地下工程領域中具有非常廣闊的應用前景。

本申請的發明人發現：在錨杆施做後，受應力鬆弛、圍巖位移等各種因素的影響，螺母與墊板間的鬆緊度將發生變化，而錨杆鬆緊度變化特徵與杆體的力學性態息息相關，因此，監測錨杆鬆緊程度於施工、設計等方面具有重要意義。

目前尚未有對錨杆施做後螺母與墊板間的鬆緊度測試的相關報導。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種鬆緊度測試錨杆，其能夠準確反映出自身局部以及整體的受力變化情況，進而反映出整個錨固結構的鬆緊變化程度，且操作簡便、靈敏度高。

本實用新型的另一目的在於提供一種鬆緊度測試系統，其能夠準確測量其局部以及整體的受力變化情況，進而反映整個錨固結構的鬆緊變化程度；靈敏度高、操作簡便、簡單實用。

本實用新型的實施例是這樣實現的：

一種鬆緊度測試錨杆，包括杆體、墊板、螺母和壓電傳感器，墊板具有用於抵接圍巖的第一墊板面和相對第一墊板面設置的第二墊板面，杆體貫穿第一墊板面和第二墊板面；杆體設有與螺母配合的外螺紋，螺母與杆體通過螺紋可拆卸連接。壓電傳感器包括第一壓電傳感器和第二壓電傳感器，第二墊板面凹設有容置槽，容置槽容置有第一壓電傳感器，螺母的外壁設置有第二壓電傳感器。其能夠準確反映出自身局部以及整體的受力變化情況，進而反映出整個錨固結構的鬆緊變化程度，且操作簡便、靈敏度高。

一種鬆緊度測試系統，包括上述的鬆緊度測試錨杆，測力系統還包括數據線和數據採集裝置，第一壓電傳感器和第二壓電傳感器均通過數據線與數據採集裝置連接。其能夠準確測量鬆緊度測試錨杆局部以及整體的受力變化情況，進而反映整個錨固結構的鬆緊變化程度；靈敏度高、操作簡便、簡單實用。

本實用新型實施例的有益效果是：本實用新型提供的鬆緊度測試錨杆具有杆體、墊板和螺母。在鬆緊度測試錨杆安裝完成的情況下，墊板的第一墊板面與圍巖抵接，杆體貫穿墊板並嵌設於圍巖，杆體的遠離圍巖一端則通過螺紋與螺母可拆卸連接，螺母與墊板抵接。本申請的發明人發現：正常情況下，鬆緊度測試錨杆與圍巖是緊密連接的，螺母與墊板之間的鬆緊度也是基本穩定的；當鬆緊度測試錨杆與圍巖的連接出現鬆動時，或圍巖膨脹使鬆緊度測試錨杆的鬆緊度發生變化時，墊板與螺母之間的鬆緊度會發生改變，即可以通過檢測墊板與螺母之間的鬆緊度變化情況來反映鬆緊度測試錨杆以及整個錨固結構的鬆緊變化程度。本實用新型提供的鬆緊度測試錨杆通過在墊板的第二墊板面設置第一壓電傳感器，以及在螺母的外壁設置第二壓電傳感器，將墊板與螺母之間的作用力變化轉換成電信號的變化。通常採用的應變測量法、錨杆測力計測量法等，在錨杆鬆緊度變化較小的情況下，應變與軸力的變化往往並不明顯，採用通常採用的應變測量法、錨杆測力計測量法等精確度和準確度均很低，甚至檢測不到變化。本實用新型通過將墊板與螺母之間的鬆緊度變化轉換成電信號的變化，大大提高了測量精確度、準確度與靈敏度，而墊板與螺母之間的鬆緊度變化即可間接反映鬆緊度測試錨杆整體及錨固結構整體鬆緊度的變化。本實用新型採用將第一壓電傳感器容置於第二墊板面的容置槽，提高了第一壓電傳感器對墊板的形變及鬆緊度的變化情況的感應靈敏度，提高了第一壓電傳感器與第二壓電傳感器反映墊板與螺母之間鬆緊度變化的靈敏度，進而有利於反映鬆緊度測試錨杆及整個錨固結構的鬆緊度變化情況及鬆緊變化程度。操作簡單、靈敏度高。

本實用新型提供的測力系統能夠準確測量鬆緊度測試錨杆的墊板與螺母之間的鬆緊度變化，間接反映出鬆緊度測試錨杆局部以及整體的鬆緊度變化情況，進而反映出整個錨固結構的鬆緊變化程度；靈敏度高、操作簡便，簡單實用。

截至目前，國內外對錨杆施做後螺母與墊板間的鬆緊度測試尚未見有，尤其是將壓電陶瓷傳感器布設到螺母和墊板上來監測錨杆的鬆緊度更是未有先例。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，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實用新型的某些實施例，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為本實用新型實施例1所提供的鬆緊度測試錨杆的示意圖；

圖2為圖1中的A區域的局部放大圖；

圖3為本實用新型實施例2所提供的鬆緊度測試錨杆的示意圖；

圖4為本實用新型實施例3所提供的鬆緊度測試測力系統的示意圖。

圖標：100-鬆緊度測試錨杆；200-鬆緊度測試錨杆；110-杆體； 120-墊板；121-第一墊板面；122-第二墊板面；122a-容置槽；123-凹部；124-凸部；130-螺母；140-第一壓電傳感器；150-第二壓電傳感器；160-填充粘結物；220-墊板；300-鬆緊度測試系統；310-數據線； 320-數據採集裝置。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型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實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型中的實施例，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，都屬於本實用新型保護的範圍。

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。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「平」、「內」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，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。

此外，術語「平行」等並不表示要求部件絕對平行，而是可以稍微傾斜。如「平行」僅僅是指其方向相對「垂直」而言更加平行，並不是表示該結構一定要完全平行，而是可以稍微傾斜。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「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實用新型中的具體含義。

實施例1

請參照圖1和圖2，本實施例提供一種測試鬆緊程度的鬆緊度測試錨杆100。鬆緊度測試錨杆100包括杆體110、墊板120、螺母130 和壓電傳感器，壓電傳感器包括第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150。

具體地，墊板120具有用於抵接圍巖的第一墊板面121和相對第一墊板面121設置的第二墊板面122，杆體110貫穿第一墊板面121 和第二墊板面122。杆體110設有與螺母130配合的外螺紋，螺母130 與杆體110通過螺紋可拆卸連接。第二墊板面122凹設有容置槽122a，容置槽122a容置有第一壓電傳感器140，螺母130的外壁設置有第二壓電傳感器150。

在利用鬆緊度測試錨杆100進行支護作業時，當鬆緊度測試錨杆 100安裝完成，墊板120的第一墊板面121與圍巖抵接，杆體110貫穿墊板120並嵌設於圍巖。杆體110的遠離圍巖一端則通過螺紋與螺母130可拆卸連接，螺母130與墊板120抵接。

正常情況下，鬆緊度測試錨杆100與圍巖是緊密連接的，螺母 130與墊板120之間的鬆緊度也是基本穩定的。當鬆緊度測試錨杆100 與圍巖的連接出現鬆動時，或圍巖膨脹使鬆緊度測試錨杆100的鬆緊度變化時，墊板120與螺母130之間的鬆緊度就會發生改變，即可以通過檢測墊板120與螺母130之間的鬆緊度變化情況來反映鬆緊度測試錨杆100的鬆緊變化程度。鬆緊度測試錨杆100的第一壓電傳感器 140與第二壓電傳感器150可將墊板120與螺母130之間的鬆緊度變化轉換成電信號的變化。通過檢測縫隙電信號變化即可得出墊板120 與螺母130之間的鬆緊變化程度變化。

進一步地，在本實施例中，墊板120的第一墊板面121與第二墊板面122平行，且第一墊板面121大致中心位置具有凹部123，凹部 123由第一墊板面121朝第二墊板面122所在的一側凹陷。凹部123 呈大致的類半球蓋形，使墊板120呈大致的「碗形」。杆體110貫穿凹部123。

墊板120呈「碗形」，「碗形」結構的墊板120的加固效果明顯，使得錨固結構的抗拉能力更強，且在應力作用下位移量較小，將第一壓電傳感器140設置於第二墊板面122，能夠使第一壓電傳感器140 對墊板120鬆緊度的變化更加靈敏。

進一步地，在本實施例中，墊板120的第二墊板面122的大致中心位置具有凸部124，凸部124的凸起方向與凹部123的凹陷方向相同，凸部124也呈大致的類半球蓋形。凸部124與凹部123軸線重合設置。杆體110貫穿凸部124與凹部123。

墊板120的凸部124與凹部123有利於墊板120的安裝，且凸部 124與凹部123有利於將杆體110受的力傳導至墊板120以及第一壓電傳感器140，提高了第一壓電傳感器140對鬆緊度測試錨杆100整體的鬆緊度變化的靈敏度。

進一步地，在本實施例中，容置槽122a凹設於第二墊板面122，且容置槽122a與凸部124間隔設置。

由於第一壓電傳感器140容置於容置槽122a，加上第一墊板面 121與第二墊板面122相對平行設置，第一墊板面121與圍巖相抵，使得第一壓電傳感器140對墊板120的鬆緊度變化的感應靈敏度更高、更直接。

另一方面，容置槽122a凹設於第二墊板面122，使得容置槽122a 的開設和加工簡便易行。

進一步地，在本實施例中，第二壓電傳感器150設於螺母130 的外壁。

由於螺母130通過螺紋與杆體110可拆卸連接，且螺母130與墊板120相抵。螺母130可直接傳遞杆體110的鬆緊度變化情況以及墊板120與螺母130之間鬆緊度的變化情況，第二壓電傳感器150則可以靈敏地檢測到杆體110的鬆緊度變化情況以及墊板120與螺母130 之間鬆緊度的變化情況。

進一步地，在本實施例中，容置槽122a的槽腔略大於第一壓電傳感器140。此結構可以儘可能減小容置槽122a與第一壓電傳感器 140之間的間隙，保證墊板120的鬆緊度變化或形變變化能準確及時地傳遞至第一壓電傳感器140。

進一步地，在本實施例中，容置槽122a還容置有用於填充第一壓電傳感器140與容置槽122a之間的間隙的填充粘結物160。填充粘結物160對第一壓電傳感器140具有粘接於保護作用。

進一步地，沿垂直於第二墊板面122的方向，第一壓電傳感器 140與墊板120之間通過填充粘結物160粘接，有利於將墊板120的垂直於第二墊板面122的方向的應變或鬆緊度變化準確及時地傳遞至第一壓電傳感器140；防止由於第一壓電傳感器140與墊板120存在間隙而導致應變或鬆緊度變化的傳遞失真。提高了第一壓電傳感器140對墊板120的垂直於第二墊板面122的方向的應變或鬆緊度變化情況的靈敏度。

進一步地，沿平行於第二墊板面122的方向，填充粘結物160 填充了第一壓電傳感器140與容置槽122a之間的間隙，第一壓電傳感器140與容置槽122a的內壁通過填充粘結物160間接連接，填充粘結物160有利於將沿平行於第二墊板面122的方向的鬆緊度或形變變化從墊板120傳遞至第一壓電傳感器140，提高該鬆緊度或形變變化情況的傳遞效率及準確性，進而提高第一壓電傳感器140對墊板 120的形變或鬆緊度變化的靈敏度。

進一步地，在本實施例當中，第二壓電傳感器150由填充粘結物 160粘連於螺母130的外壁。此結構同樣有利於將螺母130的沿其徑向或軸向的鬆緊度或形變準確及時傳遞至第二壓電傳感器150，提高了第二壓電傳感器150對螺母130的鬆緊度和形變的變化情況的靈敏度。

進一步地，填充粘結物160選用熱膨脹係數較小的材料，否則當填充粘結物160自身的熱膨脹或熱冷縮而使得填充粘結物160的體積發生變化，會直接牽引或擠壓第一壓電傳感器140和/或第二壓電傳感器150而產生電信號變化，此時即使鬆緊度測試錨杆100的局部或整體鬆緊度均未改變，也會檢測到電信號的變化，即產生了誤測。為了防止該誤測的發生，填充粘結物160應選用熱膨脹係數較小的材料。

需要說明的是，在本實用新型的其他實施例中，容置槽122a還可以凹設於凸部124或凹部123。

需要說明的是，在本實用新型的又一些實施例中，容置槽122a 還可以是多個，多個容置槽122a凹設於第二墊板面122且均與凸部 124間隔設置，多個容置槽122a沿凸部124的周向設置且多個容置槽122a之間均勻間隔設置。每個容置槽122a中均容置有第一壓電傳感器140，第一壓電傳感器140由填充粘結物160粘連於容置槽122a。

在本實用新型的再一些實施例中，第二壓電傳感器150也可以是多個，多個第二壓電傳感器150均沿螺母130的周向由填充粘結物 160粘接於螺母130的外壁，多個第二壓電傳感器150之間均勻間隔設置。

多個均勻間隔設置的第一壓電傳感器140和/或第二壓電傳感器 150均有利於增強壓電傳感器對墊板120的鬆緊度或發生的形變以及螺母130的鬆緊度或發生的形變的感應靈敏度，同時也有利於提高對鬆緊度或形變的變化情況的感應的全面性，可以避免由於壓電傳感器的分布密度較低而可能出現的局部鬆緊度或形變變化檢測不到的情況，進一步提高了壓電傳感器對應變或鬆緊度變化的靈敏度。

進一步地，在本實施例中，第一壓電傳感器140與第二壓電傳感器150均為壓電陶瓷傳感器。

進一步地，在本實施例中，填充粘結物160可以是樹脂或釉。

鬆緊度測試錨杆100的工作原理是：通過設置第一壓電傳感器 140與第二壓電傳感器150，利用第一壓電傳感器140直接感應並檢測墊板120的形變或鬆緊度變化情況，利用第二壓電傳感器150直接檢測並感應螺母130的形變或鬆緊度變化情況，進而可以間接反映墊板120與螺母130之間的鬆緊度的變化情況，並得出墊板120與螺母 130之間的連接鬆緊情況，間接得出鬆緊度測試錨杆100整體的受力情況以及整個錨固結構的鬆緊變化程度。可收集由於鬆緊度或形變變化引起的電信號變化數據，通過信號分析方法，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，從而監測鬆緊度測試錨杆100的墊板120與螺母130的鬆緊變化程度。

綜上所述，本實用新型提供的鬆緊度測試錨杆100可以通過檢測墊板120與螺母130的鬆緊變化程度，發映出鬆緊度測試錨杆100 的杆體110以及鬆緊度測試錨杆100整體的鬆緊度變化情況，進而得出整個錨固結構的鬆緊度情況及鬆緊變化程度。鬆緊度測試錨杆100 能夠準確反映出鬆緊度測試錨杆100整體的鬆緊度情況，進而反映出整個錨固結構的鬆緊變化程度，且操作簡便，靈敏度高。

實施例2

本實施例提供一種鬆緊度測試錨杆200，與實施例1不同的是：鬆緊度測試錨杆200的墊板220呈平板狀，如圖3所示。

墊板220包括相對且平行設置的第一墊板面121與第二墊板面122，杆體110貫穿第一墊板面121與第二墊板面122，容置槽122a 凹設於第二墊板面122，容置槽122a沿杆體110的周向設置。

墊板220由於是平板狀，可以及時準確地將垂直於第一墊板面 121的方向的鬆緊度或形變變化情況傳遞至第一壓電傳感器140。

鬆緊度測試錨杆200的工作原理是：通過收集由於鬆緊度或形變變化引起的電信號變化數據，通過信號分析方法，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，從而監測鬆緊度測試錨杆100的墊板120與螺母130的鬆緊變化程度，發映出鬆緊度測試錨杆200的杆體110以及鬆緊度測試錨杆200整體的鬆緊度變化情況，進而得出整個錨固結構的鬆緊度情況及鬆緊變化程度。鬆緊度測試錨杆200能夠準確反映出鬆緊度測試錨杆200整體的鬆緊度情況，進而反映出整個錨固結構的鬆緊變化程度，且操作簡便，靈敏度高。

實施例3

本實施例提供一種鬆緊度測試系統300，鬆緊度測試系統300可以包括鬆緊度測試錨杆100或鬆緊度測試錨杆200。

請參閱圖4，在本實施例中，鬆緊度測試系統300包括鬆緊度測試錨杆100，鬆緊度測試系統300還包括數據線310和數據採集裝置 320，第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150均通過數據線310 與數據採集裝置320連接。

第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150屬於同一個電信號迴路，當鬆緊度測試錨杆100或鬆緊度測試錨杆200的形變或鬆緊度狀態發生改變時，第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150可將該形變或鬆緊度狀態的變化轉換成電信號的變化，數據採集裝置320則可採集電信號的變化數據。通過對這些數據的分析，例如標定、小波包分析、小波分析、快速傅立葉變換或時間反演等，可以對數據做定量分析，從而得出鬆緊度測試錨杆100或鬆緊度測試錨杆200的形變或鬆緊度狀態的變化情況，有利於作出對鬆緊度測試錨杆100、鬆緊度測試錨杆200或整個錨固結構的鬆緊度以及鬆緊變化程度的判斷。

鬆緊度測試系統300的工作原理是：通過第一壓電傳感器140 和第二壓電傳感器150將形變或鬆緊度的變化情況轉化成電信號的變化，再通過數據採集裝置320收集數據，並對數據進行一系列分析，從而得出鬆緊度測試錨杆100、鬆緊度測試錨杆200或整個錨固結構的鬆緊度以及鬆緊變化程度。

綜上所述，本實用新型提供的鬆緊度測試系統300夠準確測量鬆緊度測試錨杆100或鬆緊度測試錨杆200的杆體110以及鬆緊度測試錨杆100或鬆緊度測試錨杆200整體的鬆緊度情況，進而反映整個錨固結構的鬆緊變化程度；靈敏度高、操作簡便，簡單實用。

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