一種預應力錨索應力監測裝置的製作方法

2023-06-21 13:50:31

專利名稱：一種預應力錨索應力監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種錨索受力狀態監測裝置，尤其是涉及一種用於長期監測錨索應力的、基於光纖微彎傳感技術的預應力錨索應力監測裝置。
背景技術：
在礦山、建築、水利、交通等行業，已廣泛採用預應力錨索的錨固技術解決巖土的穩定問題。就是通過將高強度的鋼絲、鋼絞線以高應力的狀態固定於巖體中，提高巖體的穩固性，減小巖體的變形。保證了各個行業中相應工程的順利開展。傳統的錨索應力監測一般採用錨索測力計，將錨索測力計安裝在錨頭和錨墊板之間，監測錨索在使用中的受力狀態。但傳統的錨索測力計是基于振弦原理製成，對防潮、防腐蝕要求高，對溫度變化和振動敏感，抗電磁幹擾以及遠距離傳輸數據較差，特別是為了防止錨索與錨索測力計不垂直而帶來的誤差，需要在測力計中設置多個鋼弦，從而使其成本增加，安裝也趨於複雜。這些都造成了其長期穩定性差、壽命短等問題。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術中的不足，提供一種預應力錨索應力監測裝置，具有微彎光纖傳感技術的精度高、抗電磁幹擾、成本低的優點，且其光路是全封閉的具有良好的穩定性、大的動態範圍、長壽命及抗振動特性，其檢測設備可使用光纖通信領域最常見的光源-光功率計就可以，使該預應力錨索應力監測裝置的結構簡單、加工製作方便、成本低且安裝簡單、靈敏度高、使用效果好，並可應用於易燃易爆場所，減少安全事故的發生可能性，使用價值高，適應性強。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是:一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:包括錨索以及依次串接並套裝在錨索上的錨頭、傳感單元和錨墊板，所述錨墊板緊壓在巖體表面，所述傳感單兀包括殼體一和殼體二，所述殼體一與殼體二滑動配合，所述殼體二上設置有防止殼體二脫離殼體一的限位塊；所述殼體二內設置有光纖彎曲傳感單元和彈簧，所述光纖彎曲傳感單元和彈簧並聯設置並位於殼體一和殼體二相對兩面之間，所述光纖彎曲傳感單元通過光纜與測試單元連接；所述光纖彎曲傳感單元包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，所述多個變形齒一和多個變形齒二呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖穿過的曲線形通道，所述變形齒一和變形齒二對應布設在信號光纖的兩側；所述殼體二與光纖彎曲傳感單元之間安裝有移動板，所述螺栓穿過殼體二上的圓孔，所述螺栓上安裝有卡簧且通過卡簧使螺栓固定在殼體二的殼壁上，所述螺栓與移動板螺紋配合。上述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述殼體一內部的突出圓環上設置有密封圈一，所述殼體二的內部凸出圓環上設置有密封圈二。上述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述殼體二上設置有連接頭。上述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述彈簧為蝶形彈簧、蝶形彈簧的組合或具有彈性的金屬圓柱體。上述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。 本發明與現有技術相比具有以下優點:1、結構簡單、加工製作簡便、投入成本低且使用方式靈活、靈敏度高。2、通過採用基於光纖微彎傳感技術的監測裝置可以提高測試精度，並具有良好的抗電磁幹擾能力、耐腐蝕性，同時具有良好的抗震能力，適於實際工程環境條件。3、其全封閉的光路檢測系統，提高了光纖傳感單元的穩定性、可靠性，增加了力值傳感裝置的安全性，並適於應用在易燃易爆的場所。4、採用特種光纖可以大幅度的延長光纖傳感單元的使用壽命，如採用理論設計壽命200年的碳塗覆光纖，可以大大降低維護成本。5、採用金屬圓柱形彈簧、蝶形彈簧或蝶形彈簧的組合可以使本發明的傳感單元承受較大的壓力，並且僅需更換參數不同的彈簧就可以改變監測錨索力值的範圍，從而大幅度降低了成本，具有廣闊的應用前景。綜上所述，本發明結構簡單、設計合理、加工製作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、監測動態範圍大，實用價值高，並適於易燃易爆及腔電磁幹擾環境，防止事故的發生，具有廣闊的應用前景。下面通過附圖和實施例，對本發明做進一步的詳細描述。


圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為實施例1中傳感單元的內部結構示意圖。圖3為實施例1中光纖彎曲傳感單元的結構示意圖。圖4為實施例1中光纖彎曲傳感單元的橫截面結構示意圖。圖5為實施例2中曲線形測試通道的結構示意圖。圖6為實施例3中曲線形測試通道的結構示意圖。圖7為圖6中A處的局部放大結構示意圖。圖8為實施例4中曲線形測試通道的結構示意圖。圖9為圖8沿A-A剖面結構示意圖。圖10為本發明實施例5中的傳感單元內部的結構示意圖。附圖標記說明:1-光纜；2_殼體一 ；3_殼體二 ；4-1-變形齒一；4-2-變形齒二； 5-測試單元；6-光纖彎曲傳感單元；7-錨頭；8-傳感單元；9_錨墊板；10-錨索；11-巖體；12-連接頭；14-蝶形彈簧； 15-移動板；16-圓柱形彈簧；17-螺栓；18-限位塊；19-曲線型殼體；20-卡簧；21-密封圈一；22-密封圈二；33-信號光纖； 38-彈簧；
40-波紋管；42-管壁；36-柱體；37-縫隙。
具體實施例方式實施例1如圖1、2、3和4所示，一種預應力錨索應力監測裝置，包括錨索10以及依次串接並套裝在錨索10上的錨頭7、傳感單元8和錨墊板9，所述錨墊板9緊壓在巖體11表面，所述傳感單兀8包括殼體一 2和殼體二 3,所述殼體一 2與殼體二 3滑動配合,所述殼體二 3上設置有防止殼體二 3脫離殼體一 2的限位塊18 ;所述殼體二 3內設置有光纖彎曲傳感單兀6和彈簧16,所述光纖彎曲傳感單兀6和彈簧16並聯設置並位於殼體一 2和殼體二 3相對兩面之間，所述光纖彎曲傳感單元6通過光纜I與測試單元5連接；所述光纖彎曲傳感單元6包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2，所述多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖33穿過的曲線形通道，所述變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對應布設在信號光纖33的兩側；所述殼體二 3與光纖彎曲傳感單元6之間安裝有移動板15，所述螺栓17穿過殼體二 3上的圓孔，所述螺栓17上安裝有卡簧20且通過卡簧20使螺栓17固定在殼體二 3的殼壁上，所述螺栓17與移動板15螺紋配合。使用時，可用螺栓17可以改變移動板15的位置，使光纖彎曲傳感單元6處於最佳的監測狀態。本實施例中,所述殼體一 2內部的突出圓環上設置有密封圈一 21,所述殼體二 3的內部凸出圓環上設置有密封圈二 22。本實施例中，所述殼體二 3上設置有連接頭12。本實施例中，所述彈簧16為蝶形彈簧或具有彈性的金屬圓柱體。本實施例中，在所 述殼體二 3內腔中填充有阻水油膏。阻水油膏可防止水分子或其他雜質對信號光纖33的侵蝕，延長信號光纖33的使用壽命。本實施例中，所述的信號光纖33可採用碳塗覆光纖、聚亞醯胺塗覆光纖、金屬塗層信號光纖、細徑光纖等特種光纖。本實施例中，曲線形支架為曲線型殼體19，多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2對應布設在曲線形殼體19的內壁上，信號光纖33的通過固定在殼體二 3上的連接頭12與光纜I連接，光纜I與測試單元5連接。錨索10上應力通過錨頭7施加在傳感單元8上，傳感單元8內的圓柱形彈簧16承受錨索的應力負載，圓柱形彈簧16在應力下壓縮改變，導致傳感單元8內的殼體一 2和殼體二 3之間的距離改變，從而使布設於曲線形殼體19內的變形齒一 4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變，變形齒一 4-1與變形齒二 4-2齒間的距離改變導致夾持於兩者之間的信號光纖33的彎曲曲率變化，信號光纖33的彎曲曲率變化使傳輸於信號光纖33內的光信號功率變化，通過光纜I後測試單元5測得該變化信號並經計算得到曲線形殼體19的彎曲狀態，從而得到殼體一 2和殼體二 3之間移動的距離，並進一步可計算出錨索10上的應力的大小。實施例2
如圖5示，本實施例與實施例1不同的是:所述曲線形測試通道6中包含的曲線形支架為彈簧38，多個變形齒一 4-1和多個變形齒二 4-2對應布設在彈簧38中相鄰兩圈彈簧絲之間，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯布設。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例3如圖6和7所示，本實施例與實施例1不同的是:所述曲線形測試通道6中包含的曲線形支架為波紋管40，變形齒一 4-1和變形齒二 4-2對應布設在波紋管40的管壁42上內凹處的相對兩個側面上，且變形齒一 4-1和變形齒二 4-2相互交錯布設。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例4如圖8和9所示，本實施例與實施例1不同的是:所述曲線形支架10為柱體36，在柱體36的側壁上分布有縫隙37，在縫隙37的上下兩側布設有相互交錯對應的變形齒一4-1和變形齒二 4-2。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。實施例5如圖10所示，本實施例與實施例1不同的是:在殼體二 3中使用的彈簧是蝶形彈簧14的組合。本實施例中，其餘部分的結構、連接關係和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:包括錨索(10)以及依次串接並套裝在錨索(10)上的錨頭(7)、傳感單元(8)和錨墊板(9)，所述錨墊板(9)緊壓在巖體(11)表面，所述傳感單兀(8)包括殼體一(2)和殼體二(3),所述殼體一(2)與殼體二(3)滑動配合，所述殼體二(3)上設置有防止殼體二(3)脫離殼體一(2)的限位塊(18);所述殼體二(3)內設置有光纖彎曲傳感單元(6)和彈簧(16)，所述光纖彎曲傳感單元(6)和彈簧(16)並聯設置並位於殼體一(2)和殼體二(3)相對兩面之間，所述光纖彎曲傳感單元(6)通過光纜(I)與測試單元(5)連接；所述光纖彎曲傳感單元(6)包括曲線形支架以及連續布設在所述曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一(4-1)和多個變形齒二(4-2)，所述多個變形齒一(4-1)和多個變形齒二(4-2)呈交錯對應布設且二者的頭部之間形成供一個或多個信號光纖(33)穿過的曲線形通道，所述變形齒一(4-1)和變形齒二(4-2)對應布設在信號光纖(33)的兩側；所述殼體二(3)與光纖彎曲傳感單元(6)之間安裝有移動板(15)，所述螺栓(17)穿過殼體二(3)上的圓孔，所述螺栓(17)上安裝有卡簧(20)且通過卡簧(20)使螺栓(17)固定在殼體二(3)的殼壁上，所述螺栓(17)與移動板(15)螺紋配合。
2.根據權利要求1所述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述殼體一(2)內部的突出圓環上設置有密封圈一(21)，所述殼體二(3)的內部凸出圓環上設置有密封圈二 (22)。
3.根據權利要求1或2所述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述殼體二(3)上設置有連接頭(12)。
4.根據權利要求1或2所述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述彈簧(16)為蝶形彈簧、蝶形彈簧的組合或具有彈性的金屬圓柱體。
5.根據權利要求的I或2所述的一種預應力錨索應力監測裝置，其特徵在於:所述曲線形支架為曲線形殼體、彈簧、波紋管或柱體。
全文摘要
本發明公開了一種預應力錨索應力監測裝置，包括錨索以及依次串接並套裝在錨索上的錨頭、傳感單元和錨墊板，錨墊板緊壓在巖體表面，傳感單元包括殼體一和殼體二，殼體二上設有限位塊；殼體二內設有光纖彎曲傳感單元和彈簧，光纖彎曲傳感單元通過光纜與測試單元連接；光纖彎曲傳感單元包括曲線形支架以及連續布設在曲線形支架上相對兩側的多個變形齒一和多個變形齒二，變形齒一與變形齒二之間設置有信號光纖，殼體二與光纖彎曲傳感單元之間安裝有移動板，螺栓穿過殼體二上的圓孔，螺栓上安裝卡簧且通過卡簧使螺栓固定在殼體二的殼壁上。本發明結構設計合理、加工製作方便、成本低且使用方式靈活、靈敏度高、監測動態範圍大，實用價值高。
文檔編號G01L1/24GK103162880SQ20111044723
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司