本發(fā)明涉及錨固技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種松緊度測試錨桿及松緊度測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

錨桿支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在洞室周圍形成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)洞室穩(wěn)定的目的。錨桿支護(hù)屬于一種積極防御的支護(hù)方法，其具有支護(hù)效果優(yōu)良、用料省、施工簡單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快等優(yōu)點，近年來廣泛應(yīng)用于地下工程支護(hù)領(lǐng)域，對于降低成本和減少事故發(fā)揮了重要作用。

壓電陶瓷傳感技術(shù)是隨著壓電陶瓷的發(fā)展而出現(xiàn)的嶄新的傳感技術(shù)，其中壓電電圈可以施加各種保護(hù)形式(如金屬保護(hù)、大理石保護(hù)、混凝土保護(hù)等)，壓電陶瓷能將微弱的機(jī)械振動轉(zhuǎn)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(lǐng)域中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：在錨桿施做后，受應(yīng)力松弛、圍巖位移等各種因素的影響，螺母與墊板間的松緊度將發(fā)生變化，而錨桿松緊度變化特征與桿體的力學(xué)性態(tài)息息相關(guān)，因此，監(jiān)測錨桿松緊程度于施工、設(shè)計等方面具有重要意義。

目前尚未有對錨桿施做后螺母與墊板間的松緊度測試的相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種松緊度測試錨桿，其能夠準(zhǔn)確反映出自身局部以及整體的受力變化情況，進(jìn)而反映出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度，且操作簡便、靈敏度高。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種松緊度測試系統(tǒng)，其能夠準(zhǔn)確測量其局部以及整體的受力變化情況，進(jìn)而反映整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度；靈敏度高、操作簡便、簡單實用。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種松緊度測試錨桿，包括桿體、墊板、螺母和壓電傳感器，墊板具有用于抵接圍巖的第一墊板面和相對第一墊板面設(shè)置的第二墊板面，桿體貫穿第一墊板面和第二墊板面；桿體設(shè)有與螺母配合的外螺紋，螺母與桿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(shè)有容置槽，容置槽容置有第一壓電傳感器，螺母的外壁設(shè)置有第二壓電傳感器。其能夠準(zhǔn)確反映出自身局部以及整體的受力變化情況，進(jìn)而反映出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度，且操作簡便、靈敏度高。

一種松緊度測試系統(tǒng)，包括上述的松緊度測試錨桿，測力系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)采集裝置，第一壓電傳感器和第二壓電傳感器均通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集裝置連接。其能夠準(zhǔn)確測量松緊度測試錨桿局部以及整體的受力變化情況，進(jìn)而反映整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度；靈敏度高、操作簡便、簡單實用。

本發(fā)明實施例的有益效果是：本發(fā)明提供的松緊度測試錨桿具有桿體、墊板和螺母。在松緊度測試錨桿安裝完成的情況下，墊板的第一墊板面與圍巖抵接，桿體貫穿墊板并嵌設(shè)于圍巖，桿體的遠(yuǎn)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(fā)明人發(fā)現(xiàn)：正常情況下，松緊度測試錨桿與圍巖是緊密連接的，螺母與墊板之間的松緊度也是基本穩(wěn)定的；當(dāng)松緊度測試錨桿與圍巖的連接出現(xiàn)松動時，或圍巖膨脹使松緊度測試錨桿的松緊度發(fā)生變化時，墊板與螺母之間的松緊度會發(fā)生改變，即可以通過檢測墊板與螺母之間的松緊度變化情況來反映松緊度測試錨桿以及整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度。本發(fā)明提供的松緊度測試錨桿通過在墊板的第二墊板面設(shè)置第一壓電傳感器，以及在螺母的外壁設(shè)置第二壓電傳感器，將墊板與螺母之間的作用力變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化。通常采用的應(yīng)變測量法、錨桿測力計測量法等，在錨桿松緊度變化較小的情況下，應(yīng)變與軸力的變化往往并不明顯，采用通常采用的應(yīng)變測量法、錨桿測力計測量法等精確度和準(zhǔn)確度均很低，甚至檢測不到變化。本發(fā)明通過將墊板與螺母之間的松緊度變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，大大提高了測量精確度、準(zhǔn)確度與靈敏度，而墊板與螺母之間的松緊度變化即可間接反映松緊度測試錨桿整體及錨固結(jié)構(gòu)整體松緊度的變化。本發(fā)明采用將第一壓電傳感器容置于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松緊度的變化情況的感應(yīng)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松緊度變化的靈敏度，進(jìn)而有利于反映松緊度測試錨桿及整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊度變化情況及松緊變化程度。操作簡單、靈敏度高。

本發(fā)明提供的測力系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測量松緊度測試錨桿的墊板與螺母之間的松緊度變化，間接反映出松緊度測試錨桿局部以及整體的松緊度變化情況，進(jìn)而反映出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度；靈敏度高、操作簡便，簡單實用。

截至目前，國內(nèi)外對錨桿施做后螺母與墊板間的松緊度測試尚未見有，尤其是將壓電陶瓷傳感器布設(shè)到螺母和墊板上來監(jiān)測錨桿的松緊度更是未有先例。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)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(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例1所提供的松緊度測試錨桿的示意圖；

圖2為圖1中的A區(qū)域的局部放大圖；

圖3為本發(fā)明實施例2所提供的松緊度測試錨桿的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例3所提供的松緊度測試測力系統(tǒng)的示意圖。

圖標(biāo)：100-松緊度測試錨桿；200-松緊度測試錨桿；110-桿體；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(jié)物；220-墊板；300-松緊度測試系統(tǒng)；310-數(shù)據(jù)線；320-數(shù)據(jù)采集裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)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(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)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，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“平”、“內(nèi)”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，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(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術(shù)語“平行”等并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，并不是表示該結(jié)構(gòu)一定要完全平行，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例1

請參照圖1和圖2，本實施例提供一種測試松緊程度的松緊度測試錨桿100。松緊度測試錨桿100包括桿體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具有用于抵接圍巖的第一墊板面121和相對第一墊板面121設(shè)置的第二墊板面122，桿體110貫穿第一墊板面121和第二墊板面122。桿體110設(shè)有與螺母130配合的外螺紋，螺母130與桿體110通過螺紋可拆卸連接。第二墊板面122凹設(shè)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(shè)置有第二壓電傳感器150。

在利用松緊度測試錨桿100進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時，當(dāng)松緊度測試錨桿100安裝完成，墊板120的第一墊板面121與圍巖抵接，桿體110貫穿墊板120并嵌設(shè)于圍巖。桿體110的遠(yuǎn)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，松緊度測試錨桿100與圍巖是緊密連接的，螺母130與墊板120之間的松緊度也是基本穩(wěn)定的。當(dāng)松緊度測試錨桿100與圍巖的連接出現(xiàn)松動時，或圍巖膨脹使松緊度測試錨桿100的松緊度變化時，墊板120與螺母130之間的松緊度就會發(fā)生改變，即可以通過檢測墊板120與螺母130之間的松緊度變化情況來反映松緊度測試錨桿100的松緊變化程度。松緊度測試錨桿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之間的松緊度變化轉(zhuǎn)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之間的松緊變化程度變化。

進(jìn)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(cè)凹陷。凹部123呈大致的類半球蓋形，使墊板120呈大致的“碗形”。桿體110貫穿凹部123。

墊板120呈“碗形”，“碗形”結(jié)構(gòu)的墊板120的加固效果明顯，使得錨固結(jié)構(gòu)的抗拉能力更強(qiáng)，且在應(yīng)力作用下位移量較小，將第一壓電傳感器140設(shè)置于第二墊板面122，能夠使第一壓電傳感器140對墊板120松緊度的變化更加靈敏。

進(jìn)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(shè)置。桿體110貫穿凸部124與凹部123。

墊板120的凸部124與凹部123有利于墊板120的安裝，且凸部124與凹部123有利于將桿體110受的力傳導(dǎo)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對松緊度測試錨桿100整體的松緊度變化的靈敏度。

進(jìn)一步地，在本實施例中，容置槽122a凹設(shè)于第二墊板面122，且容置槽122a與凸部124間隔設(shè)置。

由于第一壓電傳感器140容置于容置槽122a，加上第一墊板面121與第二墊板面122相對平行設(shè)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的松緊度變化的感應(yīng)靈敏度更高、更直接。

另一方面，容置槽122a凹設(shè)于第二墊板面122，使得容置槽122a的開設(shè)和加工簡便易行。

進(jìn)一步地，在本實施例中，第二壓電傳感器150設(shè)于螺母130的外壁。

由于螺母130通過螺紋與桿體110可拆卸連接，且螺母130與墊板120相抵。螺母130可直接傳遞桿體110的松緊度變化情況以及墊板120與螺母130之間松緊度的變化情況，第二壓電傳感器150則可以靈敏地檢測到桿體110的松緊度變化情況以及墊板120與螺母130之間松緊度的變化情況。

進(jìn)一步地，在本實施例中，容置槽122a的槽腔略大于第一壓電傳感器140。此結(jié)構(gòu)可以盡可能減小容置槽122a與第一壓電傳感器140之間的間隙，保證墊板120的松緊度變化或形變變化能準(zhǔn)確及時地傳遞至第一壓電傳感器140。

進(jìn)一步地，在本實施例中，容置槽122a還容置有用于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(jié)物160。填充粘結(jié)物160對第一壓電傳感器140具有粘接于保護(hù)作用。

進(jìn)一步地，沿垂直于第二墊板面122的方向，第一壓電傳感器140與墊板120之間通過填充粘結(jié)物160粘接，有利于將墊板120的垂直于第二墊板面122的方向的應(yīng)變或松緊度變化準(zhǔn)確及時地傳遞至第一壓電傳感器140；防止由于第一壓電傳感器140與墊板120存在間隙而導(dǎo)致應(yīng)變或松緊度變化的傳遞失真。提高了第一壓電傳感器140對墊板120的垂直于第二墊板面122的方向的應(yīng)變或松緊度變化情況的靈敏度。

進(jìn)一步地，沿平行于第二墊板面122的方向，填充粘結(jié)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(nèi)壁通過填充粘結(jié)物160間接連接，填充粘結(jié)物160有利于將沿平行于第二墊板面122的方向的松緊度或形變變化從墊板120傳遞至第一壓電傳感器140，提高該松緊度或形變變化情況的傳遞效率及準(zhǔn)確性，進(jìn)而提高第一壓電傳感器140對墊板120的形變或松緊度變化的靈敏度。

進(jìn)一步地，在本實施例當(dāng)中，第二壓電傳感器150由填充粘結(jié)物160粘連于螺母130的外壁。此結(jié)構(gòu)同樣有利于將螺母130的沿其徑向或軸向的松緊度或形變準(zhǔn)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的松緊度和形變的變化情況的靈敏度。

進(jìn)一步地，填充粘結(jié)物160選用熱膨脹系數(shù)較小的材料，否則當(dāng)填充粘結(jié)物160自身的熱膨脹或熱冷縮而使得填充粘結(jié)物160的體積發(fā)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(chǎn)生電信號變化，此時即使松緊度測試錨桿100的局部或整體松緊度均未改變，也會檢測到電信號的變化，即產(chǎn)生了誤測。為了防止該誤測的發(fā)生，填充粘結(jié)物160應(yīng)選用熱膨脹系數(shù)較小的材料。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施例中，容置槽122a還可以凹設(shè)于凸部124或凹部123。

需要說明的是，在本發(fā)明的又一些實施例中，容置槽122a還可以是多個，多個容置槽122a凹設(shè)于第二墊板面122且均與凸部124間隔設(shè)置，多個容置槽122a沿凸部124的周向設(shè)置且多個容置槽122a之間均勻間隔設(shè)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(jié)物160粘連于容置槽122a。

在本發(fā)明的再一些實施例中，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(jié)物160粘接于螺母130的外壁，多個第二壓電傳感器150之間均勻間隔設(shè)置。

多個均勻間隔設(shè)置的第一壓電傳感器140和/或第二壓電傳感器150均有利于增強(qiáng)壓電傳感器對墊板120的松緊度或發(fā)生的形變以及螺母130的松緊度或發(fā)生的形變的感應(yīng)靈敏度，同時也有利于提高對松緊度或形變的變化情況的感應(yīng)的全面性，可以避免由于壓電傳感器的分布密度較低而可能出現(xiàn)的局部松緊度或形變變化檢測不到的情況，進(jìn)一步提高了壓電傳感器對應(yīng)變或松緊度變化的靈敏度。

進(jìn)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(jìn)一步地，在本實施例中，填充粘結(jié)物160可以是樹脂或釉。

松緊度測試錨桿100的工作原理是：通過設(shè)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(yīng)并檢測墊板120的形變或松緊度變化情況，利用第二壓電傳感器150直接檢測并感應(yīng)螺母130的形變或松緊度變化情況，進(jìn)而可以間接反映墊板120與螺母130之間的松緊度的變化情況，并得出墊板120與螺母130之間的連接松緊情況，間接得出松緊度測試錨桿100整體的受力情況以及整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度?？墒占捎谒删o度或形變變化引起的電信號變化數(shù)據(jù)，通過信號分析方法，如小波包分析、小波分析、快速傅里葉變換、時間反演等，可以對信號做定量分析，從而監(jiān)測松緊度測試錨桿100的墊板120與螺母130的松緊變化程度。

綜上所述，本發(fā)明提供的松緊度測試錨桿100可以通過檢測墊板120與螺母130的松緊變化程度，發(fā)映出松緊度測試錨桿100的桿體110以及松緊度測試錨桿100整體的松緊度變化情況，進(jìn)而得出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊度情況及松緊變化程度。松緊度測試錨桿100能夠準(zhǔn)確反映出松緊度測試錨桿100整體的松緊度情況，進(jìn)而反映出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度，且操作簡便，靈敏度高。

實施例2

本實施例提供一種松緊度測試錨桿200，與實施例1不同的是：松緊度測試錨桿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(shè)置的第一墊板面121與第二墊板面122，桿體110貫穿第一墊板面121與第二墊板面122，容置槽122a凹設(shè)于第二墊板面122，容置槽122a沿桿體110的周向設(shè)置。

墊板220由于是平板狀，可以及時準(zhǔn)確地將垂直于第一墊板面121的方向的松緊度或形變變化情況傳遞至第一壓電傳感器140。

松緊度測試錨桿200的工作原理是：通過收集由于松緊度或形變變化引起的電信號變化數(shù)據(jù)，通過信號分析方法，如小波包分析、小波分析、快速傅里葉變換、時間反演等，可以對信號做定量分析，從而監(jiān)測松緊度測試錨桿100的墊板120與螺母130的松緊變化程度，發(fā)映出松緊度測試錨桿200的桿體110以及松緊度測試錨桿200整體的松緊度變化情況，進(jìn)而得出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊度情況及松緊變化程度。松緊度測試錨桿200能夠準(zhǔn)確反映出松緊度測試錨桿200整體的松緊度情況，進(jìn)而反映出整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度，且操作簡便，靈敏度高。

實施例3

本實施例提供一種松緊度測試系統(tǒng)300，松緊度測試系統(tǒng)300可以包括松緊度測試錨桿100或松緊度測試錨桿200。

請參閱圖4，在本實施例中，松緊度測試系統(tǒng)300包括松緊度測試錨桿100，松緊度測試系統(tǒng)300還包括數(shù)據(jù)線310和數(shù)據(jù)采集裝置320，第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150均通過數(shù)據(jù)線310與數(shù)據(jù)采集裝置320連接。

第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150屬于同一個電信號回路，當(dāng)松緊度測試錨桿100或松緊度測試錨桿200的形變或松緊度狀態(tài)發(fā)生改變時，第一壓電傳感器140和第二壓電傳感器150可將該形變或松緊度狀態(tài)的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化，數(shù)據(jù)采集裝置320則可采集電信號的變化數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，例如標(biāo)定、小波包分析、小波分析、快速傅里葉變換或時間反演等，可以對數(shù)據(jù)做定量分析，從而得出松緊度測試錨桿100或松緊度測試錨桿200的形變或松緊度狀態(tài)的變化情況，有利于作出對松緊度測試錨桿100、松緊度測試錨桿200或整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊度以及松緊變化程度的判斷。

松緊度測試系統(tǒng)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將形變或松緊度的變化情況轉(zhuǎn)化成電信號的變化，再通過數(shù)據(jù)采集裝置320收集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列分析，從而得出松緊度測試錨桿100、松緊度測試錨桿200或整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊度以及松緊變化程度。

綜上所述，本發(fā)明提供的松緊度測試系統(tǒng)300夠準(zhǔn)確測量松緊度測試錨桿100或松緊度測試錨桿200的桿體110以及松緊度測試錨桿100或松緊度測試錨桿200整體的松緊度情況，進(jìn)而反映整個錨固結(jié)構(gòu)的松緊變化程度；靈敏度高、操作簡便，簡單實用。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。