一種錨桿測力裝置、錨桿及錨桿拉力測量方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種銷桿測力裝置、銷桿及銷桿拉力測量方法。
【背景技術】
[0002]在傳統(tǒng)的巖土防護工程中，錨桿的受力監(jiān)測常采用電傳感器或光纖光柵傳感器，電傳感器或光纖光柵傳感器粘貼在錨桿上，由于錨桿較長，無法在實驗室進行拉伸測試和標定測試，且錨桿常常埋設在惡劣環(huán)境中，對傳感器的性能要求很高，電傳感器在長期監(jiān)測中存在著抗干擾能力差，容易被腐蝕，穩(wěn)定性不好等缺陷，導致測量精度差，且不能串聯使用，大大增加了施工的復雜程度，給現場的安裝和監(jiān)測帶來很大不便；光纖光柵傳感器有耐腐蝕，抗電磁干擾，可串接使用等優(yōu)點，但是現有的測力結構測量精度不高。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種體積小、抗干擾能力強、耐腐蝕、穩(wěn)定性好、測量精度高的錨桿測力裝置、錨桿及錨桿拉力測量方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種錨桿測力裝置，包括測力彈性體，該測力彈性體的兩端設有與錨桿固接的連接結構；所述錨桿的中軸線與所述測力彈性體的中軸線重合；所述測力彈性體上開設有凹槽；所述凹槽底面貼合有第一光纖光柵傳感器。
[0005]所述凹槽內設有在所述凹槽內懸空的第二光纖光柵傳感器；所述第一光纖傳感器和第二光纖傳感器串聯成光纖光柵。第二光纖光柵傳感器可以作為第一光纖光柵傳感器的溫度補償傳感器，消除環(huán)境溫度對測量結果的影響，提高測量精度。
[0006]所述測力彈性體為圓柱體結構，且所述圓柱體結構表面設有平面。所述凹槽上設有用于封裝所述光纖光柵的蓋板，保護光纖光柵。蓋板固定在所述平面上。方便蓋板的制作和安裝。
[0007]為了進一步提高測量精度，所述凹槽的底面過所述測力彈性體的中軸線，且與平面平行，即凹槽底面處于測力彈性體彎曲時的中性層上，測力彈性體彎曲時，凹槽底面無應變產生，避免了可能出現的彎曲應力對光纖光柵傳感器波長漂移的影響，僅測量錨桿的軸向拉力，使測量結果更精確。
[0008]所述蓋板上開設有通孔，所述光纖光柵的尾纖自所述通孔伸出；所述通孔截面為L形；所述光纖光柵的尾纖上套有保護管。方便光纖光柵與外部信號分析儀連接，同時更好地保護光纖光柵。
[0009]所述測力彈性體兩端均開設有多個連接孔，方便與錨桿連接。
[0010]相應地，本發(fā)明還提供了一種錨桿，該錨桿包括兩段；該兩段分別固接到測力彈性體的兩端；且該兩段的中軸線與所述測力彈性體的中軸線重合；所述測力彈性體上開設有凹槽；所述凹槽底面貼合有第一光纖光柵傳感器。
[0011]本發(fā)明還提供了一種錨桿拉力測量方法，該方法主要實現過程為:錨桿所受拉力傳遞到測力彈性體上后，通過拉伸測試標定測力彈性體，確定第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量與所受拉力的對應關系，通過溫度測試標定得出第一光纖光柵傳感器FBG1和第二光柵傳感器FBG2的溫度靈敏度比值K，將第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量減去K倍的第二光柵傳感器FBG2的波長變化量，剔除溫度變化引起的FBG1的波長變化量，即得出了由錨桿所受拉力引起的第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量，然后由第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量與所受拉力的對應關系，得出銷桿的拉力。
[0012]與現有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明的測力裝置可以在室內制作，制作方便，體積小，還可以在實驗室進行拉伸測試和標定測試；其中一個光纖光柵傳感器貼于凹槽底部，且與測力彈性體上的平面平行，即凹槽底面處于測力彈性體彎曲時的中性層上，避免了可能出現的彎曲應力對光纖光柵傳感器波長漂移的影響，僅測量錨桿的軸向拉力，使測量結果更精確，自由懸掛的光纖光柵傳感器作為溫度補償傳感器，與粘貼在凹槽底面的光纖光柵傳感器采集的數據對照，可以進一步提高測量精度；錨桿與彈性體之間通過螺桿連接，連接簡便，可以在工廠加工好以后直接在現場連接，方便快捷；本發(fā)明的測力裝置抗干擾能力強，耐腐蝕，穩(wěn)定性好，適用于巖土防護工程的監(jiān)測系統(tǒng)；本發(fā)明的測力方法容易實現，測量結果準確。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明結構示意圖；
圖2為本發(fā)明剖視圖；
圖3為本發(fā)明蓋板結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1和圖2所示，本發(fā)明一實施例包括兩端各與一段錨桿3通過連接結構固定連接的測力彈性體1 ;所述測力彈性體1上開設有凹槽7 ;所述凹槽7內設有由兩個光纖光柵傳感器串聯而成的光纖光柵9，其中一個光纖光柵傳感器12固定于所述凹槽7底部，另外一個光纖光柵傳感器13在所述凹槽7內懸空；測力彈性體1為圓柱體結構，且所述圓柱體結構表面設有平面10 ;凹槽7的底面過所述測力彈性體1的中軸線，且與平面10平行。
[0015]凹槽7上設有用于封裝所述光纖光柵9的蓋板2 ;所述蓋板2固定在所述平面10上；如圖3，蓋板2上開設有通孔6，所述光纖光柵9的尾纖自所述通孔6伸出，通孔6截面為L形，光纖光柵9的尾纖上套有保護管。
[0016]連接結構包括開設在測力彈性體1端部的多個連接孔4，相應的，本發(fā)明的錨桿包括兩段；每段上均開設有多個孔11 ;每段錨桿上的孔11與測力彈性體1對應一端的連接孔4通過螺桿連接。
[0017]錨桿3的拉力傳遞到測力彈性體1上后，拉力轉化為測力彈性體1的應變并作用于凹槽7底部的光纖光柵傳感器FBG1，FBG1受到應變作用后，反射波長會發(fā)生變化，而另外一個光纖光柵傳感器FBG2懸空，所以不會受到拉力作用，把它作為FBG1的溫度補償傳感器。事先在實驗室通過拉伸測試標定測力彈性體1(即:測量彈性體在拉力F作用下的應變=(拉力F)/ (測力彈性體的橫截面積*測量彈性體的楊氏模量))，確定FBG1的波長變化量與所受拉力的對應關系(拉伸測試標定一般使用拉伸機，把測力彈性體放在拉伸機上面，對測力彈性體施加拉力，同時，用儀表記錄不同拉力值作用下的光柵波長變化量，將拉力一一波長變化量做出對應曲線圖，即得到拉力和波長變化量的對應關系)，通過溫度測試標定得出FBG1和FBG2的溫度靈敏度比值K，在現場就可以通過外界光纖光柵波長解調器監(jiān)測FBG1和FBG2的波長變化，然后將FBG1的波長變化量減去K倍的FBG2的波長變化量，剔除溫度變化引起的FBG1的波長變化量，就得出了由錨桿拉力引起的FBG1的波長變化量，然后再由拉伸測試標定得出的FBG1的波長變化量和拉力的對應關系，得出錨桿所受的拉力。
【主權項】
1.一種錨桿測力裝置，其特征在于，包括測力彈性體(1)，該測力彈性體(1)的兩端設有與錨桿(3)固接的連接結構；所述錨桿(3)的中軸線與所述測力彈性體(1)的中軸線重合；所述測力彈性體(1)上開設有凹槽(7);所述凹槽(7)底面貼合有第一光纖光柵傳感器(12)。2.根據權利要求1所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述凹槽(7)內設有在所述凹槽(7)內懸空的第二光纖光柵傳感器(13);所述第一光纖傳感器和第二光纖傳感器串聯成光纖光柵(9 )。3.根據權利要求2所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述測力彈性體(1)為圓柱體結構，且所述圓柱體結構表面設有平面(10)。4.根據權利要求3所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述凹槽(7)的底面過所述測力彈性體(1)的中軸線，且與所述平面(10)平行。5.根據權利要求2所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述凹槽(7)上設有用于封裝所述光纖光柵(9 )的蓋板(2 )，所述蓋板(2 )固定在所述平面(10 )上。6.根據權利要求4所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述蓋板(2)上開設有通孔(6)，所述光纖光柵(9 )的尾纖自所述通孔(6 )伸出。7.根據權利要求6所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述光纖光柵(9)的尾纖上套有保護管。8.根據權利要求1所述的錨桿測力裝置，其特征在于，所述連接結構包括開設在所述測力彈性體(1)端部的多個連接孔(4 )。9.一種錨桿，其特征在于，該錨桿包括兩段；該兩段分別固接到測力彈性體(1)的兩端；且該兩段的中軸線與所述測力彈性體(1)的中軸線重合；所述測力彈性體(1)上開設有凹槽(7);所述凹槽(7)底面貼合有第一光纖光柵傳感器(12)。10.一種錨桿拉力測量方法，其特征在于，該方法主要實現過程為:錨桿(3)所受拉力傳遞到測力彈性體(1)上后，通過拉伸測試標定測力彈性體(1 )，確定第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量與所受拉力的對應關系，通過溫度測試標定得出第一光纖光柵傳感器FBG1和第二光柵傳感器FBG2的溫度靈敏度比值K，將第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量減去K倍的第二光柵傳感器FBG2的波長變化量，剔除溫度變化引起的FBG1的波長變化量，即得出了由錨桿所受拉力引起的第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量，然后由第一光纖光柵傳感器FBG1的波長變化量與所受拉力的對應關系，得出錨桿的拉力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錨桿測力裝置、錨桿及錨桿拉力測量方法，測力裝置包括測力彈性體，該測力彈性體的兩端設有與錨桿固接的連接結構；所述錨桿的中軸線與所述測力彈性體的中軸線重合；所述測力彈性體上開設有凹槽；所述凹槽底面貼合有第一光纖光柵傳感器。本發(fā)明的測力裝置可以抗電磁干擾，耐腐蝕，適用于巖土防護工程的監(jiān)測系統(tǒng)。
【IPC分類】G01L1/24
【公開號】CN105403339
【申請?zhí)枴緾N201510930170
【發(fā)明人】付建軍, 郭永興, 蔣武軍, 曹智, 李鵬
【申請人】中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月15日