[发明专利]光纤光栅测力锚杆及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测力系统，特别涉及一种用于矿山等岩土工程领域的光纤光栅测力锚杆及使用方法。

背景技术

锚杆广泛应用于煤巷支护、边坡加固、隧道支护等岩土工程领域，测量其在使用过程中受力对优化设计参数、改进施工技术等具有重要意义。目前锚杆的受力监测主要通过电阻应变式测力锚杆实现，如申请号为02255332.0的专利，公开了一种直读式测力锚杆，但测力锚杆采用统一规格的螺纹钢作为杆体，与工程中使用的锚杆在力学性质上有一定的差别，不能较为真实的反映工程中锚杆的受力情况，而且其使用的传感器的抗干扰能力不强、稳定性不高，并且灵敏度低、测量精度不高。光纤光栅传感技术是随着光纤光栅制作技术的发展而崛起的一种崭新的传感技术，其传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度等优点，并且耐高温、高压，安全可靠，具有广阔的应用前景。目前光纤光栅传感技术在锚杆测力方面尚未有应用先例。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、测量精度高、安全可靠的光纤光栅测力锚杆。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种光纤光栅测力锚杆，包括锚杆、光纤光栅应变传感器、光纤、测试接口、保护外壳、端盖、光纤光栅数据采集系统；所述光纤光栅应变传感器安装到锚杆两侧纵向凹槽中；所述测试接口安装在保护外壳内；所述保护外壳焊接于锚杆顶端；所述光纤光栅应变传感器通过光纤依次与测试接口和光纤光栅数据采集系统连接；所述端盖盖在保护外壳上。

锚杆选用实际工程中所使用的锚杆。

光纤光栅测力锚杆的使用方法为：首先，在测力系统应用的工程所使用锚杆的杆体两侧分别加工一条纵向凹槽，然后将光纤光栅应变传感器安装在纵向凹槽内，同时将保护外壳焊接在锚杆一端；在测力系统安装到锚杆上后，将锚杆安装到岩体的钻孔中并通过锚固剂固定在岩体中，测试接口与光纤光栅数据采集系统连接，然后通过数据采集系统监测得到施工过程中光纤光栅传感器的应变变化值，再根据实验室标定结果，最终得到锚杆在施工过程中的载荷大小变化。

本发明相比于现有技术具有以下优点：

（1）本发明安装简便，并且易于操作，可广泛应用于水利、交通、矿山等地下工程领域；

（2）本发明直接安装到实际工程中所使用的锚杆上，相比与传统测力锚杆单纯的使用螺纹钢作为杆体，其更符合工程实际，所测数据更能真实的反映工程中其它锚杆的受力情况；

（3）本发明应用光纤光栅应变传感器作为测量元件，相比于传统的锚杆测力技术，具有更高的测量精度，并且抗干扰能力强，所测数据的准确性高，在高温、高压等条件下亦能正常工作，可应用于环境恶劣的工程。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的使用示意图。

其中：1—锚杆；2—光纤光栅应变传感器；3—光纤；4—测试接口；5—保护外壳；6—端盖；7—光纤光栅数据采集系统；8—钻孔；9—锚固剂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1和图2中，一种光纤光栅测力锚杆，包括锚杆1、光纤光栅应变传感器2、光纤3、测试接口4、保护外壳5、端盖6、光纤光栅数据采集系统7；所述光纤光栅应变传感器2安装到锚杆1两侧纵向凹槽中；所述测试接口4安装在保护外壳内；光纤光栅应变传感器2通过光纤3依次与测试接口4和光纤光栅数据采集系统7连接；所述保护外壳5焊接于锚杆1顶端；所述端盖6盖在保护外壳5上。

本发明的使用方法为：首先，在测力系统应用的工程所使用锚杆1的杆体两侧分别加工一条纵向凹槽，然后将光纤光栅应变传感器2安装在纵向凹槽内，同时将保护外壳5焊接在锚杆1一端；在测力系统安装到锚杆1上后，将锚杆1安装到钻孔8中并通过锚固剂9固定在岩体中，测试接口4与光纤光栅数据采集系统7连接，然后通过数据采集系统7监测得到施工过程中光纤光栅传感器2的应变变化值，再根据实验室标定结果，最终得到锚杆1在施工过程中的载荷大小变化。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。