[实用新型]高温高寒LVDT测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于室内岩石测试领域，特别涉及高温高寒LVDT测量装置。

背景技术

高温高寒灾害成为地下隧道和边坡工程的一种常见灾害。随着工程建设和人类固定的需要，大量深埋隧道将穿越地质构造复杂、新构造运动和地热、低温低压环境活跃的区域。通常地壳中的温度高达1000℃，而地球表面最寒冷地方的温度低达-90℃。所以，深埋硬岩隧道将受到高温的影响，高原边坡和隧道进出口又受到高寒作用，这将导致测量仪器由于环境的影响存在误差。如日本的安防公路隧道，最大埋深700m，地温75℃；中国云南大理到瑞丽铁路的高黎贡山隧道，最大主应力为15～28MPa，最高温度高达50℃；中国青海的大坂山隧道海拔3490m，冬令期长达228d，极端最低气温为-34℃；昆仑山隧道海拔4600m，最低气温为-36℃。另外，无论是室内试验还是现场监测，仪器都将长期处于高温高寒环境中，因此本专利更侧重长期稳定条件下岩石位移测量的精确性。

目前在国内岩石力学室内试验中，除电阻应变片外的轴向变形测试方法，基本未采用如线性可变差动变压器(LVDT)测量等其他测试方法。而电阻应变片的测试方法极易受温度变化影响，在高温高寒环境中根本无法消除温度的影响。美国材料与试验协会在室内试验标准方法中建议使用电阻应变计，或LVDT传感器等位移测量装置，规定了轴向变形测量传感器的精度和采集仪的分辨率的要求，但未规定或或者建议如何消除轴向LVDT传感器受环境影响带来的误差的方法。如果简单采用LVDT传感器在高温高寒环境中测量岩石变形，则易造成较大误差。而目前国内测试方法几乎没有涉及到测量仪器在高温高寒环境中误差分析及消除方法，如专利号201310172397.8公开的一种岩样轴向变形测量方法，主要是消除系统变形和接触面效应；专利号201420145413.4公开的LVDT式位移传感器及汽车载重测量系统，仅仅是采用防尘罩来保证传感器不受灰尘干扰。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种测试精度、结果可靠的在室内试验测量岩石试样的装置。

具体的技术方案为：

高温高寒LVDT测量装置，包括附加装置和LVDT传感器；

所述的附加装置，包括弹簧、杆芯、活动底板、活动顶板、上半部空箱、下半部空箱。活动底板位于上半部空箱、下半部空箱之间，活动顶板在上半部空箱顶部；所述弹簧垂直安装在上半部空箱内，弹簧上下端分别固定在活动顶板和活动底板上；所述杆芯垂直固定在下半部空箱内，杆芯上端固定在活动底板，下端连接在下半部空箱箱底固定装置内，固定装置有消除杆芯的位移空间；

所述的LVDT传感器，包括外管、固定杆、感应芯、内管、测量头；外管顶部有测量头，测量头上有隔温罩；外管和内管之间填充有隔温材料；内管底部固定在外管的底部，顶部固定有弹簧压缩回弹装置，内管的内壁上有感应线圈，感应线圈的中心有感应芯；感应芯通过弹簧压缩回弹装置与固定杆连接，固定杆安装在外管内，固定杆另一端连接测量头；感应线圈通过出线端盖与外部设备连接；外管外壁有上部固定支架和下部固定支架；

所述的LVDT传感器垂直安装在下半部空箱内，测量头和活动底板的下表面无压力接触。

高温高寒LVDT测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)测量头在弹簧的压力和活动底板的带动下移动，固定杆和感应芯同时沿轴线移动，从而改变感应线圈之间的互感量，感应芯的位移量就变成了感应线圈的实时差动电压信号从出线端盖中的线缆输出；测量附加装置的杆芯在室温和特定温度下压缩位移ε₁、ε₂，计算出此特定温度导致的感应线圈误差；

(2)通过上部固定支架和下部固定支架将LVDT传感器安装在被测岩石试样上，使岩石试样处于同特定温度环境中，测量岩样的位移ε₃；

(3)计算岩样的绝对位移ε₄＝ε₃+(ε₁-ε₂)。

本实用新型提供的高温高寒LVDT测量装置及测量方法，在通用的室内试验仪器上应用，包括MTS、三轴仪、流变仪等，测试误差可以提升到1％之内，测试精度高，结果可靠，该方法具有可行性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型LVDT传感器结构示意图；

图3为本实用新型LVDT传感器工作原理示意图。

具体实施方式