[发明专利]一种单向力监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单向力监测装置及监测方法，属于传感技术领域。

背景技术

工程中大量存在许多需要监测或显示单向力的场合，例如重要场合的螺栓紧固力，岩土工程中的锚杆或者锚索轴力。能够及时、准确的显示这些力对于工程设施的安全具有十分重要的意义。传统的单向力监测装置分两类，一种使用电源，如应变片式，利用锚杆的应变来检测锚杆的应力，但由于需要电源，安全管理复杂。另一类不需要电源，有液压式、压感纸式,液压式是由液压压力盒和压力表组成，通过观察压力表的值来显示载荷，但其结构复杂，制造维护成本高，体积大，不宜大规模使用；压感纸式是通过压痕的长度来判断轴向力，但是周向分布的压感纸颜色长度不一，很难辨别。

因此，需要一种低成本、高可靠性、无需电源、适合大规模安装使用的监测装置，通过大规模安装该装置，可以实现人人均能检测工程设施安全，大大提高工程设施的安全性能。

中国专利CN203452813U公开了一种通过观察高强弹簧的位移来判断轴向力的方案，但是由于位移太小，直接通过肉眼观察变形量来判断锚杆的轴向力非常困难。中国专利201410468086.0公开了一种通过观察条纹图像来判断轴向力的方案，由于条纹的宽度受限，该方法适合近距离观察。

发明内容

本发明旨在提供一种单向力监测装置及监测方法，提出了一种由显示装置与均载机构组成的单向力监测装置，通过显示装置将均载机构产生的均匀压力转化为不同的颜色，通过观察显示装置的不同颜色来判断单向力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种单向力监测装置，该装置包括壳体，壳体为阶梯环状结构，壳体内侧外缘为凸起，壳体包括上壳体和下壳体，上、下壳体为上下对称设置，壳体的两个阶梯环形成凹槽，上、下壳体扣合而成的腔室内部设有承载体，承载体为内部空心的圆筒结构，上、下壳体与承载体之间分别设有弹性垫，承载反光层、变色环，位于上、下壳体之间，变色环为内部空心的圆筒结构，偏振片设置在变色环的外侧；

壳体通过其中间的孔与导向柱配合从而固定在导向柱上并能上下相对移动，壳体内侧上方的凸起与锚杆或螺栓接触，导向柱为圆筒状，套在锚杆或螺栓外侧的中部。

上述装置中，所述弹性垫为内部空心的圆柱结构，弹性垫与承载体接触端通过密封环进行密封。

上述装置中，所述壳体采用不锈钢材料；弹性垫采用弹性材料，如聚氨酯、橡胶、硅胶；承载体根据变形量选择弹性材料；如尼龙、酚醛树脂。

上述装置中，所述变色环选用环氧树脂或聚碳酸酯材料，变色环具有双折射效应，由偏振片、反光层和变色环的共同作用产生。

本发明提供了上述单向力监测装置的监测方法，包括以下步骤：

将监测装置安装于螺母和固定件之间，锚杆或螺栓的外侧，当用螺母拧紧后，锚杆或螺栓受拉力，整个装置受到压力，压力作用于上、下壳体上，再传导到弹性垫上，从而均匀地传递到承载体上，承载体受到上、下的压力，在此压力载荷下，产生沿径向膨胀，导致变色环产生周向拉应力，从而显示出不同的颜色。

上述方案中，当有不同的螺栓或锚杆力导致不同的应力，变色环则显示不同的颜色，从而实现力的颜色指示；不同规格的螺栓或锚杆配不同的显色装置(显色装置是指反光层和变色环)，以螺栓或锚杆破断力为100％，破断力与颜色之间的对应关系如下：

破断力0％，无色；

破断力0～20％，从无色渐变成淡黄色；

破断力20～30％，从淡黄色渐变成深黄色；

破断力30～40％，从深黄色渐变成紫红色；

破断力40～50％，从紫红色渐变成蓝色；

破断力50～70％，从蓝色渐变成白色；

破断力70～80％，从白色渐变成金黄色；

破断力80～100％，从金黄色渐变成粉红色。

本发明的有益效果：

通过本发明的实施，实现锚杆力原位变色显示，即传感器颜色可根据锚杆力的大小而发生改变，不同的锚杆力对应不同的颜色，再加上传感器中具有增强反光效果，可以通过头灯或其他光源实现远距离高效观测，这样，利用该传感器能够对整个锚固工程海量布点监测，无需维护管理，无需专人点检，人人均可成为安全员，对锚杆支护工程的施工质量管理和安全生产具有十分重要的意义。