[发明专利]一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法有效

专利信息
申请号: 201711273043.7 申请日: 2017-12-06
公开(公告)号: CN108007619B 公开(公告)日: 2019-08-27
发明(设计)人: 郝兵元;刘中熙;章嘉康;李志宏;冯国瑞;马俊生;康立勋 申请(专利权)人: 太原理工大学
主分类号: G01L1/24 分类号: G01L1/24
代理公司: 太原倍智知识产权代理事务所(普通合伙) 14111 代理人: 戎文华
地址: 030024 山西*** 国省代码: 山西;14
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摘要:
搜索关键词: 一种 利用 光纤 光栅 测量 侧向 方法
【说明书】:

一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法是利用包括锚杆、锚杆锚固剂、光纤光栅、垫板、光缆、锚杆锁紧装置、光缆、解调仪构成的测量锚杆,并利用光纤光栅对所述测量锚杆的侧向受力进行测量。本发明采用光纤光栅准确测得了锚杆所受切向力的大小方向位置,解决了现有测力锚杆仅能测量锚杆所受轴向力,提高了受力锚杆测量精度的可靠性,为更好地了解锚杆在钻孔中的受力情况,研究锚杆在岩层中的受力情况提供基础数据。

技术领域

本发明涉及一种锚杆侧向受力检测方法,具体而言,是一种利用光纤光栅传感器对锚杆侧向受力的测力方法。

背景技术

光纤光栅简称FBG,FBG传感器是20世纪90年代传感领域较好的发明创造,它是以FBG为核心器件而产生的传感器产品,而FBG又是一种光纤无源器件,具有可靠性好、测量精度高、能够进行实时监测、抗电磁干扰以及抗雷击等特点。因此,在石油行业、矿业及建筑结构安全监测等领域,主要利用光纤光栅传感器替代老式的电信号传感器,在测力锚杆的领域,光纤光栅传感器得到了广泛的应用。

公开号为CN 203097917 U,公开了名称为“一种测力锚杆”,该发明采用沿锚杆开两个对称的槽且各个槽内等距布置了六个应变片,且用外壳对应变片进行了保护,用于对受力锚杆进行测力,但这种电阻应变片稳定性不够,易受外界环境影响而变形,特别是地矿环境恶劣的情况下,测量不准确,可靠性不高。

公开号为CN 106677812[1]A,公开了名称为“一种光纤光栅测力锚杆”,该发明采用了光纤光栅传感器来测量锚杆的受力状况,其构成是将光纤光栅传感器设置于固定锚杆的垫板上,根据垫板受到的挤压力来测量锚杆受到的拉拔力,该测力锚杆应用光纤光栅传感器对受力锚杆进行测力,提高了传感器的稳定性,但是采用传感器数量少且设置在垫板上,无法准确测量锚杆所受力的情况。

公开号为CN 202690096 U,公开了名称为一种“光纤光栅测力锚杆”,该发明将一对光纤光栅传感器设置于锚杆两侧,但设置数量少,结构简单,除了锚杆轴向应变情况外无法获得锚杆弯曲的受力情况。

上述采用现有监测锚杆结构对锚杆实现受力检测有一定的不足,因此寻求一种更加完善的检测锚杆结构具有重要的实用价值。

发明内容

基于上述现有对锚杆受力状况进行检测结构的不足,本发明提供一种利用光纤光栅传感器测量锚杆受力的方法。

本发明的具体测量方法的技术方案如下。

一种利用光纤光栅测量锚杆侧向受力的方法,其特征在于:所述方法是利用包括锚杆、锚杆锚固剂、光纤光栅、垫板、光缆、锚杆锁紧装置、光缆、解调仪构成的测量锚杆,并利用光纤光栅对所述测量锚杆的侧向受力进行测量;

所述测量锚杆是锚杆沿表面轴向截面互成120°加工三个凹槽,分别在每个凹槽中设置一光纤光栅串,每根光纤光栅串上等距对应设置有五个光纤光栅,每根光纤上对应光栅均在锚杆的同一截面上,且每根光纤与解调仪相连,然后用锚杆锚固剂、垫板及锁紧装置将光纤光栅固定在凹槽中,构成受力测量锚杆;所述受力测量锚杆的测量方法是按下列步骤进行的:

1)将所述受力测量锚杆置入岩层内,当受力测量锚杆受到切向力或者轴向拉力时,锚杆发生变形,设置在锚杆凹槽中的光栅发生变化,其栅距发生变化导致中心波长变化;

2)通过光纤将光信号传输到解调仪,通过解调仪将信号进行解调分析,即获得相应光纤光栅位置锚杆的应变情况;

3)获得锚杆所受轴向力时,锚杆受到轴向拉伸,即获得设置于锚杆上的光纤光栅所在位置的应变情况,后分别将每个光纤光栅所获得应变情况取均值的一锚杆上一点的应变,得截面应力然后根据公式,即得锚杆所受轴向力F,其中:E是锚杆材质的弹性模量,S是锚杆的横截面面积;

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