[发明专利]一种利用逐层变色原理监测单向力的装置及方法

权利要求书

1.一种利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：包括承载体、储带装置、弹性体和反光层，所述承载体安装在球垫与锚具的中间；承载体为圆筒形，圆筒端部设为锥台形，锥台外圈设有储带装置，储带装置为齿圈形，储带装置的内孔套在锥台外侧，储带装置从里到外侧依次设有第一反光层、弹性体一、第二反光层、弹性体二、第三反光层、......弹性体N，第（N+1）反光层；第一反光层、弹性体一、第二反光层、弹性体二、第三反光层、......弹性体N，第（N+1）反光层的上、 下端分别设有上卡圈、下卡圈，且弹性体一、弹性体二、......弹性体N的长度为依次减小，所有的弹性体及反光层的多余部分储存在储带装置的齿槽内。

2.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述反光层为反光布或反光涂层，所述反光布分别粘贴在其内侧的储带装置、弹性体一、弹性体二......弹性体N的外壁上；所述反光涂层分别喷涂在其内侧的储带装置、弹性体一、弹性体二......弹性体N的外壁上。

3.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述承载体的材质为Q235钢、45#钢、铜合金、铝合金中的一种。

4.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述承载体为锥台形，从中间到两端，截面面积逐步减小，实现在轴向力增加过程中，塑形变形从两端开始。

5.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述储带装置为中心设有孔、外圈为规则梅花齿形的结构，梅花齿的齿槽用于储存弹性体。

6.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述弹性体的材质为不锈钢或塑料；弹性体为钢带绕制成环形，在其搭接接头处的连接强度远低于弹性体的破断强度，在变形过程中，当弹性体绷紧后则从接头处断开；弹性体的接头采用粘结或采用点焊连接。

7.根据权利要求1所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：所述反光层的材质为高亮晶格反光膜或反光漆；每个反光层显示的颜色不同，以使监测装置能显示不同状态的受力情况。

8.一种利用逐层变色原理监测单向力的方法，采用权利要求1~7任一项所述的利用逐层变色原理监测单向力的装置，其特征在于：当岩体变形时，锚索受轴向拉力，该拉力经托盘、球垫传至监测装置，使得监测装置上下两端均承受压力；在锚索所受轴向力逐渐增大的过程中，承载体的周向膨胀量也在逐渐增大，储带装置的包围的周长也在逐步增加，与之同步的是弹性体一和弹性体二逐步趋向于绷直直至绷紧，然后在弹性体接头处断裂，导致弹性体弹开；弹性体摊开后，监测装置发生变色，每一种颜色对应锚索的某一受力状态。

9.根据权利要求8所述的利用逐层变色原理监测单向力的方法，其特征在于：以储带装置外侧依次设有第一反光层、弹性体一、第二反光层、弹性体二、第三反光层为例，当锚索在不受力或受力不足时，监测装置所示为弹性体二外表面粘贴或喷涂或喷涂的第三反光层的颜色，此为监测装置第一个状态，也即锚索受力第一个状态；当锚索所受轴向力到达某个值时，弹性体二绷紧，弹性体二接头发生破断而弹出，监测装置发生第一次变色，显示颜色为弹性体一外表面粘贴或喷涂第二反光层的颜色，此为监测装置第二个状态，也即锚索受力第二个状态；当锚索所受轴向力逐渐增大至另一个值时，弹性体一绷紧，弹性体一接头发生破断而弹出，监测装置发生第二次变色，最后显示颜色为储带装置外表面粘贴或喷涂第一反光层的颜色，此为监测装置第三个状态，也即锚索受力第三个状态；

如此监测装置则通过逐层变色实现了单向力的监测。

10.根据权利要求8所述的利用逐层变色原理监测单向力的方法，其特征在于：

当力为0~F₁时，监测装置显示第三反光层的颜色；

当力到达F₁时，弹性体二弹开，监测装置显示第二反光层的颜色；

当力到达F₂时，弹性体一弹开，监测装置显示第一反光层的颜色；

所述F₁为锚索预紧力，F₂为锚索屈服力。