[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

说明书

本发明公开了一种利用逐层变色原理监测单向力的装置及方法，该装置包括承载体、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；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。本发明无需电源供电，方便巷道安全管理；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。

技术领域

本发明涉及一种利用逐层变色原理监测单向力的装置及方法，主要应用于矿山、地下工程等巷道、隧道中需要使用锚索或锚杆锚固的领域。

背景技术

工程中存在许多需要监测或显示单向力的场合，以岩土工程中的锚索支护为例，锚索的轴向力即是一种单向力。但由于施工条件恶劣及锚索工作状态复杂，导致对锚索轴力监测受限，从而引发冒顶等安全事故，已经造成了巨大的经济损失和人员伤亡。在锚索支护巷道的服务年限内，及时准确地对锚索支护质量进行检测，对锚索支护工程的正常维护和矿井安全生产具有十分重要的意义。

传统的单向力监测装置主要分为两类。一种需要使用电源，如中国专利CN104913818A公开了一种利用压力传感器、位移传感器和监测仪表来监测锚索锚杆变形并进行声光报警的方法；中国专利CN204572068U公开一种由测力环、垫圈和警示器组成的锚索锚杆支护力监测预警装置。然而，这类监测装置需要电源且存在电线的层设和维护，不仅提高了使用成本，而且给巷道的管理带来极大的安全隐患。

另一类不需要电源，如中国专利CN105675201A公开了一种由显示机构和均载装置组成，通过均载装置均匀压力并将之转化为不同颜色由显示机构输出的单向力监测装置；中国专利CN105547541A公开了一种由上下壳体、均载机构、显示机构组成，通过显示装置显示不同颜色来指示单向力的装置；中国专利CN104198097A公开了一种由弹性结构和显示装置组成、通过显示装置将弹性体的变形输出为不同黑白色条纹来指示单向力的装置；中国专利CN106092395A公开了一种由承载装置和显示机构组成，利用显示机构光学膜在不同力下显示不同颜色的特性来指示单向力的装置；中国专利CN106679855A公开了一种由承载机构、液控阀组和显示机构组成，通过液体混合变色监测单向力的装置。矿井漆黑环境下人的视觉感官较为敏感，故以上装置采用颜色作为力的输出变量具有很大的优越性；然而，共同存在诸如结构复杂、制造成本高等，个别存在不易分辨等问题，极大地限制了它们在实际工程中的推广及应用。

因此，需要一种结构简单、低成本、易分辨、无需电源、适合大规模安装使用的监测装置。

发明内容

本发明旨在提供一种利用逐层变色原理监测单向力的装置及方法，该装置通过有色弹性体的逐层弹出、逐层变色来监测单向力。

本发明的监测装置安装于两个受压体之间，力经上下两端的受压体传至监测装置的承载体上，使得承载体被压缩而产生周向膨胀，该膨胀量使监测装置周向层设的储带装置所包围的周长也同步膨胀，从而使弹性体趋向于绷直，直至绷紧。故当承载体的膨胀量达到某个定值时，弹性体绷紧，由于弹性体接头强度低，弹性体接头强度破断，从而因自身弹性弹出。承载体外表面及弹性体外表面上均粘贴或喷涂有不同颜色的反光层，因此弹性体在弹出前后监测装置的颜色不一，如此当力到达某个值时，弹性体向外弹出，监测装置的颜色发生改变，从而通过颜色变化实现力的指示。