[实用新型]一种全钢化玻璃铸造的便利连接型光纤光栅锚杆应力计

说明书

本实用新型公开了一种全钢化玻璃铸造的便利连接型光纤光栅锚杆应力计，包括玻璃锚杆基体、光纤、第一光纤光栅、第二光纤光栅；所述光纤位于玻璃锚杆基体的内部中央位置，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅固定于光纤的不同位置，第一光纤光栅用于进行应力测量，第二光纤光栅用于进行温度补偿。本实用新型在不降低锚杆强度的情况下，采用耐腐蚀性更好的钢化玻璃材料，同时在铸造过程中，直接对光纤光栅进行全玻璃封装，解决了因粘结剂老化而造成光纤光栅锚杆应力计性能降低的问题。

技术领域

本实用新型属于岩土工程监测技术领域，涉及到光纤光栅传感技术，具体涉及一种全钢化玻璃铸造的便利连接型光纤光栅锚杆应力计。

背景技术

锚杆是用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件，常用于岩土工程。锚杆支护通过锚杆锚入软弱、松动、不稳定的岩体中，其一端与工程构筑物相连接，另一端深入地层中与深层稳固岩层紧密相连，将来自拉杆的力通过锚固体与周围岩土层间的摩擦阻力(或支撑抵抗力)传递给稳固的底层，从而维护围岩稳定以及保证施工安全。作为一种重要的支护方式，其具有结构简单、操作方便、经济有效等特点。但在长期的支护过程中，锚杆支护条件的改变导致围岩中锚杆的应力随之发生变化，致使锚杆受拉断裂而失效，从而造成严重的安全事故。因此需要对锚杆所受应力状态进行监测，从而对围岩的支护情况、稳定情况作出准确的判断。

现有技术中存在的主要问题和缺陷包括：

传统的锚杆应力监测方法是安装电阻应变片监测锚杆应力情况，或者通过声/电磁信号的反射差异判断锚杆应力状态。但在锚杆安装过程中，电阻应变片易受到损坏，且锚杆锚固段较长，应力分布极不均匀，需要粘贴多个电阻应变片进行测量，造成引出线路极多，不利于现场施工环境。声/电磁信号虽然可以做到无损测量，但信号易受环境干扰，所用设备价格昂贵，传输距离短，测量误差大，且难以进行实时监测。

光纤光栅应力传感器是一种以光信号为载体的新型传感器，在土木、岩土、隧道等工程中广泛应用，与传统的机械或电子传感技术相比，具有安全、耐腐蚀、高精度、抗电磁干扰、实时在线监测等优点。基于光纤光栅传感原理的锚杆应力测量装置受到不少研究者的关注，并成功应用于工程实践中，目前大多数研究工作所采用的方法是沿锚杆轴向在其表面开一定深度的凹槽或中心钻孔，用粘结剂(环氧树脂胶)将光纤光栅封装于凹槽(中心孔)中。然而，在现有的技术中，锚杆所采用的都是金属材料，而锚杆需要插入岩层深处，其内部复杂的土质环境会对锚杆产生一定的腐蚀，从而使其锚固性能降低，另外传感器安装过程中需要对锚杆进行开槽或钻孔，必然会对锚杆的抗拉强度产生影响。除此之外，在长期的锚杆支护期中，用于粘结光纤光栅的环氧树脂胶会发生老化，其性能降低，从而影响光纤光栅的应力测量。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种全钢化玻璃铸造的便利连接型光纤光栅锚杆应力计，在不降低锚杆强度的情况下，采用耐腐蚀性更好的钢化玻璃材料，同时在铸造过程中，直接对光纤光栅进行全玻璃封装，解决了因粘结剂老化而造成光纤光栅锚杆应力计性能降低的问题。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种全钢化玻璃铸造的便利连接型光纤光栅锚杆应力计，包括玻璃锚杆基体、光纤、第一光纤光栅、第二光纤光栅；所述光纤位于玻璃锚杆基体的内部中央位置，所述第一光纤光栅和第二光纤光栅固定于光纤的不同位置，第一光纤光栅用于进行应力测量，第二光纤光栅用于进行温度补偿。

进一步地，所述玻璃锚杆基体包括中心通孔、外伸圆柱、内圆筒、左挡凸台、右挡凸台；所述中心通孔贯通玻璃锚杆基体，中心通孔内封装光纤，其中，外伸圆柱处封装有第二光纤光栅，左挡凸台和右挡凸台之间的位置封装有第一光纤光栅；所述外伸圆柱的外径与内圆筒的内径相同、长度相等。前一个玻璃锚杆的外伸圆柱可与后一个锚杆的内圆筒进行过渡配合。该玻璃锚杆基体采用特制的模具铸造而成，在铸造过程中，同时实现了光纤的一体式封装。

优选地，所述光纤为二氧化硅玻璃光纤。