BR112018076738B1

BR112018076738B1 - Dispositivo de sensoreamento, parafuso de ancoragem, e, sistema

Info

Publication number: BR112018076738B1
Application number: BR112018076738-7A
Authority: BR
Inventors: Christer Gotmalm; Josef Robert Mankowski
Original assignee: Alert Technologies Inc
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2022-11-29
Also published as: JP2019518975A; WO2017219134A1; EP3472585A4; BR112018076738A2; AU2017280145A1; EP3472585A1; CN109642838B; CA3028482A1; CN109642838A; EA038628B1; JP7049334B2; CL2018003694A1; AU2017280145B2; ZA201808602B; EA201990065A1; US20200200007A1; MX2018016124A; US11131191B2

Abstract

Parafusos de rocha são tipicamente usados para prover suporte para formações rochosas e para manter a união da formação. Parafusos de rocha podem falhar por causa de inúmeros motivos. Falhas em parafusos de rocha podem causar sobrecarga ou perda de pré-carga no parafuso de rocha. Aspectos da descrição provêm um dispositivo de sensoreamento para um parafuso de rocha. O dispositivo de sensoreamento inclui um espaçador e pelo menos um sensor de carga. Cada dito pelo menos um sensor de carga inclui um respectivo elemento compressível resiliente que fica adjacente a uma respectiva extremidade do espaçador. O elemento compressível resiliente comprime responsivo a um respectivo limiar de carga. Cada sensor de carga provê respectiva saída de sensor dependendo se o respectivo elemento compressível resiliente está ou não comprimido. O dispositivo de sensoreamento gera saída do dispositivo indicando um estado do parafuso de rocha.

Description

PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório U.S. No. de Série 62/352.827, depositado em 21 de junho de 2016, cujo teor na íntegra está aqui incorporado pela referência.

CAMPO DA DESCRIÇÃO

[002] Aspectos da descrição se referem a dispositivos de sensoreamento para ancorar parafusos tais como parafuso de rochas. Mais particularmente, aspectos se referem a dispositivos de sensoreamento que sensoreiam perda de pré-carga e/ou sobrecarga de um parafuso de ancoragem. FUNDAMENTOS

[003] Parafusos de rocha são tipicamente usados para reforço de tuneis em formações rochosas, tais como minas, túneis de tráfego, barragens, pontes, etc. Parafusos de rocha podem prover suporte para formações rochosas e podem manter a união da formação quando trincas se formam. Se um parafuso de rocha falhar, a integridade estrutural de um túnel pode ser comprometida e acidentes fatais podem se seguir. Tipicamente, um parafuso de rocha pode ser pré-carregado com uma porção da carga total para a qual o parafuso de rocha é classificado. Por exemplo, um parafuso de rocha convencional pode ser pré-carregado até 80% de sua capacidade nominal de sustentação de carga.

[004] Parafusos de rocha podem falhar por causa de inúmeros motivos incluindo, mas não se limitando a: idade avançada; corrosão; sobrecarga; deslizamento ou deslocamento na rocha por causa de ancoragem deficiente ou ruptura do material de carga que circunda o parafuso; uma porca folgada ou perdida; espanamento da rosca; trincas ou deslocamento de rochas (por exemplo, por causa de uma operação de jateamento ou terremotos); instalação deficiente ou incompleta; variações de temperatura, etc. Se um parafuso de rocha perder sua pega em um furo, ele pode ficar solto e perder sua pré-carga. Tais reduções de carga abaixo do limiar de pré-carga podem fazer com que o parafuso de rocha não mantém devidamente a união da formação rochosa. O deslocamento pode, por exemplo, ser comum na face de uma galeria de mina (a extremidade da cabeça onde minério está sendo removido) quando jateamento da face da rocha é feito e vibrações e trincas propagam através da formação rochosa.

[005] Uma outra falha que pode ocorrer é sobrecarga. Se uma formação rochosa trincar ou deslocar, possivelmente em resposta a um evento sísmico, um parafuso de rocha pode ser sobrecarregado. O termo “sobrecarregado” neste contexto significa que a tensão no parafuso de rocha pode exceder uma tolerância máxima do parafuso de rocha, ou uma tolerância predeterminada ou limiar que é menor que a tolerância máxima do parafuso de rocha. Sobrecarga pode ocorrer quando a ancoragem na formação rochosa é boa, mas o acúmulo de rochas ou rochas maiores trincam e são interrompidas pela arruela embutida ou chapa de apoio dos parafusos de rocha (e possivelmente uma malha, se presente). Se as forças da massa de rocha em movimento ficarem muito altas, o parafuso deslocará ou ficará sobrecarregado, e pode quebrar ou cair com a rocha. Sobrecarga pode também ocorrer, por exemplo, em parafusos de rocha instalados em uma fundação de torre se vento contra a torre causar mais carga em uma ou mais partes da fundação.

[006] Dessa forma, pode ser desejável que cada parafuso de rocha seja constantemente monitorado quanto a defeitos ou falhas.

[007] Parafusos de rocha simples podem ser usados. Entretanto, uma operação típica mais comumente inclui um grande arranjo de parafusos de rocha. Por exemplo, centenas ou milhares de parafusos de rocha podem ser usados para suportar um túnel (por exemplo, um túnel de tráfego ou um poço de mina). Tais altos números de parafusos de rocha, combinados com o fato de que eles são frequentemente instalados em locais que são difíceis de acessar, torna inspeções periódicas regulares caras e demoradas.

[008] Métodos de monitoramento e inspeção convencionais podem exigir um parafuso de rocha preparado sob medida. Um parafuso sob medida típico pode ter uma câmara vazia alongada em seu interior que se estende substancialmente ao longo do comprimento do parafuso. Uma unidade de sensor cara e frágil incluindo fios, etc. pode ser permanentemente instalada dentro da câmara. A unidade de sensor pode si pode custar muito mais que um parafuso de rocha padrão. Esses instrumentos e sensores convencionais só podem permitir inspeção periódica e amostragem no local, por exemplo, por uma pessoa escalando e conectando uma ferramenta de inspeção ao parafuso de rocha.

[009] Um sensor de parafuso de rocha convencional pode ser destinado apenas a pesquisa e não para instalação e monitoramento em massa. Alguns arranjos de parafuso de rocha são cabeados para inspeção periódica ou contínua, mas isto pode se tornar muito caro em sistemas de monitoramento de sensor convencionais. Um sistema de sensor convencional pode exigir que um parafuso de rocha seja customizado ou modificado para que seja usado com o sensor. Tais sistemas podem ser caros e sujeitos a curtos-circuitos e disjunções (por exemplo, por causa de veículos pesados passando pelo túnel). Sensores convencionais podem ser facilmente danificados por movimentos físicos e/ou entrada de água. Sistemas de sensores de parafuso de rocha convencionais podem incluir um parafuso de rocha com um furo ao longo de seu comprimento e um extensômetro resistivo ou um fio de vibração no furo. Tais sensores tipicamente não impõem carga nos parafusos de rocha. O parafuso de rocha pode perder a ancoragem ou ser quebrado/corroído sem disparar o sensor. Dessa forma uma falha crítica pode não ser detectada.

[0010] Como uma alternativa aos fios do sensor serem alojados em uma câmara dentro do parafuso de rocha, um parafuso de rocha convencional pode ter um fio enrolado na periferia externa do parafuso de rocha ou um tubo metálico secundário com um sensor tipo fio de vibração nele. Tais fios podem ser expostos a argamassa ou epóxi que circunda o parafuso de rocha. A instalação do parafuso de rocha pode incluir girar o parafuso para misturar a argamassa ou epóxi, o que pode ser confuso. A argamassa ou epóxi pode também interferir no acesso às partes do sensor. Além disso, se um parafuso de rocha convencional incluir um extensômetro resistivo, ele tem que ficar dentro do furo na formação rochosa, que pode ser cheio com argamassa. Isto pode exigir fios compridos e conectores a um revestimento na parede para coleta de sinal e transmissão sem fio.

[0011] Sensores convencionais podem também ser inacessíveis uma vez que o parafuso de rocha seja instalado em um furo na formação, tanto por causa de o sensor estar dentro de uma câmara no parafuso de rocha, quanto estar dentro do furo e possivelmente coberto com argamassa ou epóxi.

SUMÁRIO

[0012] De acordo com um aspecto, é provido um dispositivo de sensoreamento para um parafuso de ancoragem, o dispositivo de sensoreamento compreendendo: um espaçador tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade, o espaçador definindo uma passagem através do mesmo da primeira extremidade para a segunda extremidade para passagem do parafuso de ancoragem; pelo menos um sensor de carga, cada dito pelo menos um sensor de carga compreendendo um respectivo elemento compressível resiliente posicionado em uma respectiva da primeira e segunda extremidades do espaçador, cada dito elemento compressível resiliente comprimento em resposta a um respectivo limiar de carga, e cada dito pelo menos um sensor de carga provendo respectiva saída de sensor dependendo se o respectivo elemento compressível resiliente é ou não comprimido; e meios de saída para gerar saída do dispositivo indicando um estado do parafuso de ancoragem em função da saída de sensor para cada dito pelo menos um sensor de carga.

[0013] Em algumas modalidades, para cada dito pelo menos um sensor de carga, o sensor de carga compreende adicionalmente um respectivo interruptor, cada dito interruptor compreendendo dois ou mais contatos eletricamente condutores posicionados de maneira tal que compressão do elemento compressível resiliente no respectivo limiar de carga move um dos dois contatos eletricamente condutores para fazer contato com pelo menos um outro dos contatos eletricamente condutores, por meio disto fechando o interruptor.

[0014] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente um alojamento de componentes eletrônicos, o alojamento se estendendo pelo menos parcialmente em torno da periferia do espaçador.

[0015] Em algumas modalidades, o alojamento é defletível e compreende, para cada pelo menos um sensor de carga, uma respectiva face externa que fica voltada para o elemento compressível resiliente, e, para cada dito pelo menos um sensor de carga: um primeiro dos dois contatos eletricamente condutores do respectivo interruptor é disposto dentro do alojamento adjacente à parede externa e oposto à face externa correspondente, e um segundo dos dois contatos eletricamente condutores é disposto entro do alojamento e espaçado dos primeiros contatos eletricamente condutores quando o elemento compressível resiliente é descomprimido; compressão do elemento compressível resiliente no respectivo limiar de carga faz com que o elemento compressível resiliente faça pressão contra e deflita a parede externa para dentro de maneira tal que o primeiro contato eletricamente condutor engate o segundo contato eletricamente condutor.

[0016] Em algumas modalidades, para cada dito sensor de carga, o primeiro contato eletricamente condutor compreende um anel eletricamente condutor.

[0017] Em algumas modalidades, o segundo contato eletricamente condutor compreende uma mola arqueada eletricamente condutora.

[0018] Em algumas modalidades, para cada dito sensor de carga, o elemento compressível resiliente compreende uma mola de disco definindo um furo através do mesmo para passagem do parafuso de ancoragem, o furo da mola de disco sendo alinhado com a passagem do espaçador.

[0019] Em algumas modalidades, pelo menos um sensor de carga compreende pelo menos um de: um sensor de pré-carga, em que o limiar de carga para o sensor de pré-carga é um limiar de pré-carga; e um sensor de sobrecarga, em que o limiar de carga para o sensor de sobrecarga é um limiar de sobrecarga.

[0020] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende o sensor de pré-carga, em que a saída do dispositivo indica que a pré-carga não é mantida se os dois contatos eletricamente condutores do sensor de pré-carga forem desengatados de maneira tal que o interruptor do sensor de pré-carga fique aberto.

[0021] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende o sensor de sobrecarga, em que a saída do dispositivo indica que o parafuso de ancoragem est sobrecarregado se os dois contatos eletricamente condutores do sensor de sobrecarga estiverem engatados de maneira tal que o interruptor do sensor de pré-carga fique fechado.

[0022] Em algumas modalidades, o limiar de sobrecarga é mais alto que o limiar de pré-carga.

[0023] Em algumas modalidades, quando o dispositivo de sensoreamento é afixado ao parafuso de ancoragem e o parafuso de ancoragem é instalado em uma formação, o dispositivo de sensoreamento é posicionado entre uma extremidade da cabeça do parafuso de ancoragem e a formação.

[0024] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente um alojamento de componentes eletrônicos, o alojamento se estendendo pelo menos parcialmente em torno da periferia do espaçador, em que, para cada dito pelo menos um sensor de carga, o respectivo contato elétrico se salienta a partir do alojamento de componentes eletrônicos e é posicionado de maneira tal que o respectivo elemento compressível resiliente engate o contato elétrico quando substancialmente comprimido.

[0025] Em algumas modalidades, os meios de saída compreendem um transmissor.

[0026] Em algumas modalidades, os meios de saída compreendem uma lâmpada e a saída do dispositivo compreende um indicador visual.

[0027] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente uma fonte de alimentação que potencializa o dispositivo de sensoreamento.

[0028] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente um extensômetro resistivo para medir carga no parafuso de ancoragem.

[0029] Em algumas modalidades, o alojamento de componentes eletrônicos é desafixável e substituível.

[0030] Em algumas modalidades, enquanto a pré-carga é mantida e o parafuso de ancoragem não é sobrecarregado, os meios de saída periodicamente transmitem um sinal indicando o estado do parafuso de ancoragem como a saída do dispositivo.

[0031] Em algumas modalidades, cada dito pelo menos um sensor é configurado para: extrair potência em uma respectiva condição de alerta; e não extrair potência em uma condição de não alerta.

[0032] Em algumas modalidades, pelo menos um sensor compreende um sensor de pré-carga e a condição de alerta para o sensor de pré-carga é uma perda de condição de pré-carga.

[0033] Em algumas modalidades, o elemento compressível resiliente do sensor de pré-carga sendo descomprimido indica a perda da condição de pré-carga.

[0034] Em algumas modalidades, pelo menos um sensor compreende um sensor de sobrecarga e a condição de alerta para o sensor de sobrecarga é uma condição de sobrecarga.

[0035] Em algumas modalidades, o elemento compressível resiliente do sensor de sobrecarga sendo comprimido indica a condição de sobrecarga.

[0036] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente um sensor que sensoreia pelo menos uma de vibrações e atividade sísmica.

[0037] Em algumas modalidades, o parafuso de ancoragem compreende um parafuso de rocha.

[0038] Em algumas modalidades, cada dito sensor de carga compreende um respectivo sensor de proximidade posicionado para disparar quando o elemento compressível resiliente correspondente do sensor de carga for comprimido.

[0039] De acordo com um outro aspecto, é provido um parafuso de ancoragem compreendendo o dispositivo de sensoreamento como descrito anteriormente ou a seguir.

[0040] De acordo com um outro aspecto, é provido um sistema compreendendo: uma pluralidade de parafusos de ancoragem; para cada da pluralidade de parafusos de ancoragem, um respectivo dispositivo de sensoreamento como descrito anteriormente ou a seguir; e um computador central que recebe a saída do dispositivo de cada dispositivo de sensoreamento.

[0041] Em algumas modalidades, o dispositivo compreende adicionalmente um cabo irradiante que provê potência sem fio aos dispositivos de sensoreamento.

[0042] Em algumas modalidades, os dispositivos de sensoreamento compreendem cada qual um respectivo transmissor sem fio e o cabo irradiante recebe sinais sem fio transmitidos pelos dispositivos de sensoreamento.

[0043] Em algumas modalidades, o cabo irradiante transporta os sinais recebidos para transmissão a computador central.

[0044] Em algumas modalidades, os dispositivos de sensoreamento compreendem cada qual um respectivo transmissor sem fio e transmitem sinais sem fio para recepção pelo computador central.

[0045] Outros aspectos e recursos da presente descrição ficarão aparentes, aos versados na técnica, mediante revisão da descrição seguinte das modalidades específicas da descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0046] Aspectos da descrição serão agora descritos em mais detalhe com referência aos diagramas anexos, em que: Figura 1 é uma ilustração de um sistema de parafuso de rocha de acordo com algumas modalidades; Figura 2 é uma vista parcialmente seccional transversal lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com uma modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 3 é um diagrama de blocos dos componentes eletrônicos do dispositivo de sensoreamento de Figura 2; Figura 4A é uma vista parcialmente seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento da Figura 2 em operação normal; Figura 48 é uma vista parcialmente seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento da Figura 2 em um estado sobrecarregado; Figura 5 é uma vista parcialmente seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento da Figura 2 em perda do estado de pré-carga; Figura 6 é um perfil seccional transversal de um parafuso de rocha de atrito de exemplo; Figura 7 é um perfil seccional transversal de um parafuso de rocha inflável de exemplo em um estado desinflado; Figura 8 é um perfil seccional transversal do parafuso de rocha inflável da Figura 7 em um estado inflado; Figura 9 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento e parafuso de rocha inflável de acordo com uma outra modalidade; Figura 10 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento e rocha inflável de acordo com ainda uma outra modalidade; Figura 11 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento e parafuso de rocha de atrito de acordo com uma outra modalidade; Figura 12 é uma vista lateral parcial de um parafuso de rocha inflável de acordo com uma outra modalidade; Figura 13 é uma vista lateral parcial de um parafuso de rocha inflável de acordo com uma outra modalidade; Figura 14 é uma vista seccional transversal lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com também uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 15 é uma outra vista seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento da Figura 14; Figura 16 é uma outra vista seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento das Figuras 14 e 15; Figura 17 é uma vista seccional transversal lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com ainda uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 18 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com também uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 19 é uma vista de extremidade de um alojamento de componentes eletrônicos e espaçador do dispositivo de sensoreamento da Figura 18; Figura 20 é uma vista parcialmente seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento da Figura 18; Figura 21 é uma vista em perspectiva do dispositivo de sensoreamento das Figuras 18 e 20; Figura 22 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 23 é uma vista de extremidade do alojamento de componentes eletrônicos e espaçador do dispositivo de sensoreamento da Figura 22; Figura 24 é uma vista seccional transversal lateral de um dispositivo de sensoreamento de acordo com uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha; Figura 25 é uma vista seccional transversal parcial lateral de um dispositivo de sensoreamento no parafuso de rocha de acordo com também uma outra modalidade; Figura 26A é uma vista seccional transversal parcial lateral de um dispositivo de sensoreamento no parafuso de rocha com uma cunha de acordo com ainda uma outra modalidade; Figura 26B é uma vista seccional transversal parcial lateral de um dispositivo de sensoreamento no parafuso de rocha de acordo com ainda uma outra modalidade; Figura 27A mostra uma vista lateral da cunha da Figura 26A; Figura 27B mostra uma vista de topo da cunha da Figura 26A; Figura 28 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento de parafuso de rocha, de acordo com também uma outra modalidade, mostrado montado em um parafuso de rocha; Figura 29 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de sensoreamento da Figura 28; Figura 30 é uma vista seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento montado das Figuras 28 e 29 montado no parafuso de rocha; Figura 31 mostra sistema de circuitos de exemplo do dispositivo de sensoreamento das Figuras 28 a 30, incluindo um microcontrolador; Figura 32 mostra sistema de circuitos de exemplo para gerar uma entrada do interruptor para interromper vibração, uma entrada do interruptor de pré-carga, e uma entrada do interruptor de sobrecarga para o microcontrolador na Figura 31; e Figura 33 mostra sistema de circuitos LED de exemplo do dispositivo de sensoreamento das Figuras 28 a 30.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0047] Modalidades de um dispositivo de sensoreamento são descritas aqui. Embora descritas na forma usada com parafusos de rocha, deve-se entender que os dispositivos de sensoreamento descritos aqui não são limitados ao uso com parafusos de rocha e podem também ser usados com outros parafusos de ancoragem ou outros elementos de sustentação de carga que são inseridos em uma estrutura de base e presos no lugar.

[0048] A Figura 1 é uma ilustração de um sistema de parafuso de rocha 40 de acordo com algumas modalidades. O sistema 40 inclui uma rede de parafusos de rocha 42 instalados em um túnel 44, tal como uma mina. O túnel 44 é mostrado como uma seção transversal. O número e distribuição de parafusos de rocha 42 na Figura 1 são providos apenas para efeitos ilustrativos. Em uma operação típica, pode haver milhares de parafusos de rocha 42 em uma rede (por exemplo, 10 mil ou mais). Os parafusos de rocha 42 são cada qual instalados com um dispositivo de sensoreamento 46 que pode ser similar aos dispositivos de sensoreamento descritos a seguir (tal como o dispositivo de sensoreamento 100, 300, 400, 500, 700, 800, 900, 1000 ou 1100 das Figuras 2, 9, 10, 11, 14, 17, 18, 22 ou 24). Os dispositivos de sensoreamento 46 sensoreiam se uma tensão de pré-carga é mantida nos parafusos de rocha 42 e fornecem um alerta se a tensão de pré-carga não for mantida. Os dispositivos de sensoreamento 46 podem também sensorear se uma tensão de sobrecarga é excedida e fornecem um alerta se a tensão de sobrecarga for excedida. Os dispositivos de sensoreamento 46 podem também fornecer saída (possivelmente periodicamente) indicando operação normal (isto é, pré-carga mantida). Tal saída pode ser na forma de um sinal de estado “OK” periódico. Os dispositivos de sensoreamento 46 podem também sensorear atividade sísmica ou vibrações em torno do parafuso de rocha.

[0049] O sistema 40 opcionalmente inclui um cabo irradiante 48 que recebe potência de uma fonte de alimentação ou nó 50. O cabo irradiante 48 neste exemplo é disposto longitudinalmente no túnel 44, emitindo energia RF e atuando como uma antena linear para receber e transmitir sinais para os dispositivos de sensoreamento 46. O cabo irradiante 48 pode prover potência sem fio (como indicado pelas setas 54), tal como energia RF, ao túnel em vários pontos 52. Por exemplo, cabos irradiantes podem ter uma bainha ou camisa removida para expor o núcleo condutor do cabo (não mostrado) nos pontos “irradiantes” 52 para prover a radiação de potência sem fio. Os dispositivos de sensoreamento 46 podem ser equipados com um coletor de potência sem fio (não mostrado) para coletar a potência sem fio provida pelo cabo irradiante 48 para dessa forma potencializar os dispositivos de sensoreamento 46. Alternativamente, os dispositivos de sensoreamento 46 podem incluir uma bateria ou outra fonte de alimentação (não mostrada). O cabo irradiante 48 pode também transmitir e/ou receber transmissão sem fios para/de os dispositivos de sensoreamento 46 como explicado a seguir. O cabo irradiante 48 pode ser disposto em um laço no túnel 44. Modalidades não são limitadas a nenhum comprimento particular do cabo irradiante 48.

[0050] Em algumas modalidades, o cabo irradiante 48 pode ser capaz de captar transmissão sem fios de dispositivos de sensoreamento. Por exemplo, transmissão sem fios de até 50 metros distante pode ser captada nos pontos irradiantes 52 do cabo 48. O sistema 40 inclui um computador central 62 e dispositivo receptor opcional 58, ponto de acesso 60 e a fonte de alimentação 50. Alertas e/ou outra saída, tais como sinais de estado “OK” dos dispositivos de sensoreamento 46 podem ser transmitidos ao computador central 62. No exemplo da Figura 1, transmissões sem fio (indicadas pelas setas 56) são enviadas dos dispositivos de sensoreamento 46 e são captadas pelo cabo irradiante 48 que então transmite os sinais ao dispositivo receptor 58. O dispositivo receptor 58 e a fonte de alimentação 50 são em comunicação com um ponto de acesso 60 que é, por sua vez, em conexão com computador central 62 (por exemplo, por um cabo Ethernet ou qualquer outro meio adequado). Versados na técnica perceberão que outros métodos podem ser usados para comunicar sinais a um computador central. Por exemplo, em outras modalidades, dispositivos de sensoreamento podem ficar diretamente em comunicação com o computador central através de conexões físicas e/ou sem fio.

[0051] Alternativamente, uma rede de comunicação separada (por exemplo, rede de área local sem fio) pode ser usada para transmitir sinais dos dispositivos 46 para o computador central 62. Nesse caso, o cabo irradiante 48 pode ainda ser usado para prover potência aos dispositivos de sensoreamento 46. A rede pode incluir um ou mais rádios sem fio (por exemplo, transceptores) e possivelmente relés possibilitam transmissão de sinais sem fio dos dispositivos de sensoreamento 46 ao computador central 62. Qualquer método adequado para comunicação de sinais entre os dispositivos de sensoreamento 46 e um computador remoto pode ser usado nas modalidades descritas aqui.

[0052] O computador central 62 analisa as comunicações recebidas dos dispositivos de sensoreamento 46 e controla a potência transmitida pelo cabo irradiante 48. O cabo irradiante 48 pode permitir comunicação com parafusos de rocha a grandes distâncias do computador central 62 e livre de obstáculos de quinas e diferente níveis de derivações de túneis. O computador central 62 pode também controlar a fonte de alimentação 50 que provê potência ao cabo irradiante 48.

[0053] O computador central 62 pode monitorar sinais de estado “OK” periódicos dos parafusos de rocha 42. No caso em que nenhum sinal “OK” é recebido de um ou mais parafusos de rocha 42 em uma quantidade de tempo predeterminada (indicando um possível mau funcionamento), o computador central 62 pode gerar uma saída de alerta para um dispositivo de exibição e/ou áudio e/ou o computador central 62 pode gerar uma saída (por exemplo, correio eletrônico ou outra transmissão) para um computador remoto por meio de uma rede de comunicações (por exemplo, Internet ou rede sem fio). O alerta pode incluir uma identificação do(s) parafuso(s) de rocha com defeito 42. O computador central 62 pode ter comunicação de duas vias com os dispositivos de sensoreamento 46. Por exemplo, o computador central 62 pode gerar e transmitir sinais de interrogação aos dispositivos de sensoreamento 46 para obter relatórios de estado. O computador central 62 pode exibir todos os sinais recebidos dos dispositivos de sensoreamento 46 que foram recebidos em um período de tempo predeterminado (por exemplo, um dia, uma semana, etc.). O período de tempo predeterminado pode ser estabelecido por um operador do sistema. O computador central pode armazenar qualquer sinal recebido dos dispositivos de sensoreamento 46 indefinidamente, para que sejam vistos quando necessário. O computador central 62 pode enviar sinal de interrogação questionando a respeito do estado operacional de um ou mais dos dispositivos de sensoreamento 46 em intervalos predeterminados (por exemplo, um dia, uma semana, etc.). O período predeterminado para enviar sinais de interrogação pode, novamente, ser estabelecido por um operador do sistema.

[0054] Em outras modalidades, as funções de um ou mais da fonte de alimentação 50, do dispositivo receptor 58, do ponto de acesso 60 e do computador central 62 podem ser no mesmo local e/ou ser implementadas em um único computador. Outras modalidades podem omitir um ou mais desses componentes do sistema 40. O estado dos parafusos de rocha 42 pode ser monitorado em um ou mais locais remotos (por exemplo, em todo o mundo) usando comunicações de rede. Protocolos e ações seguras, tais como sinais de ativação, semáforos, cancelas, etc. podem automaticamente ser ativado com base na saída dos parafusos de rocha 42. Por exemplo, o computador central 62 poderia comunicar com um ou mais sinais, semáforos, serviços de emergência, etc. O estado dos parafusos de rocha pode ser monitorado 24 horas ou dia, sete dias por semana. O computador central 62 pode registrar relatórios de alerta com base na saída dos dispositivos de sensoreamento 46. Por exemplo, dados relativos à saída dos dispositivos de sensoreamento 46, incluindo informação de alerta, podem ser armazenados em memória.

[0055] Qualquer método físico e/ou sem fio adequado para transmitir sinais (incluindo WiFi, Internet de Coisas (IoT)) pode ser usado para transmitir alertas e outros sinais de estado dos dispositivos de sensoreamento 46 e modalidades não são limitadas ao arranjo de cabo irradiante 48 mostrado na Figura 1.

[0056] Como será explicado em mais detalhe a seguir, a saída dos dispositivos de sensoreamento 46 pode prover informação a respeito do estado dos parafusos de rocha 42 (por exemplo, alertas) bem como informação, tal como um código, indicando a identidade ou local dos parafusos de rocha particulares para os quais o estado está sendo reportado. Por exemplo, um alerta de falha pode indicar o tipo de falha (sobrecarga ou perda de pré-carga) bem como a identificação do parafuso de rocha que falhou. Dessa forma, mesmo se a rede incluir um grande número de parafusos de rocha 42, o local do(s) parafuso(s) de rocha falho(s) pode ser certificado de forma relativamente rápida. Os dispositivos de sensoreamento 46 podem também receber sinais de interrogação do computador central 62.

[0057] Várias modificações no sistema 40 mostrado na Figura 1 são possíveis. Por exemplo, parafusos de rocha 42 podem em vez disso transmitir saída por meio de conexões físicas, ou podem transmitir a um receptor sem fio ou relé em vez de um cabo irradiante. Outras variações são descritas em mais detalhe a seguir.

[0058] Como será também explicado a seguir, em algumas modalidades, os dispositivos de sensoreamento descritos aqui incluem um espaçador e componentes compressíveis que podem suportar maiores cargas de tensão do que o parafuso de rocha no qual eles são instalados. Dessa forma, os dispositivos de sensoreamento pode não compreender a integridade dos parafusos de rocha. Além disso, os dispositivos de sensoreamento podem ser de custo relativamente baixo e ter uma vida relativamente grande para permitir monitoramento de grandes redes de parafusos de rocha (por exemplo, 10 mil ou mais). Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem também ser usados, em algumas modalidades, para permitir que uma tensão de pré-carga seja aplicada aos tipos de parafusos de rocha que podem convencionalmente não ter uma pré-carga (por exemplo, parafusos de atrito ou infláveis).

[0059] Um dispositivo de sensoreamento de exemplo 100 para um parafuso de rocha 102 de acordo com uma modalidade é mostrado na Figura 2. A Figura 2 é uma vista parcialmente seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento 100 afixado ao parafuso de rocha 102 em uma formação 112. O dispositivo de sensoreamento 100 é parcialmente em seção transversal na Figura 2 para permitir que os elementos discutidos a seguir sejam vistos. O parafuso de rocha 102 neste exemplo é um parafuso de ancoragem, embora o dispositivo de sensoreamento 100 possa ser usado com outros tipos de parafusos de rocha ou elementos de sustentação de carga, e modalidades não são limitadas ao uso com o parafuso de rocha 102 mostrado na Figura 2. O dispositivo de sensoreamento 100 pode ser usado para sensorear e/ou manter uma pré-carga no parafuso de rocha e sensorear sobrecarga do parafuso de rocha.

[0060] O parafuso de rocha 102 neste exemplo é rosqueado e inclui uma porca 104 rosqueada em uma extremidade da cabeça 106 do parafuso. Oposta à extremidade da cabeça 106 fica a extremidade de inserção 108 que é inserida em um furo 110 de uma formação rochosa 112. O espaço entre o parafuso de rocha 102 e a superfície do furo 110 pode ser preenchido pela argamassa, epóxi ou concreto de pega rápida especial injetado para melhorar a ancoragem na formação rochosa 112.

[0061] Neste exemplo, uma chapa de apoio ou arruela embutida 113 é colocada entre a extremidade da cabeça 108 do parafuso 102 e a formação rochosa 112, embora as chapas de apoio nem sempre possam ser usadas. A extremidade de inserção 108 inclui uma âncora expansível 114 para agarrar a superfície interna 116 do furo 110. Quando instalada, como mostrado na Figura 2, a extremidade de inserção 108 e uma maior parte do parafuso de rocha 102 são inseridos no furo 110 e ancorados na posição pela âncora 114. O parafuso de rocha 102 se salienta parcialmente no furo 110. A porca 104 pode ser usada para aplicar tensão de pré-carga suficiente no parafuso de rocha.

[0062] O dispositivo de sensoreamento 100 neste exemplo inclui um espaçador 118, um sensor de pré-carga 120 e um sensor de sobrecarga 122, e um alojamento de componentes eletrônicos 124.

[0063] O espaçador 118 define uma passagem 126 através do mesmo para passagem do parafuso de rocha 102. Quando o parafuso de rocha 102 é instalado na formação 112, o espaçador 118 do dispositivo de sensoreamento 100 é posicionado no parafuso de rocha 102 entre a extremidade da cabeça 106 do parafuso de rocha 102 e a formação 112. Os parafusos de rocha variam em diâmetro, e o tamanho do espaçador pode ser escolhido com base no parafuso de rocha particular 102 usado com o dispositivo 100. O espaçador 118 tem um diâmetro interno para se ajustar confortavelmente, mas seguramente, no parafuso de rocha 102. Por exemplo, se o parafuso de rocha 102 neste exemplo tiver um diâmetro externo de aproximadamente 19 mm (aproximadamente 3/4 polegada), então o diâmetro interno do espaçador 118 pode ser 20 mm. Espaçadores podem ser usados com parafusos de rocha tendo diâmetros externos na faixa de 1/2 polegada a 3/4 polegada, por exemplo. Entretanto, modalidades não são limitadas a esta faixa. A passagem 126 do espaçador 118 é mostrada em linhas pontilhadas na vista lateral da Figura 2 para indicar que normalmente seria oculto.

[0064] O espaçador 118 nesta modalidade é rígido e no geral de formato tubular, embora outros formatos sejam possíveis, incluindo, mas não se limitando a um prisma retangular. O espaçador 118 pode ser feito de qualquer material e em qualquer tamanho e formato adequado para suportar cargas maiores que um limiar de sobrecarga para o parafuso de rocha 102. O espaçador 118 pode transferir a força de tração no parafuso de rocha 102 em pressão no sensor de pré-carga 120 e no sensor de sobrecarga 122 do dispositivo de sensoreamento 100. O espaçador 118 provê espaço fora da formação rochosa 112 para colocação do dispositivo de sensoreamento 100.

[0065] O espaçador 118 tem uma primeira extremidade do espaçador 128 e uma segunda extremidade do espaçador oposta 130. A primeira extremidade do espaçador 128 fica voltada para a extremidade da cabeça 106 do parafuso de rocha 102 e a segunda extremidade do espaçador 130 fica voltada para a chapa de apoio 113 e a formação rochosa 112.

[0066] O espaçador 118 pode ser comprido, comparado ao seu diâmetro interno, e o jogo do diâmetro interno do espaçador 118 e do parafuso de rocha 102 pode ser pequeno. A forma alongada do espaçador 118 pode ter o resultado de que um certo desalinhamento do parafuso de rocha 102 (fora da perpendicular com relação à face da rocha) ainda fará com que forças sejam substancialmente perpendiculares ao comprimento do espaçador 118.

[0067] Onde parafusos de rocha são em um ângulo não perpendicular à face da formação rochosa, cunhas ou outro dispositivo de alinhamento podem ser usados para prover uma superfície de apoio que é mais perpendicular ao comprimento do parafuso de rocha e ao dispositivo de sensoreamento (tal como o parafuso de rocha 102 e o dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2). Dispositivos de cunha convencionais ou outros meios adequados podem ser usados para este propósito. Por exemplo, algumas placas separadoras podem incluir recursos de alinhamento tal como um formato de domo que provê uma faixa de ângulos no geral nos quais o parafuso de rocha 102 e o dispositivo de sensoreamento 100 podem ainda ter que ser substancialmente perpendiculares à superfície da chapa de apoio (vide Figura 26B, por exemplo).

[0068] O sensor de pré-carga 120 é arranjado próximo à primeira extremidade do espaçador 128 e o sensor de sobrecarga 122 é arranjado próximo à segunda extremidade do espaçador 130. Em outras modalidades, a colocação do sensor de pré-carga 120 e do sensor de sobrecarga 122 pode ser invertida. O sensor de pré-carga 120 inclui primeira e segunda molas de disco 138 e 140 (que juntas funcionam como um elemento compressível resiliente do sensor de pré-carga 120). O sensor de sobrecarga inclui terceira e quarta molas de disco 150 e 152 (que juntas funcionam como um elemento compressível resiliente do sensor de sobrecarga 122). As molas de disco 138, 140, 150 e 152 funcionam como atuadores mecânicos que armazenam energia. Por exemplo, algumas molas de disco podem armazenar aproximadamente 400-500kWs. A primeira e segunda molas de disco 138 e 140 comprimem em resposta a um limiar de pré-carga, e a terceira e quarta molas de disco 150 e 152 comprimem em resposta a um limiar de sobrecarga. O sensor de pré-carga 120 também inclui um primeiro contato elétrico 158, e o limiar de sobrecarga inclui um segundo contato elétrico 160, que são discutidos a seguir.

[0069] O sensor de pré-carga 120 e o sensor de sobrecarga 122 são arranjados em paralelo com o espaçador 118. O sensor de pré-carga 120 provê uma saída do sensor de pré-carga em função de um estado de compressão da primeira e segunda molas de disco 138 e 140. O sensor de sobrecarga 122 provê uma saída do sensor de sobrecarga em função de um estado de compressão (por exemplo, comprimido ou não comprimido) da terceira e quarta molas de disco 150 e 152. O estado de compressão e a saída dos sensores serão discutidos a seguir em mais detalhe.

[0070] O alojamento de componentes eletrônicos 124 é no geral em formato de anel nesta modalidade, embora outros formatos sejam também possíveis. O alojamento de componentes eletrônicos 124 é arranjado em torno da periferia externa do espaçador 118. O alojamento de componentes eletrônicos tem uma primeira face 154 e uma segunda face oposta 156. O alojamento de componentes eletrônicos pode ser em outros formatos em outras modalidades. Algumas modalidades podem não incluir um alojamento de componentes eletrônicos como mostrado na Figura 2. O alojamento de componentes eletrônicos 124 é feito de um material não condutor (por exemplo, plástico) nesta modalidade.

[0071] O dispositivo de sensoreamento 100 inclui adicionalmente um módulo de componentes eletrônicos 136 dentro do alojamento 124 que provê uma saída do dispositivo indicando um estado do parafuso de rocha 102 em função do estado de saída do sensor de pré-carga 120 e do estado de saída do sensor de sobrecarga 122. O módulo de componentes eletrônicos 136 processa saída do sensor e inclui meios de saída para gerar saída do dispositivo, como discutido a seguir com referência à Figura 3. Em algumas modalidades, o alojamento de componentes eletrônicos 124 e o módulo de componentes eletrônicos 136 podem ser omitidos. Por exemplo, em uma modalidade alternativa (não mostrada) um único meio de saída (tal como uma lâmpada e/ou alto-falante) pode ser afixado diretamente ao espaçador e conectado aos sensores a fim de prover saída para o dispositivo.

[0072] A primeira e segunda molas de disco 138 e 140 são em forma de taça, definem respectivos furos centrais 142 e 144 através das mesmas para encaixar sobre o parafuso de rocha 102. A primeira e segunda molas de disco 138 e 140 têm respectivas bordas externas 146 e 148. Tais molas de disco 138 e 140 podem ser referidas como molas de disco cônica, molas Belleville, ou arruelas Belleville. As molas de disco 138 e 140 podem comprimir aproximadamente 1,5 mm entre os estados plano e descomprimido, embora outras distâncias sejam possíveis. Por exemplo, o deslocamento da compressão exigida para disparar o dispositivo de sensoreamento 100 pode ser aproximadamente 0,5 mm em algumas modalidades. As molas de disco 138 e 140 podem ter um diâmetro externo de algumas polegadas (por exemplo, três polegadas). Entretanto, o tamanho, espessura e formato das molas de disco ou arruelas podem variar. A primeira e segunda molas de disco 138 e 140 podem ser feitas de aço mola, por exemplo, embora modalidades não sejam limitadas a nenhum material particular. Modalidades também não são limitadas a molas de disco para o(s) elemento(s) compressível(is) resiliente(s) e outros atuadores que são deslocáveis podem ser usados em vez de molas de disco em outras modalidades. Qualquer material e/ou estrutura compressível com propriedades conhecidas em relação à razão de deslocamento para carga e tendo uma superfície deslocável para deslocar uma saída do sensor pode ser usado. Modalidades descritas aqui também não são limitadas a molas de disco cônicas como o elemento compressível. Outros tipos de mola ou outros elementos compressíveis resilientes podem também ser usados.

[0073] Neste exemplo, a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 são alinhadas axialmente com o espaçador 118, adjacentes um ao outro, e arranjadas em uma orientação alternada de maneira tal que as bordas externas 146 e 148 fiquem apoiadas, o furo central 142 do primeiro disco 138 se apoia no espaçador 118, e o furo central 144 do segundo disco 140 se apoia na porca 104 do parafuso de rocha 102. Em outras modalidades, as molas de disco/arruelas podem ser arranjadas com a mesma orientação. A primeira e segunda molas de disco 138 e 140 podem comprimir até um estado plano em 7 ou 8 toneladas de carga, por exemplo, embora outras resistências de discos possam também ser usadas dependendo do limiar de pré-carga desejado. Na orientação especular da primeira e segunda molas de disco 138 e 140, a carga total exigida para fazer contato com o contato elétrico 158 pode depender da capacidade de carga da primeira mola de disco 138. Por exemplo, se a primeira mola de disco tiver uma menor capacidade de carga do que a segunda mola de disco 140, então o sensor pode disparar na capacidade de carga da primeira mola de disco 138 (em virtude de engatar o contato elétrico 158). Para dispositivos de sensoreamento de outras modalidades, duas ou mais molas de disco podem ter a mesma orientação (em vez de especular), em cujo caso a força total para nivelar as molas de disco serão capacidades de carga individuais combinadas. Em outras modalidades, os elementos compressíveis resilientes para os sensores de carga podem ser formados apenas por um disco/arruela ou por mais de duas. Modalidades não são limitadas a nenhum número, orientação ou resistência particular de múltiplos discos/arruelas adjacentes.

[0074] O limiar de pré-carga pode ser 80% da carga de escoamento para o parafuso de rocha 102. Em algumas modalidades, uma mina de carvão como essa, o limiar de pré-carga pode ser menor. O limiar de pré-carga pode ser calibrado pela escolha do elemento compressível (por exemplo, resistência da(s) mola(s) de disco usada(s)).

[0075] Se a carga no parafuso de rocha 102 for subsequentemente reduzida abaixo do limiar de pré-carga, a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 voltará resilientemente para o formato de taça descomprimido. Por causa do formato das partes adjacente do dispositivo de sensoreamento 100, a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 não dobram além do plano. Molas de disco/arruelas (adequados para uso como primeira e segunda molas de disco 138 e 140) podem ser marcadas em cores para mostrar a tonelagem que fará com que elas sejam comprimidas até o estado plano. Em um exemplo, um primeiro disco comprimirá até ficar plano a 5 toneladas carga, e um segundo disco ficará plano a 4 toneladas (amarelo) de carga. Se essas molas de disco forem arranjadas com a mesma orientação (isto é, não especular), então 9 toneladas total serão exigidas para nivelar o par de discos um com o outro.

[0076] A terceira e quarta molas de disco 150 e 152 do sensor de sobrecarga 122 são arranjadas de uma maneira similar à primeira e segunda molas de disco 138 e 140 do sensor de pré-carga 120, mas posicionadas na segunda extremidade do espaçador 130. A terceira e quarta molas de disco 150 e 152 se encaixam entre o espaçador 118 e a chapa de apoio 113. A terceira e quarta molas de disco 150 e 152 são escolhidas para comprimir até uma posição substancialmente plana quando submetidas a uma tensão de sobrecarga limiar desejada. O limiar de sobrecarga é maior que o limiar de pré-carga. Neste exemplo, a terceira e quarta molas de disco 150 e 152 podem comprimir até um estado plano a 10 toneladas de carga nesta modalidade, embora outras resistências de discos possam também ser usadas. Modalidades não são limitadas a nenhuma orientação ou resistência particular de múltiplas molas de disco adjacentes. A terceira e quarta molas de disco 150 e 152 do sensor de sobrecarga 122 podem ser mais espessas e/ou ser feitas de um material diferente da primeira e segunda molas de disco 138 e 140 do sensor de pré-carga 122 para prover o limiar de sobrecarga desejado. Diferentes arranjos, orientações, número de discos e/ou material podem também ser escolhidos para prover os diferentes limiares de pré-carga e sobrecarga.

[0077] Como mostrado na Figura 2, o sensor de pré-carga 120 inclui um primeiro contato elétrico 158 e o sensor de sobrecarga 122 inclui um segundo contato elétrico 160. O primeiro contato elétrico 158 é preso no alojamento de componentes eletrônicos 124 e se salienta parcialmente a partir da primeira face 154 do alojamento de componentes eletrônicos 124. O segundo contato elétrico 160 é preso ao alojamento de componentes eletrônicos 124 e se salienta parcialmente a partir da segunda face 156 do alojamento de componentes eletrônicos 124. O primeiro contato elétrico 158 tem uma extremidade externa 162 que é substancialmente coplanar ou alinhada com a primeira extremidade do espaçador 128. O segundo contato elétrico 160 tem uma extremidade externa 164 que é substancialmente coplanar ou alinhada com a segunda extremidade do espaçador 130. Quando comprimido (isto é, pré-carregado), a primeira mola de disco 138 engata o primeiro contato elétrico 158. O primeiro contato elétrico 158 e a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 juntas funcionam como um interruptor do sensor que controla a saída do sensor de pré-carga 120 (como explicado a seguir). Similarmente, quando comprimida, a terceira mola de disco 150 engata o segundo contato elétrico 160. Dessa forma, o segundo contato elétrico 160 e a terceira e quarta molas de disco 150 e 152 juntas funcionam como um interruptor do sensor que controla a saída do sensor de sobrecarga 122.

[0078] O sensor de pré-carga 120 e o sensor de sobrecarga 122 nesta modalidade podem reduzir falsos alarmes comparados a sensores convencionais em virtude de as molas de disco 138, 140, 150 e 152 poderem ter uma distância de deslocamento controlada (por exemplo, milímetros) durante compressão.

[0079] A Figura 2 também mostra uma rede ou malha opcional 181 na formação rochosa 112 e um camada de concreto opcional 183 que pode ser pulverizada para cobrir a rede 181 e parcialmente cobrindo o parafuso de rocha 102.

[0080] A Figura 3 é um diagrama de blocos funcional do dispositivo 100 mostrado na Figura 2 mostrando detalhes adicionais do módulo de componentes eletrônicos 136. O módulo de componentes eletrônicos 136 inclui um processador 166, memória 167 e um transmissor 168. O dispositivo de sensoreamento 100 também inclui uma fonte de alimentação 170 e uma antena 172 (também mostrada na Figura 2), junto com o sensor de pré-carga 120 e o sensor de sobrecarga 122. A memória 167 é conectada ao processador 166 e pode armazenar instruções para controlar o processador para realizar funções descritas aqui. Em algumas modalidades, a memória 167 pode ser integrada com o processador 166 e nenhum chip de memória externa é incluído.

[0081] O processador 166 do módulo de componentes eletrônicos 136 recebe, como entrada, saída do sensor de pré-carga 120 e do sensor de sobrecarga 122. O processador 166 avalia essa entrada e controla o transmissor 168 para gerar saída para o dispositivo de sensoreamento 100 em função da saída do sensor de pré-carga e da saída do sensor de sobrecarga. O dispositivo de sensoreamento 100 também inclui um LED 173 como um segundo meio de saída para prover saída visual do módulo de componentes eletrônicos 136 como explicado a seguir. O LED 173 pode ser um LED ultrabrilhante e/ou visível a ângulos amplos. Entretanto, modalidades não são limitadas a nenhum tipo particular de saída. O transmissor 168 e a antena 172 são configurados para comunicação sem fio com um ou mais outros dispositivos eletrônicos, tal como um computador central. Entretanto, comunicação física pode também ser implementada. O dispositivo de sensoreamento 100 neste exemplo também inclui um receptor 171 para permitir comunicação em duas vias. Outras modalidades podem omitir o receptor 171, que pode simplificar e possivelmente reduzir o custo do dispositivo de sensoreamento. A saída do dispositivo de sensoreamento 100 pode ser transmitida sem fio em qualquer forma adequada, incluindo, mas não se limitando a telegramas (por exemplo, telegramas do Protocolo do Sistema Leaky Feeder), Wi-Fi, celular, etc. Como explicado em mais detalhe a seguir, o módulo de componentes eletrônicos 136 é configurado para gerar saída indicando o estado do parafuso de rocha 102 com base no estado do sensor de pré-carga 120 e do sensor de sobrecarga 122. A saída pode incluir um sinal transmitido sem fio pela antena 172 e/ou uma indicação visual, tal como uma lâmpada (por exemplo, LED) que ascende ou cintila.

[0082] A fonte de alimentação 170 pode ser uma bateria. Uma bateria de exemplo é uma bateria TadiranTM TL-2450/P, que pode prover acima de 25 anos de vida. Opcionalmente, potência externa pode ser utilizada em vez de uma bateria. Por exemplo, em algumas modalidades, potência externa pode ser provida por uma conexão física, ou potência pode ser provida por uma energia de Rádio Frequência (RF), coletor de energia de som ou luz, que pode prover um período de vida indefinido. Uma combinação de bateria e potência externa pode também ser implementada. O dispositivo de sensoreamento 100 pode exigir apenas microwatts para operar. Por exemplo, o processador 166 pode ser um controlador de microprocessador de sinal misto Texas Instruments™ 2442KN1G3K250, que pode consumir apenas 0,5 μA no modo de reserva e 0,1 μA no modo OFF com Retenção RAM.

[0083] Em outras modalidades, o dispositivo de sensoreamento pode omitir uma bateria e/ou pode receber potência externa. A potência externa pode ser recebida por coleta de energia por fio ou sem fio, radiação de energia de do cabo radiante, um gerador eletrodinâmico mecanicamente atuado, coleta geotérmica, etc.

[0084] Componentes no módulo de componentes eletrônicos 136, tais como o processador 166, o transmissor 168 e o receptor 171, podem ser integrados em uma Placa de Circuito Impresso (PCB) dentro do alojamento dos componentes eletrônicos 124 mostrados na Figura 2. A PCB pode ser plana ou pode ser redonda para conformar ao formato do alojamento de componentes eletrônicos 124. O alojamento de componentes eletrônicos pode ser de vários tamanhos. Em alguma modalidade, o alojamento de componentes eletrônicos 124 pode ter aproximadamente 2,5 a 3 polegadas de diâmetro, embora modalidades não sejam limitadas a essa faixa.

[0085] De volta novamente à Figura 2, o primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160 são cada qual conectados ao processador 166 (mostrado na Figura 2). A primeira, segunda, terceira e quarta molas de disco 138, 140, 150 e 152 e o espaçador 118 são de metal e são conectadas com o terra eletrônico, que é 0VCC, ou “Baixa Lógica”. Quando o primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160 não estão tocando a primeira e terceira molas de disco correspondentes 138 e 150, o primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160 são registrados pelo processador 166 como “Alta Lógica” (que é algo além do chão 0VCC). Quando o primeiro e/ou segundo contatos elétricos 158 e 160 tocam a primeira e terceira molas de disco correspondentes 138 e 150, eles são registrados pelo processador 166 como “Baixa Lógica”, ou 0VCC. O processador 166 pode por meio disto distinguir quando o primeiro e/ou segundo contatos elétricos 158 e 160 estão engatados. Dessa forma, a tensão do primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160 funciona como saída de sensor para o sensor de pré-carga 120 e o sensor de sobrecarga 122, respectivamente. Nenhuma ou pouca correte pode passar através do primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160. O espaçador 118 é conectado com o terra elétrico no módulo de componentes eletrônicos 136 por meio de uma conexão através do alojamento de componentes eletrônicos 124. Esta conexão pode incluir um fio ou rebite através do alojamento de componentes eletrônicos 124 que faz contato com o espaçador 118, por exemplo. A primeira, segunda, terceira e quarta molas de disco 138, 140, 150 e 152 podem então ser conectadas ao terra por seu contato elétrico direto ou indireto com o espaçador 118.

[0086] O dispositivo de sensoreamento 100 inclui adicionalmente uma cobertura protetora 174 (tal como uma tampa de sujeira e/ou água) em torno do dispositivo de sensoreamento 100 e um anel de espuma 176 na base do dispositivo de sensoreamento 100 para proteger o dispositivo de sensoreamento 100 contra água, sujeira, etc. um ou ambos da cobertura de sujeira 174 e do anel de espuma 176 pode ser omitido ou substituído com outros elementos protetores em outras modalidades. A proteção oferecida pelo alojamento de componentes eletrônicos 136, a tampa protetora 174 e o anel de espuma 176 podem permitir que o dispositivo de sensoreamento 100 seja imerso em água sem dano. A cobertura protetora 174 pode ser semielástica ou senão deformável para permitir compressão no dispositivo de sensoreamento 100. A cobertura protetora 174 pode também ser translúcida ou transparente para permitir que um indicador visual (por exemplo, Diodo Emissor de Luz 173) seja visto através da cobertura protetora 174.

[0087] A formação rochosa 112 pode incluir uma face da rocha e um acúmulo de pedras 179 ou rocha quebrada pendente na base da formação rochosa 112, como mostrado na Figura 2.

[0088] De volta novamente à Figura 2, o alojamento de componentes eletrônicos 124 pode também incluir gaxetas ou o-rings 178 que se encaixam em torno do espaçador 118. O alojamento de componentes eletrônicos 124 pode ser uma caixa de plástico equipada com os o-rings 178. Na Figura 2, dois o-rings 178 posicionados próximos à primeira e segunda extremidades 128 e 130 do espaçador são mostrados, embora o número e arranjo de tais orings possam variar. O alojamento de componentes eletrônicos 124 junto com os o-rings 178 pode vedar água.

[0089] A Figura 2 também mostra um extensômetro resistivo opcional 180 afixado ao espaçador 118. O extensômetro resistivo 180 pode ser protegido de água pelos o-rings 178 e pelo alojamento de componentes eletrônicos 124. O extensômetro resistivo 180 pode fazer leituras analógicas de carga no espaçador 118. O extensômetro resistivo 180 pode ser conectado ao, ou integrado com um microprocessador, tal como o processador 166 do módulo de componentes eletrônicos 136. O extensômetro resistivo 180 pode ser rebaixado no espaçador 118. As leituras analógicas podem ser transmitidas e/ou usadas para gerar saída para transmissão. Por exemplo, a saída pode ser transmitida a um sistema de computador central (não mostrado). O extensômetro resistivo 180 só pode ser ativado para fazer leituras no caso de um alarme ser disparado pelo sensor de pré-carga 120 do sensor de sobrecarga 122, que pode minimizar o uso de potência ainda permitindo medições analógicas de deformação quando necessário. O extensômetro resistivo 180 pode ser no geral na forma de uma tira afixada ao espaçador 118 e conectada para prover entrada ao processador 166 (mostrado na Figura 3).

[0090] O dispositivo de sensoreamento pode também incluir um acelerômetro (não mostrado) para sensorear movimento sísmico incluindo vibrações. O processador 166 (mostrado na Figura 3) pode receber entrada do acelerômetro para gerar saída correspondentemente.

[0091] Instalação e operação do dispositivo de sensoreamento de exemplo 100 serão agora descritas com referência novamente à Figura 2. Antes de instalar o parafuso de rocha 102, o furo 110 é perfurado na formação rochosa 112. O dispositivo de sensoreamento 100 pode ser colocado sobre a extremidade de inserção 108 do parafuso de rocha 102, deslizando o parafuso de rocha 102 através da passagem 126 do espaçador 118 e através da primeira, segunda, terceira e quarta molas de disco 138, 140, 150 e 152. O parafuso de rocha 102 pode então ser inserido (pela extremidade de inserção 108) no furo 110 na formação rochosa 112. A âncora 114 pode ser expandida para agarrar a superfície interna 116 do furo 110 usando qualquer meio convencional. Antes de aplicar qualquer tensão de pré-carga ao parafuso de rocha 102, a primeira e terceira molas de disco 138, 140, 150 e 152 são todas em um estado não comprimido e o primeiro e segundo contatos elétricos 158 e 160 não estão engatados pela primeira e terceira molas de disco 138 e 150 (dessa forma ambos os interruptores de sensor estão abertos).

[0092] Em seguida, a porca 104 pode ser usada para aplicar pelo menos uma tensão de pré-carga limiar ao parafuso de rocha 102. Na tensão de pré-carga limiar, a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 ficam planas e a primeira mola de disco 138 engata o primeiro contato elétrico 158, por meio disso fechando esse interruptor e provendo um estado de saída do sensor de pré-carga correspondentemente. O módulo de componentes eletrônicos 136 produz uma saída em função do estado de saída do sensor de pré-carga 120 e do sensor de sobrecarga 122.

[0093] Em algumas instalações de parafuso de rocha, chapas de apoio ou arruelas distribuidoras podem ser usadas para prender uma malha na superfície da formação rochosa (por exemplo, superfície de túnel). Fibra de vidro pode ser pulverizada sobre a malha. Em tais situações, o dispositivo de sensoreamento 100 pode ser coberto (por exemplo, usando um saco ou tampa) durante o processo de pulverização.

[0094] Os sensores de pré-carga e sobrecarga 120 e 122 são essencialmente pré-calibrados pela escolha de elementos compressíveis resilientes (isto é, molas de disco 138, 140, 150 e 152) que comprime nos limiares de carga predeterminados. Os sensores de pré-carga e sobrecarga 120 e 122 têm cada qual estados de saída binários (por exemplo, liga/desliga ou alto/baixo) dependendo se os respectivos contatos elétricos 158 e 160 são engatados pela primeira e terceira molas de disco correspondentes 138 e 150. A combinação desses estados de saída binários é interpretada pelo processador 166 do módulo de componentes eletrônicos 136 para gerar a saída adequada do dispositivo indicando o estado do parafuso de rocha 102.

[0095] A Tabela 1 a seguir ilustra possíveis bits de sinal de saída que podem ser gerados com base nos estados de saída do sensor de pré-carga 120 e do sensor de sobrecarga 122. Na Tabela 1, “ON” significa que o contato elétrico 158 ou 160 é engatado com a primeira ou terceira mola de disco correspondentes 138 ou 150, enquanto “OFF” significa que não existe , engate. Tabela 1

[0096] A saída pode também incluir um código de ID exclusivo do parafuso de rocha para identificar qual parafuso de rocha está passando por uma condição de alerta. A saída pode também incluir um indicador visual, tal como um LED cintilante 173. A saída pode também ser criptografada em algumas modalidades.

[0097] A saída pode ser transmitida (por meio do transmissor 168) para um computador central (não mostrado). O computador central pode receber entrada de múltiplos (por exemplo, centenas ou milhares) diferentes parafusos de rocha. O computador central pode também controlar um alarme central ou notificação de alerta tal como, mas não se limitando a cancelas de exibição-alarme, semáforos, difusões (notificações de telefone), etc. O computador central pode também armazenar informação de etiqueta de data do evento de alerta. Virtualmente não existe limite de distância entre o local do parafuso de rocha e o computador central usando as conexões sem fio e/ou físicas apropriadas.

[0098] O sinal de saída pode também consistir de inúmeros campos de dados. Por exemplo, um primeiro campo pode ser usado para o ID do parafuso de rocha. A ID do parafuso de rocha pode indicar o número do dispositivo de sensoreamento ou parafuso de rocha (por exemplo, de 1 a 9999). O segundo campo de dados poderia indicar o estado do dispositivo. O estado pode ser indicado usando vários códigos de estado, que podem opcionalmente ser marcados com etiqueta de tempo. Por exemplo, os códigos de estado seguintes podem ser utilizados pelo dispositivo de sensoreamento 100: Código 0: Nenhum defeito, tudo está funcionando OK.

[0099] Código 1: Alarme - perda de pré-carga, possivelmente indicando a falha de âncora do parafuso de rocha. Pode ser enviado imediatamente após uma condição ser detectada, e opcionalmente repetidamente enviado em intervalos predeterminados ou customizados.

[00100] Código 2: Alarme - condição de sobrecarga, possivelmente indicando que uma grande massa de rocha está solta e quebrada e está exercendo uma força além dos limites do parafuso de rocha. Pode ser enviado imediatamente após uma condição como essa ser detectada, e opcionalmente repetidamente enviado em intervalos predeterminados ou customizados.

[00101] Código 3: Alarme - condição de sobrecarga seguida por perda de pré-carga, possivelmente indicando falha catastrófica e/ou que o parafuso de rocha está quebrado em virtude de muita força ter sido aplicada ao parafuso. Pode ser enviada imediatamente após uma condição como essa ser detectada, e opcionalmente repetidamente enviado em intervalos predeterminados ou customizados.

[00102] Código 4: Alarme pendente - estado da bateria baixo. Pode ser usado em modalidades equipadas com bateria como uma fonte de alimentação.

[00103] Códigos 5, 6, 7, 8 e 9 podem ser reservados para configuração opcional, tal como medição do comprimento do parafuso de rocha, ou tensão medida pelo extensômetro resistivo 180.

[00104] A fim de evitar falsos alarmes gerados por causa de eventos intermitentes tal como uma detonação de rocha ou perturbações mecânicas similares próximas ao local do parafuso de rocha 102, o dispositivo de sensoreamento 100 pode transmitir sinais de alarme apenas após detectar que o defeito ou condição de alerta persiste continuamente por um tempo predeterminado (por exemplo, 10 segundos). O tempo predeterminado pode ser estabelecido por um usuário. Opcionalmente, um sensor de movimento (não mostrado) tal como um acelerômetro ou dispositivo similar pode ser empregado, detectando perturbações mecânicas como aqui descrito, e reportando-os como um código de defeito.

[00105] O dispositivo de sensoreamento 100 pode ser configurado para transmitir seu alerta/defeito e códigos de estado através de uma variedade de redes sem fio existentes. Por exemplo, o transmissor 168 e a antena 172 podem ser configurados para transmissão por meio de um sistema de "Cabo irradiante" em minas e túneis. Alternativamente, LinkLabs LoRaWANTM ou um transceptor de rádio de múltiplas bandas similar pode ser usado como transmissor 168, e pode usar uma corrente de repouso de apenas 1 μA.

[00106] O dispositivo de sensoreamento 100 pode opcionalmente ser configurado para prover outros alertas indicando: aumento de comprimento do parafuso além de um ponto seguro; quebra do parafuso detectada por sinal ultrassônico transmitido no parafuso; a tensão do parafuso de rocha medida por um extensômetro resistivo. Quando a pré-carga é mantida e nenhum defeito é detectado, o dispositivo de sensoreamento 100 pode também prover uma saída (tal como um sinal periódico) indicando que o parafuso de rocha 102 está normal ou OK.

[00107] A saída visual (por exemplo, usando LED 173) pode também ser provida. O processador 166 pode ser configurado para ativar o LED 173 em diferentes modos em resposta a várias situações. Por exemplo, antes de a pré-carga adequada ser aplicada durante instalação, então o dispositivo de sensoreamento 100 pode piscar o LED 173. Quando pré-carga adequada é aplicada, o LED 173 pode ser desativado ou pode acender em uma quantidade de tempo predeterminada (por exemplo, 10 segundas). O LED pode também acender e/ou piscar quando um defeito é detectado. O número de piscadas pode corresponder ao código de defeito particular. Um exemplo de tal correspondência é o seguinte: 1 piscada a cada 20 segundos para o código de defeito 1; 2 piscadas para o código de defeito 2; 3 piscadas para o código de defeito 3; 4 piscadas para o código de defeito 4, etc. Os códigos de defeito podem indicar perda de pré-carga, sobrecarga ou outros estados de alerta aqui discutidos. Opcionalmente, o dispositivo de sensoreamento pode incluir um sensor (não mostrado) para sensorear entrada de um Emissor de Luz de Frequência Codificada, e o processador 166 pode ser configurado para ativar o LED 173 para acender por um tempo predeterminado (por exemplo, 5 segundos) quando testado pelo Emissor de Luz de Frequência Codificada.

[00108] Em algumas modalidades, o processador 166 dispara o extensômetro resistivo 180 fazendo medições. Por exemplo, o processador 166 pode ligar o extensômetro resistivo 180 quando o processador recebe entrada do sensor de pré-carga 120 ou do sensor de sobrecarga 122, ou um sinal do acelerômetro indicando uma condição de alerta (por exemplo, perda de pré-carga, sobrecarga, ou movimento sísmico tal como queda de rocha ou impactos de detonações pesadas). O extensômetro resistivo 180 pode então coletar dados analógicos para uma avaliação mais precisa das atuais condições de carga. Apenas disparando o extensômetro resistivo analógico 180 quando necessário (em vez potencializando-o a todo momento) pode reduzir bastante o consumo de energia do dispositivo de sensoreamento 100 comparado a sensores convencionais.

[00109] Em outras modalidades, sensores de pré-carga e sobrecarga podem ser omitidos e o dispositivo de sensoreamento pode incluir apenas um extensômetro resistivo analógico em um espaçador.

[00110] A Figura 4A mostra o parafuso de rocha 102 e o dispositivo de sensoreamento 100 em operação normal com a pré-carga mantida. Como mostrado, a primeira e segunda molas de disco 138 e 140 do sensor de pré- carga 120 são comprimidas de maneira tal que a primeira mola de disco 138 faça contato com o primeiro contato elétrico 158. A terceira e quarta molas de disco 150 e 152 não são comprimidas, de maneira tal que a terceira mola de disco 150 não faça contato com o segundo contato elétrico 160, em virtude de a carga no parafuso de rocha 102 ficar abaixo do limiar de sobrecarga. Neste estado, o dispositivo de sensoreamento 100 provê saída indicando que o parafuso de rocha está funcionando normalmente e mantendo tensão de pré- carga. Em algumas modalidades, entretanto, nenhuma saída pode ser gerada quando o parafuso de rocha está em operação “OK” normal a fim de economizar o uso de potência. Por exemplo, o módulo de componentes eletrônicos 136 só pode usar potência quando um alerta é emitido ou quando o estado do parafuso de rocha é interrogado. Como um exemplo mais específico, o dispositivo de sensoreamento 100 pode incluir componentes eletrônicos (diodo(s) etc.) para interromper o circuito do sensor de pré-carga 120 quando a primeira mola de disco 138 faz contato com o contato elétrico 158 para conservar potência, uma vez que o sensor de pré-carga pode ficar nesse estado por semanas ou anos de uma vez. O sensor de sobrecarga 122, por outro lado, pode ser o oposto e só usar potência quando a terceira mola de disco 150 engata o contato elétrico correspondente 160.

[00111] Alternativamente, a saída pode ser provida periodicamente quando o estado do parafuso de rocha é “OK”. Pela redução da frequência de saída provida quando nenhum defeito está presente, ou apenas provendo automaticamente saída do dispositivo quando alertas são necessários (por causa de alguma operação anormal do parafuso de rocha), energia pode ser economizada e a vida do dispositivo de sensoreamento 100 pode ser estendida. Por exemplo, usando um sistema de coleta de energia de bateria, o dispositivo de sensoreamento 100 pode ser capaz de funcionar sem perda de potência por até 25 ou mesmo 50 anos ou mais. Por exemplo, um dispositivo de sensoreamento potencializado apenas por bateria pode durar mais de 20 anos. Um dispositivo de sensoreamento que coleta potência externa (por exemplo, potência sem fio de um cabo irradiante) pode durar 50 anos ou mais.

[00112] A Figura 4B mostra o parafuso de rocha 102 em um estado sobrecarregado. Se a carga exceder a tensão de sobrecarga limiar (por exemplo, por causa de sobretorque ou deslocamento de rocha), a terceira e quarta molas de disco 150 e 152 ficam planas, e a terceira mola de disco 150 engata o segundo contato elétrico 160 (por meio disso fechando o interruptor no sensor de sobrecarga e produzindo uma saída correspondente do sensor de sobrecarga). Neste estado, ambos os sensores de pré-carga e sobrecarga 120 e 122 são disparados, indicando que o parafuso de rocha está sobrecarregado, e um alerta de estado apropriado é produzido pelo dispositivo 100. O alerta pode incluir um dos códigos de alerta aqui discutidos. O alerta pode ser transmitido sem fio usando o transmissor 168 e a antena 172.

[00113] O parafuso de rocha 102 pode ficar solto do furo 110, ou a rocha na formação 112 pode quebrar causando perda de tensão no parafuso de rocha 102. A Figura 5 mostra o parafuso de rocha 102 deslocado da formação rochosa 112, com a tensão de pré-carga perdida. A primeira e segunda molas de disco resilientes 138 e 140 do sensor de pré-carga 120 retornaram para sua forma não comprimida original. A força provida pela primeira e segunda molas de disco 138 e 140 pode parcialmente puxar o parafuso de rocha 102 do furo 110 quando a pré-carga se perde. Neste estado, a primeira mola de disco 138 não mais engata o primeiro contato elétrico 158 como mostrado (dessa forma, abrindo efetivamente um interruptor no sensor). O processador 166 do módulo de componentes eletrônicos 136 farão com que um alerta seja produzido (por exemplo, de uma maneira sem fio pelo transmissor 168 e antena 172) para indicar que o parafuso de rocha 102 falhou.

[00114] O dispositivo de sensoreamento 100 pode manter uma pré- carga pré-estabelecida no parafuso de rocha 102 mostrado nas Figuras 2 e 4A a 5, ou um dispositivo de sensoreamento similar pode ser usado para manter uma pré-carga em outros tipos de parafusos de rocha, tais como parafusos infláveis e parafusos de atrito.

[00115] Embora o dispositivo de sensoreamento 100 nas Figuras 2 a 5 incluam tanto um sensor de pré-carga 120 quanto sensor de sobrecarga 122, outras modalidades podem incluir apenas um único sensor. Por exemplo, dispositivos em outras modalidades podem incluir apenas um sensor de pré- carga (omitindo o sensor de sobrecarga).

[00116] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo 100 mostrado na Figura 2) inclui um ou mais sensores de tensão analógicos para medir a real carga no parafuso de rocha, e o dispositivo de sensoreamento pode prover uma saída indicando uma carga medida exata. Tal saída pode ser transmitida de forma sem fio ou através de uma conexão física.

[00117] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo 100 mostrado na Figura 2) pode receber entrada solicitando estado do parafuso de rocha. Por exemplo, o dispositivo pode ser consultado e responder com um código indicando estado normal (OK). Opcionalmente, o dispositivo pode incluir um Sensor de Luz Codificado na Frequência (opto-transistor) que pode ser conectado a um processador (tal como o processador 166 na Figura 3), e o dispositivo pode prover verificação visual quase instantânea (por exemplo, por meio de LED 173 na Figura 2) para testar se o dispositivo de sensoreamento 100 está em um estado operacional. O Sensor de Luz Codificado na Frequência pode ser ativado por um Transmissor de Luz Codificado na Frequência, apontando seu feixe de luz para Sensor de Luz e emitindo um sinal de luz codificado para verificar o estado operacional quando desejado, ou em intervalos predeterminados. Opcionalmente, O Sensor de Luz Codificado na Frequência pode ser usado como um coletor de energia em ambientes com uma luz ampla presente, tais como túneis de tráfego, corredores de comunicação de mina, e em locais externos.

[00118] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2) pode incluir uma antena (tal como a antena 172) e pode receber potência sem fio por meio da antena para potencializar o dispositivo e/ou carregar uma fonte de alimentação (por exemplo, bateria) no dispositivo de sensoreamento. Dessa forma, o dispositivo de sensoreamento em algumas modalidades pode coletar energia de uma maneira sem fio. Similarmente, uma conexão física pode ser usada para potencializar e/ou carregar o dispositivo.

[00119] Em algumas modalidades, a saída do dispositivo de sensoreamento é transmitida a um computador central ou outra Unidade de Processamento Central (CPU). Por exemplo, um computador ou sistema de computador pode monitorar saídas de múltiplos parafusos de rocha.

[00120] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2) pode sensorear eventos sísmicos tal como detonações ou quedas de rocha, ou movimentos sísmicos, e o dispositivo de sensoreamento pode prover um alerta ou alarme se a magnitude das vibrações exceder um limiar pré-estabelecido. Por exemplo, um acelerômetro (não mostrado) pode ser usado para medir tais vibrações.

[00121] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2) pode realizar periodicamente autoteste e reportar os resultados a um computador central sem estímulo do computador central. O computador central pode emitir um alarme se o relatório de autoteste previsto não for recebido quando previsto, que pode permitir que o sistema de transmissão seja unidirecional, dessa forma potencialmente economizando custo e energia. O dispositivo de sensoreamento pode também ser disparado manualmente ou automaticamente para realizar um autoteste. Por exemplo, o dispositivo de sensoreamento pode incluir um sensor de luz visível, ultravioleta (UV) ou infravermelho (não mostrado) que, quando exposto a um feixe de luz visível, UV ou infravermelho dispara o autoteste.

[00122] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento (tal como o dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2) pode ser equipado para transmitir saída do dispositivo em frequências específicas e/ou com uma intensidade de sinal particular para seguir regulamentações para diferentes locais ou países. Várias redes e tecnologias de comunicação sem fio podem ser implementadas incluindo, mas não se limitando a: sinais de baixa frequência usando um laço tipo “leaky feeder”; protocolo Wi-Fi, celular ou Internet de Coisas (IoT).

[00123] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento pode não incluir contatos elétricos para engatar o elemento compressível resiliente, e o elemento compressível resiliente pode disparar uma mudança de estado de uma outra maneira. Por exemplo, um sensor de carga pode incluir um sensor do tipo proximidade que é disparado pelo movimento do elemento compressível resiliente. O sensor de proximidade pode ser um sensor de proximidade magnético ou capacitivo, para citar alguns exemplos.

[00124] Em algumas modalidades, um computador central pode comunicar com dispositivos de sensoreamento afixados a uma rede ou arranjo de parafusos de rocha. A rede de parafusos de rocha pode ser instalada em um túnel, mina ou outra estrutura subterrânea, por exemplo. Os dispositivos de sensoreamento podem cada qual ser similares ao dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2. Por exemplo, 10.000 ou mais dispositivos de sensoreamento similares podem ser dispostos. Em uma rede de parafusos de rocha cobrindo muitos quilômetros quadrados, os dispositivos de sensoreamento podem todos reportar a um computador central, e o computador central pode adicionalmente comunicar com cancelas-semáforos automáticos, etc. O computador central pode armazenar informação sobre o estado dos parafusos de rocha (por exemplo, alertas que certos parafusos de rocha falharam). Por exemplo, após uma folga de fim de semana, informação armazenada dos dias anteriores (incluindo informação sobre eventos de falha tal como sobrecarga ou perda de pré-carga) pode ser verificada antes de os trabalhadores irem para o subsolo. Além de prover segurança provendo alertas de dano ou fraqueza estrutural potencial, a saída/alertas de parafusos de rocha na rede podem ser usadas para estudar o processo de degeneração de uma formação. Tal saída pode ser registrada e usada para pesquisa forense.

[00125] Como aqui mencionado, o parafuso de rocha tipo âncora 102 mostrado nas Figuras 2 e 4A a 5 é apenas um exemplo dos tipos de parafusos de rocha que podem ser usados com as modalidades de dispositivo de sensoreamento descritas aqui (tal como o dispositivo de sensoreamento 100 mostrado nas Figuras 2 e 4A a 5). Outros tipos de parafusos de rocha, tais como parafusos de rocha de atrito e/ou infláveis, podem também ser usados. Além do monitoramento de carga, os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem prover igualmente uma tensão de pré-carga a tais parafusos de rocha.

[00126] Em algumas modalidades, uma ou mais molas de disco podem ser usadas em combinação com um ou mais discos planos para formar o elemento compressível resiliente de um ou mais sensores. Por exemplo, de volta novamente à Figura 2, a mola de disco 140 e/ou o disco de mola 152 pode ser substituído com uma chapa tipo arruela plana com um furo na mesma. As demais molas de disco 138 e 150 podem ainda comprimir para fazer contato com os contatos elétricos 158 e 160. A mola de disco 152 na Figura 2 poderia ser substituída com um disco plano /arruela que fica disposta adjacente à chapa de apoio 113.

[00127] As Figuras 6 a 8 mostram perfis seccionais transversais de parafusos de rocha de atrito e infláveis convencionais. A Figura 6 mostra um perfil seccional transversal de exemplo de um parafuso de rocha de atrito 202. O parafuso de rocha de atrito 202 tem um perfil seccional transversal no geral circular com um centro vazio 204, mas define uma fenda 203 ao longo de seu comprimento. Em um estado não expandido inicial, o parafuso 202 é colocado em um furo em uma formação rochosa (não mostrada). O parafuso de rocha 202 pode ser ligeiramente maior em diâmetro do que o furo, e, dessa forma, quando aplicado no furo, a fenda 203 contrairá ou retrocederá e o parafuso de rocha 202 fará pressão para fora contra o furo fazendo com que o atrito mantenha o parafuso de rocha 202 no lugar.

[00128] A Figura 7 mostra um perfil seccional transversal de exemplo de um parafuso de rocha inflável 206 em um estado desinflado. O parafuso de rocha define uma câmara vazia 207 que pode ser cheia com fluido hidráulico para inflar o parafuso de rocha 206 no estado inflado mostrado na Figura 8. O parafuso de rocha inflável 206 incluirá meios (tal como uma válvula de entrada de fluido hidráulico, não mostrada) na câmara vazia 207 para inflar o parafuso de rocha 206. O parafuso de rocha 206 pode ser inserido em um furo no estado desinflado e então inflado por um fluido hidráulico para prender o parafuso de rocha 206 no furo.

[00129] Diferente de parafusos de rocha tipo âncora, parafusos de rocha de atrito e infláveis tipicamente não têm uma porca em sua extremidade da cabeça a ser submetido a torque. Entretanto, parafusos de rocha de atrito e infláveis podem ainda ter um anel expandido ou recurso de outra forma alargado em sua extremidade da cabeça que se salienta na face da formação rochosa. Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem se apoiar no anel ou outro recurso alargado na extremidade da cabeça de um parafuso de atrito ou parafuso inflável, como será descrito a seguir. Alternativamente, os parafusos de rocha de atrito ou infláveis podem ser modificados para incluir uma cabeça ou plugue para manter um dispositivo de sensoreamento em posição, como descrito a seguir.

[00130] Em instalações de parafuso de rocha de atrito e/ou inflável convencionais, os parafusos de rocha não são tipicamente capazes de ter uma tensão de pré-carga aplicada ou mantida após instalação. Entretanto, pode ser desejável manter uma pré-carga em tais parafusos de rocha a fim de prover suporte estrutural adicional. Como descrito a seguir, usando um dispositivo de sensoreamento como descrito aqui, uma pré-carga pode ser mantida em tais parafusos de rocha. A pré-carga pode, em algumas modalidades, ser similar em força e precisão à pré-carga em parafusos de ancoragem convencionais. Esta pré-carga pode ser benéfica para a função dos parafusos de rocha e reforço da formação rochosa. Os parafusos de atrito podem ser tipicamente instalados usando uma ferramenta de pressão durante inserção do parafuso em uma formação rochosa. Pode também permitir monitoramento da carga do parafuso de rocha (similar ao dispositivo de sensoreamento 100 descrito anteriormente). No caso de um parafuso de atrito ou um parafuso inflável, o parafuso pode tipicamente se encaixado de forma relativamente confortável no furo de uma formação rochosa uma vez instalado e argamassa pode raramente ser usada.

[00131] Um parafuso de atrito ou inflável convencional pode ser modificado com meios para manter um adaptador na extremidade da cabeça do parafuso. Por exemplo, o parafuso de rocha pode ter uma rosca interna adicionada de forma que um adaptador possa ser aparafusado na extremidade da cabeça do parafuso. Outros mecanismos de fixação e retenção, tal como um grampo circular em um sulco, podem também ser usados para montar um adaptador. O adaptador pode ser mais largo que o parafuso de rocha de forma que o dispositivo de sensoreamento possa ser mantido entre o adaptador e a chapa de apoio. Alternativamente, o adaptador pode ter uma rosca externa e incluir uma porca que funcionará similar à porca em um parafuso de ancoragem tanto para conter o dispositivo de sensoreamento quanto para aplicar uma pré-carga.

[00132] Em algumas modalidades, um parafuso de rocha de atrito ou inflável convencional pode ser modificado para incluir um bico de inflagem na cabeça que permite inflagem enquanto uma ferramenta de pressão está carregando o parafuso e o dispositivo de sensoreamento até que um elemento compressível resiliente de um sensor de pré-carga seja suficientemente comprimido (no limiar de pré-carga). Uma lâmpada (por exemplo, LED) ou sinal pode ser usado para indicar que a pré-carga adequada foi atingida. Existem muitas maneiras de permitir a pressão inicial no parafuso de rocha para prover a pré-carga. Em um exemplo, um plugue, que atua como uma rolha para líquido hidráulico para inflar um parafuso de rocha inflável, pode ser soldado na extremidade do parafuso de rocha. O plugue pode ser de maior diâmetro do que o parafuso. O plugue pode ter um bico de acesso perpendicular para inflagem. Um arranjo como esse é mostrado na Figura 9 e descrito a seguir.

[00133] A Figura 9 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento 300 de acordo com uma outra modalidade e uma vista em seção transversal no sentido do comprimento do parafuso de rocha inflável 302 e uma ferramenta de instalação de parafuso inflável 304 para instalar o parafuso de rocha inflável 302. A ferramenta de instalação 304 é mostrada apenas parcialmente na Figura 9. O parafuso de rocha 302 nesta modalidade é um parafuso inflável com um plugue tipo cabeça 306 soldado em sua extremidade da cabeça 308. A Figura 9 também mostra uma arruela de distribuição ou chapa de apoio 310 que seria adjacente à face de uma formação rochosa (não mostrado). O dispositivo de sensoreamento 300 inclui um espaçador, 318 (similar ao espaçador 118 na Figura 2) primeira mola de disco 312 e um primeiro contato elétrico 314, juntos formando um interruptor do sensor de pré-carga. O dispositivo de sensoreamento 300 inclui uma segunda mola de disco 316 e um segundo contato elétrico 317, juntos formando um interruptor do sensor de sobrecarga. A posição dos interruptores do sensor de pré-carga e sobrecarga pode ser invertida em outras modalidades. Esses sensores são arranjados e funcionam de maneira similar ao sensor de pré-carga 120 e ao sensor de sobrecarga 122 supradescritos com referência às Figuras 2 a 5. A primeira e segunda molas de disco 312 e 316 são arranjadas nas extremidades opostas do espaçador 318. O dispositivo de sensoreamento 300 também inclui um alojamento de componentes eletrônicos 320 e uma cobertura do dispositivo 322. O alojamento 320 opcionalmente inclui componentes elétricos (não mostrados) tais como, mas não se limitando a componentes de sensor, processador, transmissor, receptor, fonte de alimentação e uma antena, etc. A cobertura do dispositivo 322 cobre as molas de disco 312 e 316, os contatos elétricos 314 e 317, o espaçador 318 e o alojamento 320. A cobertura do dispositivo 322 pode ser deformável ou colapsível para permitir compressão da primeira e segunda molas de disco 312 e 316. Os elementos do dispositivo de sensoreamento 300 dentro da cobertura do dispositivo 320 são mostrados em linhas pontilhadas em virtude de serem normalmente ocultos pela cobertura do dispositivo 322. Similar ao dispositivo de sensoreamento 300 mostrado nas Figuras 2 a 5, o dispositivo de sensoreamento 300 na Figura 9 tem formato geral de anel ou tubo e define uma passagem 324 através do mesmo para passagem do parafuso de rocha 302. O dispositivo de sensoreamento em outras modalidades pode ter um formato diferente (por exemplo, periferia triangular ou retangular). Modalidades não são limitadas a nenhum formato particular.

[00134] O dispositivo de sensoreamento 300 também inclui meios de saída (não mostrados) para indicar o estado do parafuso de rocha 302 com base em saída dos sensores de pré-carga e sobrecarga. Por exemplo, uma lâmpada e/ou transmissão de um sinal de saída pode ser usado, como descrito anteriormente. Modalidades não são limitadas a nenhum tipo particular de saída.

[00135] O parafuso de rocha 302 define um vazio 328 que se estende substancialmente ao longo do comprimento do parafuso 302. A cabeça tipo plugue 306 do parafuso de rocha 302 inclui uma entrada de fluido hidráulico 330 para permitir que fluido hidráulico entre no vazio 328 para inflar o parafuso de rocha 302.

[00136] A ferramenta de instalação 304 inclui uma seção de propulsor 332 com uma cabeça de propulsão 334 configurada para se ajustar sobre cabeça 306 do parafuso de rocha 302 e pressionar o parafuso de rocha 302 com pelo menos a força de pré-carga adequada. A seção de propulsor 332 pode ser hidraulicamente acionada. Uma ferramenta de instalação convencional pode não ser configurada para pressionar com força suficiente, mas pode ser modificada para assim proceder. A ferramenta de instalação 304 também inclui um bico de inflagem 336 e passagem de fluido interna 338 que comunica fluido hidráulico do bico de inflagem 336 à cabeça de propulsão 334. A passagem de fluido 338 é alinhada para comunicar fluido hidráulico à entrada de fluido hidráulico 330 do parafuso de rocha 302 quando a ferramenta de instalação 304 está sem parafuso de rocha 302. A cabeça de propulsão 334 da ferramenta de instalação 304 inclui um recesso 340 dimensionado para se ajustar sobre a cabeça 306 do parafuso de rocha 302 e um anel-O 342 dentro do recesso 340 arranjado para prover uma vedação e impedir vazamento de fluido hidráulico entre a ferramenta de instalação 304 e o parafuso de rocha 302. O bico de inflagem 336 pode ser conectado a uma fonte de fluido hidráulico (não mostrada). A ferramenta de instalação particular 304 mostrado na Figura 9 é provida apenas a título de exemplo. Outras ferramentas com diferentes estruturas podem ser usadas para instalar o parafuso de rocha 302 com o dispositivo de sensoreamento 300. Em outras modalidades, a instalação pode ser manual sem o uso de uma ferramenta de instalação comum. Modalidades não são limitadas a nenhum método particular de instalação dos dispositivos de sensoreamento aqui descritos. Uma arruela de carga 344 é incluída no dispositivo de sensoreamento 300 nesta modalidade. A carga arruela é adjacente à primeira mola de disco 312 e é para ser posicionada contra a cabeça 306 do parafuso de rocha. A cabeça 306 do parafuso de rocha 302 empurra a arruela de carga 344, que, por sua vez, empurra a primeira mola de disco 312.

[00137] Para instalar o parafuso de rocha 302, o dispositivo de sensoreamento 300 pode primeiramente ser colocado sobre o parafuso de rocha 302, enquanto o parafuso de rocha 302 está em seu estado desinflado e antes de o parafuso de rocha 302 ser colocado (extremidade dianteira 326 primeiro) no furo da formação rochosa (não mostrado). Em seguida, a cabeça de propulsão 334 é colocada sobre a cabeça 306 do parafuso de rocha 302 e empurra o parafuso de rocha para aplicar a pré-carga desejada, que nivela a primeira mola de disco 312 de maneira tal que ela faça contato com primeiro contato elétrico 314. O dispositivo de sensoreamento 300 indica que a pré- carga é mantida correspondentemente tanto provendo uma saída quanto interrompendo uma saída. Por exemplo, um sinal de saída pode ser transmitido indicando o estado como “OK”, e/ou uma saída (tal como uma transmissão de alerta ou luz) que previamente indicou uma ausência de pré- carga pode simplesmente cessar. Em seguida, a ferramenta de instalação 304 pode inserir fluido hidráulico o bastante no parafuso de rocha 302 para inflar completamente o parafuso de rocha 302 e fixá-lo na posição na formação rochosa. A inflagem pode tipicamente ser controlada monitorando a pressão hidráulica e parando automaticamente uma bomba em uma pressão hidráulica limiar (por exemplo, 300 Bar de pressão hidráulica). Após a inflagem, a ferramenta de instalação 304 pode ser liberada e removida, e o parafuso de rocha 302 é instalado com uma pré-carga mantida pela primeira mola de disco 312.

[00138] A Figura 10 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento 400, que é similar ao dispositivo de sensoreamento 300 da Figura 9, mas a arruela de carga chata 444 é externa ao dispositivo de sensoreamento 400 nesta modalidade e é colocada entre o dispositivo de sensoreamento 400 e uma extremidade da cabeça 404 do parafuso de rocha 402. O parafuso de rocha 402 neste exemplo é mostrado em uma seção transversal no sentido do comprimento na Figura 10 e é similar em funcionalidade ao parafuso de rocha 302 supradescrito com referência à Figura 9. Entretanto, o parafuso de rocha 402 tem uma cabeça em formato de rolo 403 (em vez de uma cabeça do tipo soldada no plugue) em sua extremidade da cabeça 404. A cabeça em formato de rolo 403 tem uma superfície externa rolada 406 que se estende lateralmente para fora e que define uma ampla abertura 408 para o vazio ou canal 410 do parafuso de rocha 402. Este parafuso de rocha 402 pode ser instalado em um furo 407 em uma formação rochosa 409 por uma ferramenta de instalação 412 que é também parcialmente mostrado na Figura 10.

[00139] Neste exemplo, a ferramenta de instalação 412 inclui um bico de canal hidráulico largo 414 que se encaixa e veda a abertura 408 para inflagem do parafuso 402. O bico de canal hidráulico 414 neste exemplo tem uma periferia externa 416 dimensionada para se encaixar confortavelmente na abertura e também inclui um anel-O 446 parcialmente colocado na periferia externa para vedar contra a abertura 408. A ferramenta de instalação 412 também inclui uma entrada 418 conectada a uma passagem de fluido 420 para receber fluido (não mostrada) para inflar o parafuso de rocha 402. A passagem de fluido 420 tem uma saída de fluido 422 centralmente localizada no bico de canal hidráulico 414.

[00140] A ferramenta de instalação inclui adicionalmente uma seção de propulsor 424 que é mais ampla que o bico de canal hidráulico 414. A seção de propulsor 424 define uma superfície plana 430 que se estende lateralmente para fora do bico de canal hidráulico 414 que é perpendicular ao comprimento do parafuso de rocha 402 durante o processo de instalação. Esta superfície 430 faz pressão contra a cabeça em formato de rolo 403 do parafuso de rocha 402 para aplicar pré-carga. A seção de propulsor 424 pode ser hidraulicamente acionada para prover a pré-carga, similar à ferramenta de instalação 304 supradiscutida com relação à Figura 9. Uma chapa de apoio 448 é incluída entre o dispositivo de sensoreamento 400 e a formação rochosa 409 neste exemplo.

[00141] A ferramenta de instalação 412 e o processo de instalação para o parafuso de rocha 402 são similares ao processo para o parafuso de rocha 302 supradescrito com relação à Figura 9.

[00142] A Figura 11 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento 500 (similar ao dispositivo de sensoreamento 300 mostrado na Figura 9) usado com parafuso de rocha de atrito 502. Uma chapa de apoio 506 é também mostrada na Figura 11. Como visto na Figura 11, o parafuso de rocha 502 inclui uma fenda 508 que permite contração e expansão do parafuso de rocha 502 ao longo de seu comprimento à medida que ele é empurrado dentro de um furo em uma formação (não mostrada). O parafuso de rocha 502 tem uma porção da cabeça chata 504 que é mais larga que o restante do parafuso de rocha 502. A porção da cabeça 504 pode ser uma peça soldada, ou o parafuso de rocha 502 pode ser produzido integralmente com a porção da cabeça chata 504. Qualquer meio adequado pode ser usado para pressionar o parafuso de rocha 502 dentro do furo na formação para aplicar a pré-carga ao dispositivo de sensoreamento 500. Após instalação, o dispositivo de sensoreamento 500 manterá a pré-carga, similar ao dispositivo de sensoreamento 300 supradescrito com referência à Figura 9.

[00143] Similar ao dispositivo de sensoreamento 100 na Figura 2, os dispositivos de sensoreamento 300, 400 e 500 nas Figuras 9, 10 e 11 produzem saída que indica o estado do respectivo parafuso de rocha 302, 402 e 502. A saída pode indicar que o parafuso de rocha 302, 402 ou 502 é OK com a pré-carga mantida; ou a saída pode ser um primeiro alerta indicando uma perda de pré-carga ou um segundo alerta indicando sobrecarga. Esta saída pode ser baseada na combinação de estados de saída binários dos sensores de pré-carga e sobrecarga como aqui descrito. Os dispositivos de sensoreamento 300, 400 e 500 podem também incluir hardware para fazer medições de carga analógicas e gerar uma saída correspondentemente. A saída pode ser provida por um indicador visual ou de áudio (por exemplo, lâmpada e/ou alto-falante) e/ou a saída pode ser um sinal que é gerado e transmitido para um outro dispositivo, tal como um computador central. Outras variações e opções descritas podem também ser implementadas nos dispositivos de sensoreamento 300, 400 e 500.

[00144] Como aqui discutido, o espaço entre um parafuso de rocha e uma superfície de um furo em uma formação pode ser preenchido pela argamassa, epóxi ou concreto de pega rápida especial injetado para melhorar a ancoragem na formação. A aplicação de argamassa pode tipicamente ser feita de diferentes maneiras. Em um método, concreto argamassa é bombeada no furo da formação antes da inserção do parafuso. Alternativamente, a concreto argamassa é bombeada através de um furo central do parafuso ou através de um bico na placa separadora após o parafuso ser inserido no furo na formação. Tipicamente, concreto argamassa pode exigir a espera de aproximadamente 10 minutos para a argamassa consolidar antes de aplicar torque em uma porca de um parafuso de ancoragem. Para um parafuso de atrito ou inflável, uma força de pressionar é aplicada ao parafuso até a argamassa ter consolidado. Como uma outra alternativa, epóxi pode ser injetado à mão no furo na formação, por exemplo, com pistolas de calefação. Alternativamente, um endurecedor e porções de epóxi de base nas respectivas peles de plástico são colocadas no furo antes do parafuso, e o parafuso pode ser usado no furo para misturar o epóxi (por exemplo, girando o parafuso).

[00145] As Figuras 12 e 13 são vistas laterais parciais de parafusos de rocha infláveis 602 e 652 respectivamente que ilustram ainda adaptações adicionais para afixar um dispositivo de sensoreamento (tal como dispositivo de sensoreamento 100, 300, 400 ou 500 supradescrito com relação às Figuras 2 a 5 e 9 a 11. Na Figura 12, o parafuso de rocha inflável 602 tem uma extremidade da cabeça 604 com uma abertura 606, e também inclui uma câmara vazia 608 para inflagem que se estende no sentido do comprimento a partir da extremidade da cabeça 604 e substancialmente até a extremidade oposta (não mostrada). A extremidade da cabeça 604 define um anel entalhado 610 (que é entalhado na abertura 606) em torno de uma periferia circunferencial externa do parafuso de rocha 602. O parafuso de rocha 602 nesta modalidade é modificado com um plugue 612 que é dimensionado para ser parcialmente recebido na abertura 606 do parafuso de rocha 602. O plugue 612 define um sulco rebaixado 614 próximo a uma primeira extremidade 615 que é modelado complementar ao anel entalhado 610 de forma que o plugue 612 seja mantido na abertura 606 em uma posição fixa. O plugue 612 é alongado e se estende no sentido do comprimento da abertura 606 até uma segunda extremidade 616 (oposta à primeira extremidade 615). Um canal do fluido hidráulico 618 se estende da primeira extremidade 615 até a segunda extremidade 616 do plugue 612 de forma que fluido para inflar o parafuso de rocha 602 possa passar através do plugue 612 e entrar na câmara 608 do parafuso de rocha 602. O plugue 612 é rosqueado próximo à segunda extremidade 616 para receber uma porca (não mostrada) nas roscas 620. Uma porca (não mostrada) similar à porca 104 mostrada na Figura 2 pode ser rosqueada no plugue 612 e usada para aplicar uma pré-carga no dispositivo de sensoreamento (não mostrado).

[00146] A Figura 13 mostra também um outro parafuso de rocha inflável 652 similar ao parafuso de rocha 602 mostrado na Figura 12, mas, em vez de um plugue que é inserível em uma abertura, este parafuso de rocha 652 inclui um plugue 654 soldado na extremidade da cabeça 656 do parafuso de rocha 652. O plugue 654 nesta modalidade tem uma superfície de extremidade plana 658 que pode ser usada para pressionar o parafuso de rocha 652 dentro de um furo (não mostrado) similar aos parafusos de rocha 302, 402 e 502 descritos aqui com relação às Figuras 9 a 11. O plugue 654 na Figura 13 também tem uma periferia externa 660 que se estende em torno de sua circunferência, com uma entrada de fluido 662 na periferia externa 660 e um canal do fluido hidráulico 664 da entrada 662 até uma superfície de extremidade interna 666 que fica voltada para a câmara interna 668 do parafuso de rocha 652.

[00147] As Figuras 14 a 16 são cada qual vistas seccionais transversais laterais de um dispositivo de sensoreamento 700 de acordo com também uma outra modalidade, mostrado afixado a um parafuso de rocha tipo âncora 702. Com referência agora à Figura 14, este dispositivo de sensoreamento 700 inclui um sensor de pré-carga 704 e um sensor de sobrecarga 706 separados por um espaçador tubular 708 e alojamento de componentes eletrônicos 710 que circunda o espaçador 708. O dispositivo de sensoreamento 700 é similar em estrutura e função ao dispositivo de sensoreamento 100 mostrado na Figura 2 com o parafuso de rocha 702 passando através do dispositivo de sensoreamento 700 como mostrado na Figura 14. O sensor de pré-carga 704 inclui uma primeira mola de disco simples 712 e um primeiro contato elétrico 714. O sensor de sobrecarga 706 inclui uma segunda mola de disco simples 716 e um segundo contato elétrico 718. A segunda mola de disco 716 é mais forte que a primeira mola de disco 712, em que exige uma maior carga para comprimir e ficar plana. A primeira mola de disco 712 fica plana a um limiar de pré-carga, e a segunda mola de disco 716 fica plana a um limiar de sobrecarga. Nesta modalidade, o dispositivo de sensoreamento inclui uma arruela plana 720 entre o sensor de pré-carga 704 e a porca 722 do parafuso de rocha 702. A arruela plana 720 se apoia na primeira mola de disco 712 para planificar a primeira mola de disco 712 contra o primeiro contato elétrico 714 quando a pré-carga é aplicada. A arruela plana 720 pode ser feita de qualquer material adequadamente rígido capaz de suportar as cargas colocadas no parafuso de rocha 702. Por exemplo, a arruela plana 720 pode ser feita de aço. A Figura 14 também mostra uma chapa de apoio 724 ou arruela de distribuição entre o dispositivo de sensoreamento 700 e a formação rochosa 726. O parafuso de rocha 712 é instalado em um furo 728 da formação rochosa 726. O dispositivo de sensoreamento 700 pode também incluir uma cobertura protetora (não mostrada) e/ou outros meios adequados para proteger o dispositivo de sensoreamento 700 contra sujeira e água.

[00148] A Figura 14 mostra o parafuso de rocha 702 com uma pré- carga mantida.

[00149] A Figura 15 mostra o parafuso de rocha 702 e o dispositivo de sensoreamento 700 em uma primeira condição de alerta ou defeito. Em particular, a condição de sobrecarga é mostrada na Figura 15, na qual a segunda mola de disco 716 é plana e faz contato com o segundo contato elétrico 718, por meio disto disparando o sensor de sobrecarga e uma saída de alarme ou alerta apropriado indicando sobrecarga.

[00150] A Figura 16 mostra o parafuso de rocha 702 e o dispositivo de sensoreamento 700 em uma segunda condição de alerta ou defeito. Em particular, a perda de condição de pré-carga é mostrada na Figura 15, na qual a primeira mola de disco 712 e a segunda mola de disco 716 são ambas descomprimidas (e não fazendo contato com o primeiro e segundo contatos elétricos correspondentes 714 e 718), por meio disto disparando uma saída de alarme ou alerta apropriado indicando perda de pré-carga.

[00151] A Figura 17 é uma vista seccional transversal de um dispositivo de sensoreamento 800 de acordo com ainda uma outra modalidade, mostrado afixado ao mesmo parafuso de rocha de âncora 702 no furo 728 da formação 726 das Figuras 14 a 16. O dispositivo de sensoreamento 800 da Figura 17 inclui um sensor de pré-carga 804 e um sensor de sobrecarga 806. Esses sensores são similares em estrutura e função aos sensores de pré-carga e sobrecarga 704 e 706 mostrados nas Figuras 14 a 16, exceto que o sensor de sobrecarga 806 na Figura 17 inclui duas molas de disco 818 e 819. As molas de disco 818 e 819 são arranjadas em paralelo no parafuso de rocha 702 e ficam em uma orientação especular uma em relação à outra. O dispositivo de sensoreamento 800 também inclui um segundo espaçador tubular curto 809 colocado entre a chapa de apoio 724 e o par de molas de disco 818 e 819. Senão, o dispositivo de sensoreamento 800 é similar em estrutura e função ao dispositivo de sensoreamento 700 mostrado nas Figuras 14 a 16.

[00152] Em algumas modalidades, um dispositivo de sensoreamento pode incluir apenas um único sensor de carga (por exemplo, apenas um sensor de pré-carga ou um sensor de sobrecarga). A Figura 18 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento 900 de acordo com também uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha de âncora 902. O dispositivo de sensoreamento 900 neste exemplo inclui um sensor de pré-carga 904, mas não um sensor de sobrecarga. O dispositivo de sensoreamento 900 inclui adicionalmente um espaçador tubular 908, um alojamento de componentes eletrônicos 910, e uma arruela plana 911. A arruela plana 911 é adjacente à porca 913 do parafuso de ancoragem 902. O sensor de pré-carga 904 inclui uma mola de disco 912 arranjada entre a arruela plana 911 e o espaçador 908. O contato elétrico 914 é estabelecido em e se salienta parcialmente no alojamento de componentes eletrônicos 910, e o contato elétrico 914 é arranjado para fazer contato com a mola de disco 912 quando a mola de disco 912 é comprimida a um estado plano. O alojamento de componentes eletrônicos 910 nesta modalidade é na forma de um corpo do alojamento 916 que é afixado a um grampo do alojamento 918. O grampo do alojamento 918 modelado e configurado para prender o espaçador 908 para afixar o alojamento de componentes eletrônicos 910 no espaçador 908. O alojamento de componentes eletrônicos 910 pode ser removível e/ou substituível. Os grampos do alojamento 918 de vários tamanhos podem ser usados em combinação com espaçadores 908 de vários tamanhos para se adaptar a múltiplos tamanhos de parafusos de rocha.

[00153] O contato elétrico 914 é arranjado no corpo do alojamento 916. Também contido no corpo do alojamento 916 nesta modalidade é um processador 922, um transmissor 924 e uma bateria 926. Um diodo emissor de luz (LED) 928 é arranjado em uma periferia externa 930 do corpo do alojamento 910. O processador 922, o transmissor 924, a bateria 926 e o LED 928 desempenham funções similares ao processador 166, transmissor 168, fonte de alimentação 170 e luz 173 do dispositivo de sensoreamento 100 mostrado na Figura 3. O parafuso de rocha 902 na Figura 18 pode também incluir uma antena 948 (mostrada nas Figuras 18 e 21) conectada ao transmissor 924 para transmitir sinais (tais como alertas) do transmissor 924.

[00154] O parafuso de rocha 902 e o dispositivo de sensoreamento 900 são mostrados antes de uma pré-carga ser aplicada para instalação do parafuso de rocha 902 em um furo 932 de uma formação rochosa 934. Após instalação com uma pré-carga, o dispositivo de sensoreamento 900 fornecerá alertas quando tensão de pré-carga é perdida no parafuso.

[00155] A Figura 19 é uma vista de extremidade do alojamento de componentes eletrônicos 910 e do espaçador 908 mostrado na Figura 18. O perfil de base do grampo 918 é visível na Figura 19. O grampo 918 agarra o espaçador 908 com força suficiente para manter o alojamento de componentes eletrônicos 910 na posição. Em outras modalidades, o espaçador 908 pode definir um canal, e o grampo 918 pode deslizar dentro do canal para ajudar a manter a posição do grampo 918.

[00156] A Figura 20 é uma vista lateral do dispositivo de sensoreamento 900 e do parafuso de rocha 902, mas também mostrando a cobertura protetora 944 sobre o dispositivo de sensoreamento 900 com uma etiqueta ID 946 mantida pela porca 913. A etiqueta ID 946 pode ser feita de alumínio, por exemplo. A chapa de apoio 941 é também mostrada na Figura 20. A cobertura protetora 944 é similar à cobertura 174 do parafuso de rocha 102 mostrado na Figura 2. A cobertura protetora 944 é mostrada recortada para revelar o restante do dispositivo de sensoreamento 900 que está dentro da cobertura 944 na Figura 20.

[00157] A Figura 21 é uma vista em perspectiva do dispositivo de sensoreamento 900 (incluindo a cobertura protetora 944) e o parafuso de rocha 902. A Figura 21 também mostra uma antena 948 que é conectada ao transmissor 924 mostrado na Figura 18.

[00158] A Figura 22 é uma vista lateral de dispositivo de sensoreamento 1000 de acordo com uma outra modalidade afixado a um parafuso de rocha 1002 (que é mostrado apenas parcialmente). O dispositivo de sensoreamento inclui um sensor de pré-carga 1004, um espaçador 1008 e um alojamento de componentes eletrônicos 1010. O alojamento de componentes eletrônicos 1010 é novamente preso no espaçador 1008, similar ao dispositivo de sensoreamento 900 mostrado nas Figuras 18 e 19. O sensor de pré-carga novamente compreende uma mola de disco 1012 adjacente ao espaçador 1008 e um contato elétrico 1014 que se salienta no alojamento de componentes eletrônicos 1010 e arranjado para fazer contato com a mola de disco 1012 quando a mola de disco 1012 fica plana. A mola de disco 1012 é mostrada em um estado plano comprimido na Figura 22 para efeitos ilustrativos, a despeito de nenhuma presença de uma porca, formação rochosa ou chapa de apoio que realmente proveria uma força de compressão na mola de disco.

[00159] A Figura 23 é uma vista de extremidade do alojamento de componentes eletrônicos 1010 e do espaçador 1008 do dispositivo de sensoreamento 1000 da Figura 22. Como mostrado na Figura 23, o alojamento de componentes eletrônicos 1010 inclui um corpo do alojamento principal 1006 para conter os componentes eletrônicos (não mostrados) do sensor e um grampo 1022 para manter o alojamento no espaçador 1008. O alojamento nesta modalidade inclui rebites de metal 1030 que fornecem uma conexão elétrica entre os componentes eletrônicos do alojamento 1010 e o espaçador 1008, que é de metal. O espaçador proverá uma conexão elétrica entre o alojamento 1010 e o parafuso 1002. O parafuso 1002 por sua vez provê uma conexão elétrica com a mola de disco 1012, que é também de metal. Dessa forma, um circuito fechado completo com os componentes eletrônicos no alojamento 1010 é provido quando a mola de disco 1012 comprime e faz contato com contato elétrico 1014 do alojamento 1010. O dispositivo 1000 também inclui um LED 1040 no alojamento. O dispositivo 1000 provê saída (por exemplo, transmissão de luz e/ou sinal) indicando se a pré-carga é ou não mantida similar aos outros dispositivos descritos aqui. Os rebites 1030 podem manter uma tensão que é transferida através do espaçador 1008 e do parafuso de rocha 1002 para a mola de disco 1012. Dessa forma, a tensão pode ser transferida através do contato elétrico 1014 para os componentes eletrônicos (não mostrados) no dispositivo de sensoreamento 1000 quando a mola de disco 1012 é comprimida e engata o contato elétrico 1014. Um processador no alojamento de componentes eletrônicos (não mostrado) ou outros componentes eletrônicos pode dessa forma detectar quando a mola de disco 1012 é comprimida e engata o contato elétrico 1014.

[00160] O dispositivo de sensoreamento 1000 também inclui rolhas 1041 (por exemplo, rolhas de borracha) no alojamento que são niveladas com ou ligeiramente inferiores ao contato elétrico 1014 para proteger o alojamento 1010 da mola de disco 1012.

[00161] A Figura 24 é uma vista seccional transversal lateral de um dispositivo de sensoreamento 1100 em um parafuso de rocha 1102 de acordo com também uma outra modalidade. O dispositivo de sensoreamento 1100 é estrutural e funcionalmente similar ao dispositivo de sensoreamento 900 mostrado na Figura 18 e inclui um sensor de pré-carga 1104, um espaçador tubular 1108 e um alojamento de componentes eletrônicos 1110. Entretanto, neste exemplo, o sensor de pré-carga 1104 inclui três molas de disco similares 1112 arranjadas em paralelo e similarmente orientadas como mostrado na Figura 24. As três molas de disco 1112 são escolhidas para, juntas, comprimir em um estado plano para fazer contato com o contato elétrico 1114 no limiar de pré-carga desejado. O espaçador 1108 nesta modalidade tem um flange que se estende para fora 1118 em uma extremidade inferior 1119 do espaçador 1108, e um anel-O de borracha é incluído entre o flange 1118 e o alojamento de componentes eletrônicos 1110. O anel-O 1120 pode comprimir ligeiramente (por exemplo, até 0,5 ou 1 mm) na presença da tensão de pré- carga e o contato elétrico 1114 é arranjado para permitir a dita compressão do anel-O 1120 e ainda fazer contato com as molas de disco 1112 quando a pré- carga é aplicada. A Figura 24 também mostra o LED 1140 no alojamento de componentes eletrônicos 1110. Nesta modalidade, um anel-O de borracha expandida 1122 é também incluído em torno do parafuso de rocha 1102 e entre a chapa de apoio 1124 e a formação rochosa 1126.

[00162] Em algumas modalidades, um sensor de pré-carga e/ou um sensor de sobrecarga pode não incluir um contato elétrico e/ou mola de disco correspondente. Por exemplo, outros elementos compressíveis resilientes e mecanismos de disparo podem ser usados. Em algumas modalidades, um gatilho magnético (em vez de elétrico) pode ser implementado no(s) sensor(es). Por exemplo, um elemento compressível resiliente pode disparar um sensor magnético (em vez de exigir que o elemento compressível engate um contato elétrico).

[00163] Em diferentes aplicações, diferentes níveis de precisão ou tolerância para disparar alertas podem ser desejados. Em algumas modalidades, a distância que o(s) elemento(s) compressível(is) do dispositivo de sensoreamento move durante compressão pode variar para prover uma precisão e/ou tolerância de sensor desejada. O tamanho do alojamento de componentes eletrônicos (que inclui contatos elétricos ou outros componentes de sensor em algumas modalidades) pode também variar de tamanho, comprimento e/ou posição no espaçador.

[00164] Em algumas modalidades, os sensores de pré-carga e/ou sobrecarga podem incluir um sensor de proximidade (tal como um sensor de proximidade capacitivo) em vez de um contato elétrico para sensorear movimento do elemento compressível (tal como uma mola de disco). Um sensor de proximidade pode ser integrado no alojamento de componentes eletrônicos (no lugar de um contato elétrico) e pode ser estacionário em relação ao alojamento. Se múltiplos sensores de proximidade forem usados (por exemplo, um para o sensor de pré-carga e um para o sensor de sobrecarga, o sensor de proximidade pode ser ajustado para disparar tolerância independentemente.

[00165] Um sensor de proximidade capacitivo pode ter uma tolerância de projeto relativa à distância do elemento compressível até o sensor que disparará um alerta. Para o sensor de pré-carga, a tolerância pode ser até que ponto distante do sensor de proximidade a mola de disco pode mover (descomprimir) antes de um alerta ser disparado. Para o sensor de sobrecarga, a tolerância pode ser até que ponto próximo ao sensor de proximidade a mola de disco pode mover (comprimir) antes de um alerta ser disparado. A tolerância pode ser na faixa de aproximadamente 1mm a 2mm, por exemplo, mas modalidades não são limitadas a nenhum nível de tolerância particular.

[00166] Para o sensor de pré-carga, o sensor de proximidade e uma mola de disco podem ser escolhidos e arranjados de maneira tal que o sensor de pré-carga sensoreie quando o elemento compressível está plano (comprimido). A distância da mola de disco plana até o sensor de proximidade pode ser, por exemplo, 4 mm. Então, se a mola de disco for expandida por causa de perda de pré-carga e mover 1 a 2mm para fora do sensor de proximidade, o sensor de proximidade pode disparar um alarme. Calços podem ser usados para prover o espaçamento necessário entre a mola de disco (ou outro elemento compressível) e o sensor de proximidade. Similarmente, para um sensor de sobrecarga, o sensor de proximidade pode disparar um alarme se a arruela ficar plana, dessa forma movendo para uma posição em torno de 4 mm do sensor de proximidade. Essas distâncias de exemplo entre a mola de disco e o sensor de proximidade são dadas apenas a título de exemplo.

[00167] Calços podem ter cada qual, por exemplo, aproximadamente menos que 1mm de espessura (por exemplo, 0,4 mm). Calços de espessuras variadas podem ser usados da maneira desejada para diferentes implementações. Se um dispositivo de sensoreamento estiver provendo falsos alarmes, a adição ou remoção de calços pode ser usada para ajustar a calibração e/ou tolerância da pré-carga ou do sensor de sobrecarga correspondentemente.

[00168] A Figura 25 é uma vista seccional transversal parcial lateral de um dispositivo de sensoreamento 2500 no parafuso de rocha 2502 para instalação na formação rochosa 112. O dispositivo de sensoreamento 2500 é uma versão modificada do dispositivo de sensoreamento 100 mostrado na Figura 2. O dispositivo de sensoreamento 2500 inclui o mesmo sensor de sobrecarga 122 incluindo a terceira e quarta molas de disco 150 e 152 e o contato elétrico correspondente 160. O sensor de pré-carga 2520 nesta modalidade ainda inclui a primeira e segunda molas de disco 138 e 140. Em vez de um contato elétrico, o sensor de pré-carga inclui um sensor de proximidade 2522 que sensoreia a proximidade da primeira mola de disco 138. O sensor de proximidade 2522 é integrado no alojamento 124 e conectado a um processador (não mostrado) no alojamento 124, que é similar ao processador 166 do dispositivo de sensoreamento 100 mostrado na Figura 2. O sensor de proximidade 2522 é posicionado e calibrado para disparar quando a primeira mola de disco 138 estiver plana (comprimida). O sensor de proximidade 2522 é arranjado em uma extremidade do alojamento de componentes eletrônicos 124 voltada para a primeira mola de disco 138 neste exemplo.

[00169] A fim de prover distância suficiente do sensor de proximidade 2522 até a primeira mola de disco 138, calços adicionais 2524 (por exemplo, arruelas) são colocados entre o espaçador 118 e a primeira e segunda molas de disco 138 e 140. A distância desejada entre o sensor de proximidade 2522 e a primeira mola de disco 138 pode variar dependendo do tipo e especificações do sensor de proximidade 2522 e modalidades não são limitadas a nenhuma distância ou configuração particular.

[00170] Como aqui discutido, parafusos de rocha podem ter vários tamanhos, incluindo vários diâmetros. O parafuso de rocha 2502 na Figura 25 tem um menor diâmetro do que o parafuso de rocha 102 mostrado na Figura 2. Para permitir que o dispositivo de sensoreamento 2500 se adapte a ambos os tamanhos de parafuso de rocha, quatro arruelas de adaptação 2532, 2534, 2536 e 2538 são usadas junta com a camisa de adaptação 2540. A primeira arruela de adaptação 2532 é dimensionada para preencher a lacuna entre a primeira mola de disco 138 e o parafuso de rocha. Especificamente, o diâmetro interno da primeira arruela de adaptação 2532 é dimensionado ligeiramente maior que o diâmetro do parafuso de rocha 2502, e o diâmetro externo da primeira arruela de adaptação 2532 é dimensionado ligeiramente menor que o furo central 142 da primeira mola de disco 138. A primeira arruela de adaptação 2532 então se encaixa no furo central 142 da primeira mola de disco. A segunda, terceira e quarta arruelas de adaptação 2534, 2536 e 2538 similarmente se encaixam na segunda, terceira e quarta molas de disco como mostrado na Figura 25. A camisa de adaptação 2540 é tubular e dimensionada para se encaixar entre o espaçador 118 e o parafuso de rocha 2502. A camisa de adaptação 2540 é mostrada em linhas pontilhadas para indicar que não pode ser vista pelo espaçador 118. Especificamente, o diâmetro externo da camisa de adaptação 2540 é ligeiramente menor que o diâmetro interno do espaçador 118 e ligeiramente maior que o diâmetro externo do parafuso de rocha 2502. A camisa de adaptação 2540 é menor que o espaçador 118 nesta modalidade, mas pode ser maior (por exemplo, o mesmo comprimento do espaçador 118) em outras modalidades. Juntas, as arruelas de adaptação 2532, 2534, 2536 e 2538 e a camisa de adaptação 2540 funcionam como um kit de adaptador que permite que um único dispositivo de sensoreamento seja modificado para se adaptar a múltiplos tamanhos de parafusos de rocha (isto é, um primeiro tamanho sem o kit do adaptador e um segundo tamanho com o kit do adaptador).

[00171] Kits de adaptador para parafusos de rocha de vários tamanhos podem ser usados. Tamanhos de espaçadores e molas de disco padrões com tamanhos de furo pré-fabricados podem ser adaptados para parafusos de menor diâmetro. Isto pode reduzir o custo de produção do dispositivo de sensoreamento para serviço de inúmeros parafusos de menor diâmetro. Modalidades não são limitadas a nenhum comprimento ou diâmetro de parafuso de rocha particular. Diâmetros externos de parafuso de rocha de exemplo podem ser aproximadamente 22mm, 30mm, 3/4" ou 5/8”.

[00172] Várias modalidades dos dispositivos de sensoreamento descritos aqui que incluem elementos compressíveis resilientes mecânicos (por exemplo, molas de disco) para sensorear cargas podem ser relativamente simples e baratas de construir e instalar comparados a sensores convencionais. O dispositivo de sensoreamento pode ser usado com alguns parafusos de rocha (por exemplo, parafusos tipo âncora) sem a necessidade de customizar o parafuso ou o método de instalação. O dispositivo de sensoreamento pode ser simples de montar e calibrar, e instrumentos de calibração especiais podem não ser necessários durante instalação. O dispositivo de sensoreamento pode ser capaz de suportar uma carga maior que o limite de sobrecarga do parafuso de rocha. Os sensores de carga podem ser resistentes a danos e prover disparo suficientemente consistente a despeito de variações nos níveis de temperatura, umidade e energia. Como aqui descrito, uma bateria pode ser suficiente para potencializar o dispositivo de sensoreamento por até 25 a 50 anos. Vários protocolos de sinal e comunicação podem ser usados para comunicar saída do dispositivo de sensoreamento. Como pode-se perceber, em algumas modalidades, o alojamento de componentes eletrônicos pode ser removível e substituível sem relaxamento da pré-carga no parafuso de rocha. O dispositivo de sensoreamento pode ser de baixo custo e os componentes mecânicos do dispositivo podem ser facilmente entendidos e armados/calibrado por um usuário. As molas de disco usadas em algumas modalidades podem ser codificadas em cores para designar sua tonelagem para ajudar no processo de montagem.

[00173] Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem ser feitos usando vários materiais. Molas de disco, por exemplo, podem ser feitas de aço, plástico ou outros materiais tendo as propriedades tipo mola adequadas. Outros tipos de elementos compressíveis resilientes tendo características similares às molas de disco podem também ser usados.

[00174] Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem consistir de módulos para permitir que um inventário relativamente pequeno de partes padrões seja construído em um grande número de variações e dimensões, e estabelecer limiar de pré-carga e sobrecarga desejado necessário para cobrir o máximo do parafuso de rocha e carga variante a ser coberta pelo mínimo de inventário. Por exemplo, molas de disco de várias forças podem ser escolhidas para os parafusos de rocha para prover as calibrações de limiar desejadas. Em algumas modalidades, as molas de disco podem ser intercambiáveis para permitir que um único projeto de dispositivo de sensoreamento seja modificado para prover uma variedade de diferentes limiares de pré-carga e sobrecarga. Tais molas de disco podem ser partes padrões que podem então ser usadas para customizar o(s) dispositivo(s) de sensoreamento. Os dispositivos de sensoreamento podem ser montados ou modificados no campo com base em uma provisão de partes de estoque (por exemplo, molas de disco), e nenhuma calibração eletrônica pode ser exigida para a customização, por meio disto simplificando o processo de customização/configuração. Sensores convencionais podem exigir reprojetos substanciais, reconfigurações ou customizações do sensor do sistema de circuitos para uso em múltiplas diferentes aplicações. Percebe-se que diversos diferentes tipos de dispositivos de sensoreamento como aqui descritos podem ser instalados em muitas diferentes aplicações com muitos diferentes níveis de limiar de sobrecarga e pré-carga. A natureza modular dos dispositivos de sensoreamento (pela recolocação das molas de disco ou outros elementos compressíveis) para calibrar os níveis de limiar pode simplificar o processo de montagem e instalação, bem como os custos de fabricação em comparação com sensores convencionais. A natureza modular e adaptável de algumas modalidades dos dispositivos de sensoreamento descritos aqui pode também permitir gerenciamento de inventário mais fácil. Esses possíveis benefícios podem ser amplificados para redes que consistem de altos números de parafusos de rocha.

[00175] Parafusos de rocha são frequentemente instalados em agrupamentos e podem ser de diferentes tipos e dimensões e as especificações de pré-carga e sobrecarga serão diferentes de um agrupamento para outro ou mesmo de um parafuso para outro. Os dados de instalação relativos a cada parafuso individual podem ser armazenados em um computador central (tal como o computador central 62 mostrado na Figura 1). Quando se usam agrupamentos temporários de parafusos de rocha próximos aos locais de detonação, os dispositivos de sensoreamento podem ser removidos e reutilizados em agrupamentos temporários seguintes de parafusos de rocha. Um sensor de força G pode ser incluído nos dispositivos de sensoreamento e pode reportar movimento sísmico e impactos/vibrações de detonação no local do parafuso de rocha. Tais reportagens podem ser armazenadas pelo computador central.

[00176] Os dispositivos de sensoreamento de algumas modalidades descritas aqui podem continuar a funcionar após um alerta de sobrecarga ser disparado, e algum aumento adicional na carga pode não afetar o sensor ou o parafuso de rocha. Desde que o parafuso de rocha não desloque ou quebre, o elemento compressível do sensor de sobrecarga pode ainda saltar de volta (descomprimir) se a carga diminuir. O computador central (tal como o computador central 62 mostrado na Figura 1) pode registrar que ocorreu um evento de sobrecarga e identificar onde ele ocorreu.

[00177] Tolerâncias no limiar de pré-carga e/ou sobrecarga podem ser providas para levar em conta variâncias ou tolerâncias no equipamento de instalação (por exemplo, ferramentas de pressão ou ferramentas de torque) a fim de facilitar a instalação eficiente.

[00178] Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem ser resistentes a água e/ou o alojamento de componentes eletrônicos pode ser hermeticamente vedado de maneira tal que os dispositivos de sensoreamento possam ser usados em ambientes submersos (por exemplo, em uma barragem ou hidroestação). Em tais implementações submersas, os dispositivos de sensoreamento podem ser ligados fisicamente a um computador na superfície para comunicar sinais de estado (alertas, etc). Dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem, em algumas modalidades, ter Proteção de Intrusão (IP) 68-300 pés. Em algumas modalidades, os dispositivos de sensoreamento podem ter IP 68-1000 pés.

[00179] Os dispositivos de sensoreamento descritos aqui podem ser providos em vários tamanhos. Algumas modalidades podem ter um diâmetro externo de 3 polegadas, por exemplo. Em uma modalidade, o dispositivo de sensoreamento pode exigir 2,5 polegadas de espaço entre uma placa de separação e a porca de um parafuso de rocha de âncora.

[00180] A Figura 26A é uma vista lateral de um parafuso de rocha 2602 com um dispositivo de sensoreamento 2600 similar aos outros dispositivos de sensoreamento supradescritos. O parafuso de rocha 2600 é instalado em um ângulo (com relação à superfície 2620 da formação rochosa 2622) no furo 2610. Uma cunha 2604 com um perfil lateral triangular é inserida entre a chapa de apoio 2612 e o dispositivo de sensoreamento 2600 para prover uma superfície 2613 substancialmente perpendicular ao dispositivo de sensoreamento 2600 na qual o dispositivo de sensoreamento 2600 pressiona.

[00181] A Figura 26B é uma vista lateral do parafuso de rocha 2602 e dispositivo de sensoreamento 2600 novamente em um ângulo no furo 2610. Nesta modalidade, a placa de separação 2614 é uma placa de separação de autoalinhamento padrão com uma porção central em formato de sino 2615. Uma cunha 2613 se encaixa sobre a porção em formato de sino 2615 e entre a chapa de apoio 2612 e o dispositivo de sensoreamento 2600 e novamente tem uma superfície 2617 que é substancialmente perpendicular ao dispositivo de sensoreamento 2600 na qual o dispositivo de sensoreamento 2600 pressiona.

[00182] As Figuras 27A e 27B mostram vista lateral e vista de topo respectivamente da cunha 2604 da Figura 26A. Qualquer cunha adequada pode ser usada para prover melhor alinhamento do dispositivo de sensoreamento.

[00183] O espaço entre a cobertura externa do dispositivo de sensoreamento e os componentes internos (por exemplo, alojamento de componentes eletrônicos, etc.) pode ser preenchido com um material de elastômero. Este preenchimento com elastômero pode reduzir o impacto nos componentes eletrônicos e outros componentes do dispositivo de sensoreamento. Por exemplo, dano por impactos pesados tal como detonações nas proximidades do dispositivo de sensoreamento pode ser reduzido.

[00184] Um dispositivo de sensoreamento de parafuso de rocha de acordo com também uma outra modalidade será agora descrito com referência às Figuras 28 a 33.

[00185] A Figura 28 é uma vista lateral de um dispositivo de sensoreamento de parafuso de rocha 2800, de acordo com também uma outra modalidade, mostrado montado em um parafuso de rocha 2802. O parafuso de rocha 2802 é mostrado apenas a título de exemplo, e o dispositivo de sensoreamento 2800 pode ser usado com outros tipos de parafuso. O dispositivo de sensoreamento 2800 inclui uma primeira mola de disco cônica 2804, uma segunda mola de disco cônica 2806, e um alojamento de componentes eletrônicos em formato de rosquinha 2808 entre as mesmas. Um espaçador 2810 (mostrado na Figura 29) se encaixa sobre o parafuso de rocha 2802 e assenta entre a primeira e segunda molas de disco 2804 e 2806. O alojamento em formato de rosquinha 2808 se estende em torno da circunferência do espaçador 2810. O dispositivo de sensoreamento 2800 nesta modalidade inclui primeira e segunda chapas tipo arruela opcionais 2812 e 2814 que recebem o parafuso de rocha 2802 através das mesmas e se assentam na primeira e segunda molas de disco 2804 e 2806, respectivamente.

[00186] A Figura 28 também mostra a chapa de apoio ou arruela de distribuição 2816, que se assentará em uma face da rocha quando o parafuso de rocha 2802 for instalado. Um sino 2818 se assenta entre a arruela de distribuição 2816 e o dispositivo de sensoreamento 2800 e pode ajudar distribuir uniformemente dispositivo de sensoreamento de força 2800 quando o parafuso de rocha 2802 é instalado em um ângulo não perpendicular com relação à face da rocha.

[00187] À medida que tensão é aplicada no parafuso de rocha 2802, a porca 2820 do parafuso de rocha 2802 pressiona a primeira chapa 2812, que, por sua vez, pressiona a primeira mola de disco 2804. O sino 2818 pressiona a segunda chapa 2814, que, por sua vez, pressiona a segunda mola de disco 2806. As chapas 2812 e 2814 podem ajudar distribuir tensão em torno da circunferência das molas de disco.

[00188] A Figura 29 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de sensoreamento 2800. A primeira e segunda molas de disco 2804 e 2806 e a primeira e segunda chapas 2812 e 2814 são removidas na Figura 29 de forma que outros componentes do dispositivo de sensoreamento 2800 fiquem visíveis. Como mostrado, o espaçador 2810 é dividido e compreende primeira peça de espaçador 2822a e segunda peça do espaçador 2822b. O alojamento de componentes eletrônicos 2808 similarmente compreende primeira e segunda peças 2824a e 2824b, que se encaixam por pressão ou de outra forma engatam uma na outra para formar o alojamento completo 2808. O dispositivo de sensoreamento 2800 também inclui uma placa de componentes eletrônicos 2825 (por exemplo, PCB) que se assenta no alojamento de componentes eletrônicos 2808 e inclui sistema de circuitos como discutido a seguir. Nesta modalidade, a placa de componentes eletrônicos 2825 é em formato de arruela para se encaixar no alojamento de componentes eletrônicos em formato de rosquinha 2808, embora modalidades não sejam limitadas a nenhuma estrutura particular para componentes eletrônicos incluindo a placa.

[00189] Quando montado, o espaçador 2810 é preso basicamente dentro do alojamento 2808, mas com a primeira e segunda extremidades opostas 2826 e 2828 se salientando no alojamento 2808. A primeira peça de espaçador 2822a define um furo 2829 através da mesma para receber um parafuso de rocha (tal como parafuso de rocha 2802 na Figura 28). A primeira peça de espaçador 2822a define um primeiro ressalto anular rebaixado 2830 na primeira extremidade do espaçador 2826. A primeira mola de disco 2804 se encaixa sobre a primeira extremidade do espaçador 2826 sobre o primeiro ressalto anular rebaixado 2830. A primeira peça de espaçador 2822a também define um anel externo 2831 e o segundo e terceiro ressaltos anulares rebaixados 2832 e 2833.

[00190] A primeira peça de alojamento 2824a define um furo 2834 através da mesma que através do qual a primeira extremidade do espaçador 2826 se salienta (quando montado). O aro do furo 2834 se encaixa sobre o segundo ressalto anular rebaixado 2832 do espaçador 2810. A primeira peça de alojamento 2824a tem uma primeira face 2836a que fica voltada para a primeira mola de disco 2804. Uma saliência em formato de anel 2838a se estende para cima da primeira face 2836a para fazer contato com a primeira mola de disco 2804 quando comprimida. A segunda peça de alojamento 2824b tem uma segunda face 2836b oposta à primeira face 2836a que fica voltada para a segunda mola de disco 2806 e tem uma saliência em formato de anel similar 2838b (mostrada na Figura 30).

[00191] O dispositivo de sensoreamento 2800 inclui adicionalmente um primeiro anel condutor 2840a, molas espirais 2842a e molas arqueadas 2844a. As molas arqueadas 2844a são um tipo de “mola plana” na forma de uma tira de metal resiliente curva. O anel condutor 2840a é posicionado sob a primeira face 2836a da primeira peça de alojamento 2824a e oposta à saliência 2838a. As molas espirais 2842a são espaçadas ao longo do anel condutor 2840a, se estendendo entre o anel condutor 2840a e a placa de componentes eletrônicos 2825. Ou seja, as molas espirais 2840a fazem contato com o anel condutor 2840a e são conectadas ao sistema de circuitos da placa de componentes eletrônicos 2825. As molas arqueadas 2844a são também conectadas ao sistema de circuitos da placa de componentes eletrônicos 2825 e são espaçadas e alinhadas com o anel condutor 2840a.

[00192] O alojamento 2808 nesta modalidade é defletível e resiliente. Compressão da primeira mola de disco 2804 faz com que a primeira mola de disco 2804 pressione a saliência 2838a do alojamento 2808 e deflita a primeira face 2836 para dentro. As molas arqueadas 2844a são posicionadas para estender parcialmente da placa de componentes eletrônicos 2825 até o anel condutor 2840a quando o alojamento 2808 não é defletido (isto é, quando a primeira mola de disco 2804 é descomprimida). Entretanto, deflexão para dentro da primeira face 2836a do alojamento 2808 empurra o anel condutor 2840a para contato com uma ou mais das molas arqueadas 2844a. A natureza resiliente do alojamento 2808 junto com as molas espirais 2842a pode garantir que, quando a primeira mola de disco 2804 fica descomprimida, o anel condutor 2840a novamente separará das molas arqueadas 2844a. Dessa forma, o anel condutor 2840a e as molas arqueadas 2844a são contatos elétricos que, junto com molas espirais 2842a, funcionam como um interruptor que é fechado pela compressão da primeira mola de disco 2804 (fazendo com que os contatos sejam engatados).

[00193] A primeira mola de disco 2804 nesta modalidade comprime para ativar o interruptor supradescrito a uma tensão de pré-carga predeterminado. Dessa forma, a primeira mola de disco 2804 em conexão com a placa elétrica 2825, o anel condutor 2840a, molas espirais 2842a e as molas arqueadas 2844a funcionam como um sensor de pré-carga.

[00194] O dispositivo de sensoreamento também inclui um segundo anel condutor 2840b, molas espirais 2842b e molas arqueadas 2844b que são arranjados entre a segunda peça de alojamento 2824b e a placa de componentes eletrônicos 2825 de uma maneira que espelha o primeiro anel condutor 2840a, molas espirais 2842a e molas arqueadas 2844a. A segunda mola de disco 2806 é escolhida para comprimir a uma tensão de sobrecarga. Dessa forma, o segundo anel condutor 2840b e as molas arqueadas 2844b são contatos elétricos que funcionam como um interruptor que é fechado por compressão da segunda mola de disco 2806 (fazendo com que os contatos sejam engatados).

[00195] Em outras modalidades, os contatos elétricos que engatam quando a mola de disco (ou outro elemento compressível) é comprimido pode não ser um anel e/ou mola. Outras estruturas de contato elétrico adequadas podem ser usadas nas quais dois ou mais contatos elétricos não engatam (interruptor aberto) quando o elemento compressível não é comprimido e engatam (interruptor fechado) quando o elemento compressível é comprimido.

[00196] Nesta modalidade de exemplo, uma fonte de alimentação (por exemplo, bateria) 2846 para o dispositivo de sensoreamento 2800 é conectada à placa de componentes eletrônicos 2825 e mantida dentro do alojamento 2808.

[00197] A Figura 30 é uma vista seccional transversal lateral do dispositivo de sensoreamento montado 2800 montado no parafuso de rocha 2802. Neste caso, chapas opcionais 2848a e 2848b são usadas no lugar das chapas 2812 e 2814 da Figura 28. As chapas 2848a e 2848b na Figura 30 são menores e mais finas que as chapas 2812 e 2814 da Figura 28. A Figura 30 mostra o posicionamento dos condutores de anel 2840a e 2840b, das molas espirais 2842a e 2842b, das molas arqueadas 2844a e 2844b, da placa de componentes eletrônicos 2825 e das peças de espaçador 2822a e 2822b dentro do alojamento 2808.

[00198] Deve-se entender que os anéis 2840a e 2840b e as molas 2842a, 2842b, 2844a e 2844b são simplesmente uma possível modalidade. A estrutura dos contatos elétricos e conexões usados para prover interruptores que são ativados por compressão de um elemento compressível (tal como uma mola de disco) pode variar. Modalidades não são limitadas a nenhuma estrutura de interrupção particular. Como também aqui mencionado, interruptores não mecânicos, tal como um sensor de proximidade, podem também ser usados.

[00199] Funcionalidade elétrica e de sensor do dispositivo de sensoreamento 2800 será agora descrita em mais detalhe com referência às Figuras 31 a 33.

[00200] A Figura 31 mostra o sistema de circuitos 3100 do dispositivo de sensoreamento 2800 incluindo microcontrolador 2860. O sistema de circuitos 3100 pode ser parcial ou totalmente implementado na placa de componentes eletrônicos 2825 mostrada nas Figuras 29 e 30. O microcontrolador 2860 pode compreender um ou mais processadores e memória configurados para realizar a funcionalidade descrita aqui. Por exemplo, a memória pode armazenar instruções executáveis por processador na mesma que, quando executadas, fazem com que o processador implemente a funcionalidade descrita. Qualquer combinação adequada de hardware e software pode ser usada. O microcontrolador neste exemplo também inclui sistema de circuitos de transmissor para produzir saída sem fio por meio de antena (ANT).

[00201] Entradas no microcontrolador incluem entrada do interruptor para interromper vibração (INT SW); entrada do interruptor de pré-carga (NC SW); e entrada do interruptor de sobrecarga (NO SW). Neste caso, o interruptor de pré-carga é um interruptor normalmente fechado (NC), e o interruptor de sobrecarga é um interruptor normalmente aberto (NO).

[00202] Como será explicado em mais detalhe a seguir, a entrada do interruptor de pré-carga (NC SW), quando disparado, indica uma falha da tensão de pré-carga (isto é, a primeira mola de disco 2804 na Figura 30 não é comprimida). Dessa forma, o microcontrolador 2860 gerará um sinal de alerta de perda de pré-carga para transmissão pela antena (ANT). Como será explicado em mais detalhe a seguir, a entrada do interruptor de sobrecarga (NO SW), quando disparado, indica que o parafuso de rocha está sobrecarregado (isto é, a segunda mola de disco 2804 na Figura 30 está comprimida). Dessa forma, o microcontrolador 2860 gerará um sinal de alerta de sobrecarga para transmissão pela antena (ANT). A entrada do interruptor para interromper vibração (INT SW) neste exemplo é disparada quando um acelerômetro interno 2870 (mostrado na Figura 32) gera uma saída indicando vibração (por exemplo, acima de um certo limiar). Mediante recebimento desta entrada, o microcontrolador 2860 gera um sinal de saída indicando que vibração foi detectada.

[00203] O microcontrolador 2860 pode também prover uma saída (“LED OUT”) para acionar e/ou controlar um ou mais LEDs ou outra(s) fonte(s) de luz para prover indicações visuais como descrito aqui. Por exemplo, o microcontrolador 2860 pode fazer com que um LED pisque quando pré-carga é inicialmente estabelecida. Um LED pode também ser controlado para mostrar um estado de alerta (por exemplo, controlando a cor, piscando, etc.). O microcontrolador tem sistema de circuitos de rádio 2861 nesta modalidade. O sistema de circuitos de rádio 2861 pode enviar sinais de saída à antena ANT.

[00204] Entradas de tensão (VIN) no sistema de circuitos de potência 3100 e conexões do terra eletrônico (GND) são também mostradas. Em algumas modalidades, o terra eletrônico pode ser isolado. O terra isolado pode ajudar a impedir que ruído do ambiente de instalação (por exemplo, formação rochosa) afete o sistema de circuitos.

[00205] A linha I2C PWR mostrada na Figura 31 carrega potência para linhas de comunicação em um barramento I2C (Circuito Inter-Integrado) entre o acelerômetro 2870 (Figura 32) e o microcontrolador 2860. Resistores de elevação podem ser desconectados quando for desejado que o dispositivo durma para economizar potência. Uma vez que I2C pode exigir elevações mais fortes, a desconexão dos mesmos quando o dispositivo dorme pode economizar significante potência.

[00206] Linha de Dados Serial (SDA) e a Linha de Relógio Serial (SCL) mostradas na Figura 31 são o barramento de comunicação I2C entre o acelerômetro 2870 (Figura 32) e o microcontrolador 2860. Essas linhas podem prover comunicação com o acelerômetro 2870 para obter detalhes a respeito da vibração sensoreada. As linhas SDA e SCL podem também ser usadas para estabelecer um limiar de vibração durante iniciação.

[00207] Nós ou pinos de entrada Limpeza Mestre (MCLR), Dados de Programa (PGD1) e Relógio de Programa (PGC1) são também mostrados na Figura 31 são os pinos de programação de dispositivo. Esses pinos podem ser usados para inicialmente carregar código de programa no dispositivo de microcontrolador 2860 para prover a funcionalidade descrita aqui. Por exemplo, o código de programa pode ser carregado no microcontrolador 2860 durante montagem do dispositivo.

[00208] Y1 neste exemplo é um cristal usado pelo rádio interno 2861 para gerar uma frequência de modulação para comunicação. Por exemplo, a frequência pode ser 933MHz.

[00209] R1 e R2 são resistores de elevação nas linhas de comunicação I2C desta modalidade. Esses resistores são usados para manter o nível de sinal quando qualquer dispositivo não estiver falando.

[00210] C1 é um capacitor de filtro em uma linha de potência para o microcontrolador 2860, que pode reduzir ruído dos circuitos de oscilação como o cristal Y1.

[00211] L1 e L2 são indutores de sintonia, e C2, C3 e C4 são capacitores de sintonia e indutores. Esses indutores L1, L2 e capacitores C2, C3 e C4 podem habilitar a antena ANT a trabalhar em 933MHz.

[00212] A Figura 32 mostra o sistema de circuitos 3200 para gerar o sinal de interruptor para interromper vibração (INT SW), sinal do interruptor de pré-carga (NC SW) e o sinal de interruptor de sobrecarga (NO SW) alimentados no microcontrolador 2860 na Figura 31. A Figura 32 mostra acelerômetro triaxial 2870, interruptor de pré-carga 2872, interruptor de sobrecarga 2874, transistor PNP 2876 com emissor (E), base (B) e coletor (C). A caixa em linha tracejada 2880 ilustra a porção do sistema de circuitos 3200 que pode no geral ser considerada um sensor de pré-carga. A caixa em linha tracejada 2882 ilustra a porção do sistema de circuitos 3200 que pode no geral ser considerada um sensor de sobrecarga. Com a exceção do interruptor mecânico de pré-carga 2872 e interruptor de sobrecarga 2874 neste exemplo, o sistema de circuitos 3200 pode ser parcial ou totalmente implementado na placa de componentes eletrônicos 2825 mostrada nas Figuras 29 e 30.

[00213] Como aqui mencionado, o acelerômetro 2870 dispara entrada de interrupção de vibração (INT SW) se vibração (por exemplo, vibração acima de um limiar) for sensoreado.

[00214] O interruptor de pré-carga 2872 compreende a primeira mola de disco 2804, o anel condutor 2840a, as molas espirais 2842a e as molas arqueadas 2844a na Figura 30. Quando a primeira mola de disco 2804 é descomprimida, o interruptor de pré-carga 2872 é aberto. Quando a primeira mola de disco 2804 é comprimida de maneira tal que o anel condutor correspondente 2840a faz contato com uma ou mais das molas arqueadas 2844a, o interruptor de pré-carga 2872 é fechado. Enquanto o interruptor de pré-carga 2872 é fechado, potência passará através do interruptor de pré-carga 2872 para a base (B) do transistor PNP 2876 que impede que a tensão do emissor passe através do transistor. Portanto, neste estado, não existe potência extraída da entrada de tensão (VN1) por causa do sensor de pré-carga 2880. Se o parafuso de rocha 2802 ficar solto, a primeira mola de disco 2804 flexionará de volta para abrir o interruptor de pré-carga 2872, que corta potência da base do transistor PNP 2876. Neste ponto, potência passará através do transistor 2876 e disparará a entrada de pré-carga (NC SW) para o microcontrolador 2860 na Figura 31. Dessa forma, o sensor de pré-carga 2880 provê saída de sensor na forma da entrada do interruptor de pré-carga (NC SW) para o microcontrolador 2860. Os resistores R7 e R6 são resistores de polarização para manter os sinais em estados desejados até que o interruptor de pré-carga 2872 mude os mesmos. D1, D2 e D3 são um diodo para criar um sinal INT SW de uma via para o microcontrolador 2860 e não interferir nos outros sinais.

[00215] O interruptor de sobrecarga 2874 compreende a segunda mola de disco 2806, o anel condutor 2840b, as molas espirais 2842b e as molas arqueadas 2844b na Figura 30. Quando a segunda mola de disco 2806 é descomprimida, o interruptor de sobrecarga 2874 é aberto. Quando a segunda mola de disco 2806 é comprimida de maneira tal que o anel condutor correspondente 2840b faça contato com uma ou mais das molas arqueadas 2844b, o interruptor de sobrecarga 2874 é fechado. Enquanto o interruptor de sobrecarga 2874 está aberto, potência não passará da entrada de tensão (VIN2). Portanto, neste estado, não existe extração de potência causada pelo sensor de sobrecarga. Quando o parafuso de rocha fica sobrecarregado, a segunda arruela de mola 2806 fica plana e fecha o interruptor de sobrecarga 2874 que permite a passagem de potência. Neste ponto, a potência passará através do interruptor 2874 e disparará a saída de sensor na forma da entrada do interruptor de sobrecarga (NO SW) para o microcontrolador 2860. R4 é um outro resistor de polarização para manter os sinais NO SW em um estado desejado até que o interruptor de sobrecarga 2874 mude os mesmos.

[00216] Dessa forma, o sistema de circuitos do sensor de pré-carga 2880 e do sensor de sobrecarga 2882 só podem extrair potência em uma condição de alerta (perda de pré-carga, sobrecarga, ou interrupção do acelerômetro neste exemplo). Desta maneira, potência pode ser conservada para prover uma longa vida ao dispositivo de sensoreamento. O microcontrolador 2860 (Figura 31) permanecerá em um estado adormecido até que uma das entradas citadas (NC SW, NO SW, ou INT SW) seja disparada. Uma vez disparado, o microcontrolador 2860 despertará e transmitirá sua condição por meio da antena (ANT) e/ou pode piscar em um padrão especificado nos LEDs mostrados na Figura 33. O processador então voltará a dormir. Com base em parâmetros especificados, o microcontrolador 2860 pode continuar a despertar e enviar transmissões e/ou piscar os LEDs até que o problema seja corrigido. Os parâmetros podem ser pré-programados e/ou podem ser customizáveis.

[00217] Como acima notado, SDA e SCL são o barramento de comunicação I2C entre o acelerômetro 2870 e o microcontrolador 2860 (Figura 31). C5 é um capacitor de filtro na linha de potência (VIN3) para o acelerômetro 2870. O capacitor C5 pode reduzir ruído dos circuitos de oscilação como o cristal Y1 na Figura 31.

[00218] A tensão de entrada VIN3 no acelerômetro é também mostrada na Figura 32.

[00219] A Figura 33 mostra o sistema de circuitos LED de exemplo 3300 para o dispositivo de transmissão 2800. O sinal de saída LED OUT do microcontrolador 2860 na Figura 31 liga e desliga o primeiro e segundo LEDs (LED1 e LED2) no padrão desejado com base no estado atual do dispositivo. Embora não mostrado nas Figuras 28 a 30, entende-se que um ou mais LEDs ou outras fontes de luz podem ser montadas em várias posições no dispositivo de sensoreamento 2800. R7 e R8 neste exemplo são resistores de limitação de corrente que podem impedir muita extração de corrente do processador e através dos LEDs, o que poderia possivelmente danificar os mesmos.

[00220] O sistema de circuitos elétrico 3100, 3200 e 3300 mostrado nas Figuras 31 a 33 é provido simplesmente a título de exemplo. Modalidades não são limitadas ao arranjo particular mostrado. Um ou mais elementos do sistema de circuitos 3100, 3200 e 3300 podem ser substituídos ou omitidos em outras modalidades. Diferentes sistemas de circuitos para implementar a funcionalidade do dispositivo de sensoreamento descrita aqui podem também ser empregados.

[00221] Deve-se entender que uma combinação de mais de uma das abordagens citadas pode ser implementada em algumas modalidades. Modalidades não são limitadas a nenhuma particular, ou mais de uma das abordagens, métodos ou aparelhos descritos aqui. Versados na técnica perceberão que variações, alterações das modalidades descritas aqui podem ser feitas em várias implementações sem fugir do escopo da mesma. Deve-se, portanto, entender que, dentro do escopo das reivindicações anexas, a descrição pode ser praticada de outra forma além das especificamente descritas aqui.

[00222] O que foi descrito é meramente ilustrativo da aplicação dos princípios da descrição. Outros arranjos e métodos podem ser implementados pelos versados na técnica sem fugir do escopo da presente descrição.

Claims

1. Dispositivo de sensoreamento (2800) para um parafuso de ancoragem (2802), o dispositivo de sensoreamento (2800) caracterizado pelo fato de que inclui: um espaçador (2810) tendo uma primeira extremidade (2826) e uma segunda extremidade (2828) oposta à primeira extremidade (2826), o espaçador (2810) definindo uma passagem (2829) que se estende em uma direção axial do espaçador (2810) a partir da primeira extremidade (2826) até a segunda extremidade (2828) para receber o parafuso de ancoragem (2802) pela mesma; um alojamento (2808) que se estende pelo menos parcialmente em torno da periferia do espaçador (2810); pelo menos um sensor de pré-carga posicionado próximo a pelo menos uma dentre a primeira extremidade e a segunda extremidade do espaçador (2810) e pelo menos um sensor de sobrecarga posicionado próximo à outra dentre a primeira extremidade e a segunda extremidade do espaçador (2810), cada um dentre o pelo menos um sensor de pré-carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga compreendendo um respectivo elemento compressível resiliente (2804, 2806) localizado fora do alojamento (2808) e um respectivo interruptor em relação oposta ao elemento compressível (2804, 2806) localizado dentro do alojamento (2808), cada elemento compressível (2804, 2806) sendo compressível na direção axial do espaçador (2810) em resposta a um respectivo limite de carga, cada interruptor compreendendo pelo menos um primeiro contato eletricamente condutor (2842a) e um segundo contato eletricamente condutor (2844a), pelo que compressão de cada respectivo elemento compressível em resposta ao seu respectivo limite de carga resulta em contato elétrico entre o primeiro contato elétrico (2842a) e o segundo contato elétrico (2844a) para fechar o interruptor e fornecer uma saída de sensor a partir de pelo menos um dentre o sensor de pré-carga e o sensor de sobrecarga em função de se o respectivo elemento compressível (2804, 2806) é comprimido ou não; e meios de saída para gerar uma saída de dispositivo indicando um estado do parafuso de ancoragem (2802) em função da saída de sensor gerada por pelo menos um dentre o sensor de pré-carga e o sensor de sobrecarga, em que o alojamento (2808) é defletível por cada respectivo elemento compressível na direção axial do alojamento (2808) em direção a cada um dos respectivos interruptores e compreende, para cada um dentre o sensor de pré-carga e o sensor de sobrecarga, uma respectiva face de alojamento (2836a, 2836b) que separa o respectivo elemento compressível (2804, 2806) e o respectivo interruptor oposto, o primeiro contato eletricamente condutor (2842a) do respectivo interruptor sendo disposto dentro do alojamento (2808) adjacente à face de alojamento (2836a, 2836b), e o segundo contato eletricamente condutor (2844a) sendo disposto dentro do alojamento (2808) espaçado para dentro e axialmente a partir do primeiro contato eletricamente condutor (2842a) quando o elemento compressível (2804, 2806) é descomprimido.

2. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, para o pelo menos um sensor de pré-carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga, o primeiro contato eletricamente condutor (2842a) compreende um anel eletricamente condutor.

3. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o segundo contato eletricamente condutor (2844a) compreende uma mola arqueada eletricamente condutora.

4. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que, para cada um dentre o pelo menos um sensor de pré-carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga, o elemento compressível resiliente (2804, 2806) compreende uma mola de disco definindo um furo através da mesma para passagem do parafuso de ancoragem (2802), o furo da mola de disco sendo alinhado com a passagem do espaçador (2810).

5. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o respectivo limiar de carga do pelo menos um sensor de pré-carga é um limiar de pré-carga e o respectivo limiar de carga do pelo menos um sensor de sobrecarga é um limiar de sobrecarga.

6. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a saída do dispositivo indica que pré-carga não é mantida se os dois contatos eletricamente condutores (2842a, 2844a) do sensor de pré-carga estiverem desengatados de modo que o interruptor do sensor de pré-carga esteja aberto.

7. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a saída do dispositivo indica que o parafuso de ancoragem (2802) está sobrecarregado se os dois contatos eletricamente condutores (2842a, 2844a) do sensor de sobrecarga estiverem engatados de modo que o interruptor do sensor de sobrecarga esteja fechado.

8. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o limiar de sobrecarga é maior do que o limiar de pré-carga.

9. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, quando o dispositivo de sensoreamento é fixado ao parafuso de ancoragem (2802) e o parafuso de ancoragem (2802) se encontra instalado em uma formação, dito dispositivo de sensoreamento está posicionado entre uma extremidade de cabeça do parafuso de ancoragem (2802) e a formação.

10. Dispositivo de sensoreamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o alojamento (2808) é um alojamento de componentes eletrônicos, dito alojamento (2808) se estendendo pelo menos parcialmente em torno da periferia do espaçador (2810), em que, para cada um dentre o pelo menos um sensor de pré-carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga, o primeiro contato elétrico (2842a) se projeta do alojamento de componentes eletrônicos e está posicionado de tal modo que o respectivo elemento compressível resiliente (2804, 2806) engate no primeiro contato elétrico (2842a) quando comprimido.

11. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os meios de saída compreendem um transmissor.

12. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os meios de saída compreendem uma luz e a saída do dispositivo compreende um indicador visual.

13. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma fonte de energia que alimenta o dispositivo de sensoreamento.

14. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um extensômetro resistivo para medir carga no parafuso de ancoragem (2802).

15. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que o alojamento de componentes eletrônicos é desafixável e substituível.

16. Dispositivo de sensoreamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que, enquanto a pré- carga é mantida e o parafuso de ancoragem (2802) não está sobrecarregado, os meios de saída transmitem periodicamente um sinal indicando o estado do parafuso de ancoragem (2802) como a saída do dispositivo; ou em que pelo menos um dentre o pelo menos um sensor de pré- carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga é configurado para: consumir energia em uma respectiva condição de alerta; e não consumir energia em uma condição de não alerta; ou em que a condição de alerta para o pelo menos um sensor de pré-carga é uma condição de perda de pré-carga; ou em que o elemento compressível resiliente (2804, 2806) do sensor de pré-carga sendo descomprimido indica a condição de perda de pré- carga; ou em que a condição de alerta para o sensor de sobrecarga é uma condição de sobrecarga; ou em que o elemento compressível resiliente (2804, 2806) do sensor de sobrecarga sendo comprimido indica a condição de sobrecarga; ou em que o dispositivo de sensoreamento compreende ainda um sensor que detecta pelo menos uma dentre vibrações e atividade sísmica; ou em que o parafuso de ancoragem (2802) compreende um parafuso de rocha; ou em que pelo menos um dentre o pelo menos um sensor de pré- carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga compreende um respectivo sensor de proximidade posicionado para acionar por gatilho quando o elemento compressível resiliente (2804, 2806) correspondente de pelo menos um dentre o pelo menos um sensor de pré-carga e o pelo menos um sensor de sobrecarga é comprimido.