CN102809453B - 一种可反映岩土内力变化以及内部位移的传感检测装置 - Google Patents

Abstract

一种可反映岩土内力变化以及内部位移的传感检测装置由感应器、感应杆和拉绳构成。感应器的两端分别连接拉绳的一端，拉绳另一端连接感应杆，两感应杆固定在岩土中。感应器由滑动杆组件，外部套筒和内部电阻丝圈构成。滑动杆组件和内部电阻丝圈安装在套筒内。滑动杆一端连接在滑动杆连接螺栓上，另一端固定在滑动杆末端弹簧支撑圈上。受力弹簧套装在滑动杆上。滑动刷安装在滑动杆末端弹簧支撑圈上，与电阻丝接触导通。感应杆受力变化传递到感应器，使滑动刷与电阻丝接触位置产生位移变化，导致电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间长度变化，致电阻变化，测量电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间电阻便知岩土变化。本发明结构简单、成本低、可靠性高、方便实用。

Description

一种可反映岩土内力变化以及内部位移的传感检测装置

（一）、技术领域

本发明涉及地质灾害监测装置，具体是一种可反映岩土内力变化以及内部位移的传感检测装置。 

（二）、背景技术

在我国，山区丘陵地域广阔，而公路一般沿山而建。这就造成了因塌方而起的许多自然灾害。边坡、隧道的塌方等地质灾害的发生，每年都会造成巨大的财产损失，甚至会危及生命安全。 

中国专利201010195972.2《基于全方位倾斜传感器和全方位视觉传感器的泥石流、塌方检测装置》给出了一种泥石流、塌方的检测装置，解决了以往发生泥石流、塌方需要人工检测的问题。但这种检测装置结构复杂、成本高，且不能检测内部受力变化，当检测到塌方时已经比较晚了，不能起到预测的作用，因而不能将灾害的损失降到最低，不利于推广使用。 

中国专利CN200820218271.4，《用于监测隧道岩体塌方的报警装置》公布了一种用于监测隧道岩体塌方的报警装置。这种方法，虽然对岩土的位移做了检测，但由于只检测了表面的位移，不能检测内部受力变化，也不能达到预测预防的目的 

（三）、发明内容

本发明的目的是提供一种可反映岩土内力变化以及内部位移的检测装置。通过检测岩土内力的变化以及内部位移的变化，可以预测、预报边坡及隧道的塌方 ，对地质灾害起到预测预防的作用，将灾害的损失将 到最低，最大限度地保护地质灾害危害地区的人民生命和财产安全。 

本发明的目的是这样达到的：检测装置由一个感应器、两根感应杆和两根拉绳构成，感应器的两端分别连接拉绳的一端，拉绳的另一端固定在感应杆上，两感应杆固定在需检测的岩石或泥土中。 

感应器由滑动杆组件，外部套筒和内部电阻丝圈构成。外部套筒的前面部分是滑动杆导槽，后面是固定套筒，前端设有滑动杆密封螺栓，后端设有套筒端密封螺栓。固定套筒内安装滑动杆组件和内部电阻丝圈。内部电阻丝圈为圆筒状，有外部绝缘圈和内部电阻丝安装圈内外两层，紧贴在外部套筒的固定套筒内。 

滑动杆组件包括滑动杆、受力弹簧、滑动刷、套筒端弹簧支撑圈、滑动杆末端弹簧 支撑圈、滑动刷连接导线以及滑动刷输出引线。滑动杆组件的滑动杆一端连接在滑动杆连接螺栓上，另一端固定在滑动杆末端弹簧支撑圈上。受力弹簧套装在滑动杆上，位于套筒端弹簧支撑圈和滑动杆末端弹簧支撑圈之间，受力弹簧的一端固定在套筒端弹簧支撑圈上。滑动刷为圆圈型导电金属，固定安装在滑动杆末端弹簧支撑圈上，并与滑动杆末端弹簧支撑圈绝缘，位于内部电阻丝圈内侧。滑动刷与内部电阻丝圈内层的电阻丝定位槽上的电阻丝恰好接触，滑动刷输出引线通过滑动刷连接导线与滑动刷短路连接。 

内部电阻丝圈有外部绝缘圈和内部电阻丝安装圈两层，在内部电阻丝安装圈上180度对称开着上下两排用于固定电阻丝位置的电阻丝定位槽，电阻丝定位槽垂直贯通内部电阻丝安装圈的圆筒壁。电阻丝环绕在定位槽内、紧贴在内部电阻丝安装圈外壁上，一端短路连接电阻丝输出引线，电阻丝定位槽的个数按照需要的电阻丝长度设置有N个，上面一排的定位槽与下面一排的定位槽错位排列。 

滑动刷连接导线松散地套装在滑动杆上位于受力弹簧以内，一端短路连接滑动刷，另一端短路连接滑动刷输出引线。所述受力弹簧外部涂有绝缘漆， 滑动刷连接导线和滑动刷输出引线的外部绝缘。 

本发明具有以下积极意义： 

1、本发明巧妙利用岩土内力变化以及内部位移产生的力学变化导致受力弹簧变形，进而改变相关联电阻值的简单原理，为感应、感知地质的结构变化和受力变化提供了最直接、最方便的传感技术和传感装置。利用本发明可以实现地质灾害的预测、预报，并监控其灾害的发展状况，避免二次灾害的发生，将地质灾害的损失将 到最低。 

2、结构简单、方便实用，无需人员现场检测。检测输出信号为电信号，可以将信号输出直接连接到计算机，实现远程检测。 

3、发展前景和应用价值大。 

（四）附图说明

图1是本发明的外形结构示意图。 

图2是感应器的剖面结构示意图。 

图3是滑动杆组件结构示意图。 

图4是外部套筒结构示意图。 

图5是内部电阻丝圈外形示意图。 

图6是内部电阻丝圈的内部电阻丝安装圈示意图。 

图7是电阻丝在内部电阻丝安装圈上的安装示意图。 

图8本发明具体应用示意图。 

图中，1-1、1-2感应杆，2-1、2-2拉绳，3感应器，4滑动杆连接螺栓，5滑动杆，6滑动杆密封螺栓，7套筒端弹簧支撑圈，8固定套筒，9受力弹簧，10内部电阻丝圈，11滑动杆末端弹簧支撑圈，12套筒端密封螺栓，13电阻丝输出引线，14滑动刷输出引线，15导线输出密封孔，16滑动刷连接导线，17滑动刷，18滑动杆导槽，19密封胶垫，20 外部绝缘圈，21内部电阻丝安装圈，其中22-1、22-2~22-N为电阻丝定位槽，23电阻丝，24 土或岩石，25 地面。 

（五）具体实施方式

附图给出了本发明的具体实施例。 

检测装置由一个感应器3、两根感应杆1-1、1-2和两根拉绳2-1、2-2构成。连接螺栓4为带环的圆柱体，连接感应器的滑动杆和拉绳，与滑动杆的连接用螺栓，与拉绳的连接通过连接螺栓上的环实现。使用时，将感应杆埋在需要检测的坡土或岩石中。 

感应器3是本发明的关键部件，由滑动杆组件、外部套筒和内部电阻丝圈构成。 

外部套筒为圆筒型，用于固定和安装滑动杆装置、内部电阻丝圈，传递感应杆一端的位移关系。内部电阻丝圈紧贴在外部套筒的固定套筒8内。外部套筒前面部分是滑动杆导槽18，后面是固定套筒8，前端设有滑动杆密封螺栓6，后端设有套筒端密封螺栓12。滑动杆导槽18其内径略大于滑动杆外径，用于固定滑动杆的滑动路径。滑动杆组件和内部电阻丝圈安装在外部套筒的固定套筒8内，用滑动杆密封螺栓6和套筒端密封螺栓12密封。套筒端密封螺栓12的外侧带有连接拉绳的环，螺栓的直径与固定套筒内径相同，用于通过拉绳连接感应杆，并传递感应杆一端的位移关系，同时使外部套筒的内部与外部密封隔离。该螺栓打开时，可以用于安装和检修安装滑动杆组件和内部电阻丝圈。外部套筒上开有一个导线输出密封孔15，电阻丝输出引线和滑动刷输出引线从这个孔穿出，这个孔采用密封设计，装注密封胶，使得外部套筒的内部与外部密封隔离。 

滑动杆组件用于传递感应杆一端的位移关系，并用弹簧将位移关系转换为力的关系。同时在电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间输出与滑动刷的位移关系关联的反映滑动刷连接处电阻丝长度的电阻值。 

滑动杆组件包括滑动杆5、受力弹簧9、滑动刷17、套筒端弹簧支撑圈7、滑动杆末端弹簧支撑圈11、滑动刷输出引线14以及滑动刷连接导线16。滑动杆5滑动杆 为圆柱型，两根感应杆的距离变化将导致滑动杆5与外部套筒之间相对位置的变化。滑动杆5穿过外部套筒的滑动杆导槽18一端连接在滑动杆连接螺栓4上，另一端固定在滑动杆末端弹簧支撑圈11上。 

套筒端弹簧支撑圈7为圆环型的金属板，圆环形外部直径略小于外部套筒的内径， 使其可以穿过固定套筒8，中心掏个圆形孔，中心圆孔的直径刚好穿过滑动杆5。 

受力弹簧9套装在滑动杆上，位于套筒端弹簧支撑圈和滑动杆末端弹簧支撑圈之间，弹簧的一端固定在套筒端弹簧支撑圈上。受力弹簧9根据需要测量力的大小，选择合适的受力弹簧，使得受力弹簧弹力大小适合反映受力的变化。受力弹簧的长度比固定套筒的长度稍微长一点。弹簧外部涂上绝缘漆，使得弹簧绝缘。     

滑动刷17为有弹性的金属圆，其弹力使得滑动刷可以与电阻丝导通，但是不会影响滑动杆与外接套筒的位移，固定安装在滑动杆末端弹簧支撑圈11上，位于内部电阻丝圈10内侧，滑动刷17的直径略大于内部电阻丝圈的内径，与内部电阻丝圈10内层的电阻丝定位槽上的电阻丝恰好接触，通过滑动刷连接导线与滑动刷输出引线短路连接，滑动刷连接导线与滑动刷、以及与滑动刷与内部电阻丝圈的接触点是导通的。滑动刷与滑动杆末端弹簧支撑圈绝缘。 

滑动杆末端弹簧支撑圈11为圆型的金属板，固定在滑动杆末端，圆外部直径刚好小于内部电阻丝圈的内径。当滑动杆与外部套筒产生位移时，导致滑动杆末端弹簧支撑圈与套筒端弹簧支撑圈产生位移，使得滑动杆末端弹簧支撑圈与套筒端弹簧支撑圈中间的弹簧发生受力的变化。这种受力的变化直接反映了感应杆两端的受力变化。 

滑动刷连接导线16松散地套装在滑动杆上位于受力弹簧以内，一端短路连接滑动刷，另一端短路连接滑动刷输出引线14。滑动刷连接导线为外部绝缘的软导线，滑动刷连接导线绕成环状线圈型，使得当滑动杆末端弹簧支撑圈与套筒端弹簧支撑圈产生位移时，滑动刷连接导线可以跟随滑动杆末端弹簧支撑圈与套筒端弹簧支撑圈的位移而不会 使其电路连接关系发生变化。滑动刷输出引线14的外部也是绝缘的。 

内部电阻丝圈10为圆筒状，有外部绝缘圈20和内部电阻丝安装圈21两层。内部电阻丝圈紧贴在外部套筒内。滑动杆5、受力弹簧9、滑动杆末端弹簧支撑圈11、滑动刷连接导线16、滑动刷17均位于内部电阻丝圈内侧。内部电阻丝圈用于固定电阻丝，并使得电阻丝能与滑动刷短路，并使电阻丝与其他任何部分绝缘。 

内部电阻丝安装圈21为绝缘材料，对称开着用于定位并固定电阻丝位置的定位槽。使电阻丝稍微露出内部电阻丝安装圈的内侧，能与滑动刷17短接，并不影响滑动杆装置在内部电阻丝圈内的滑动。电阻丝定位槽垂直贯通内部电阻丝安装圈21的圆筒壁，电阻丝一端与电阻丝输出引线13短路连接，其余部分经由定位槽环绕在内部电阻丝安装圈上。通过定位槽，电阻丝可以与滑动刷17短接，位于定位槽的电阻丝保证电阻丝与滑动刷的导通能力。定位槽以外电阻丝用胶粘在内部电阻丝安装圈上。电阻丝定位槽的个数按照电阻丝长度的需要设置22-2~22-N  N个，上面一排的定位槽与下面一排的定位槽错 位排列，便于电阻丝的环绕。外部绝缘圈20保证电阻丝与其他部分的绝缘。 

使用本传感检测装置时，感应杆埋在土中或岩石中，拉绳连接感应器和感应杆，并使感应器内的弹簧有一定的形变，使得拉绳上有一定的拉力作用。若土或岩石内部有形变、受力变化、结构变化都将导致感应杆产生位移，并使得拉绳有一定的拉力变化。感应杆的位移以及拉绳上拉力的变化，将使感应器的滑动杆和外部套筒产生位移。由于滑动杆末端弹簧支撑圈固定在滑动杆末端，套筒端弹簧支撑圈固定在外部套筒内侧，感应器的滑动杆和外部套筒产生位移变换 就传递到滑动杆末端弹簧支撑圈和套筒端弹簧支撑圈上，滑动杆末端弹簧支撑圈位移的变化直接导致滑动刷位移的变化。而滑动刷又通过滑动刷导线连接到滑动刷输出引线，因此滑动刷的位移变化，导致电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间电阻丝长度的变化，使得电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间的电阻发生改变。测量电阻丝输出引线和滑动刷输出引线之间电阻变化，可以判断滑动杆的位移变化。将些检测信息输出到计算机便可以进行远程检测。                                                                                  

Claims (4)

1.一种可反映岩土内力变化以及内部位移的传感检测装置，其特征在于：检测装置由一个感应器、两根感应杆和两根拉绳构成，感应器的两端分别连接拉绳的一端，拉绳的另一端固定在感应杆上，两感应杆固定在需检测的岩石或泥土中；

感应器由滑动杆组件，外部套筒和内部电阻丝圈（10）构成，外部套筒的前面部分是滑动杆导槽（18），后面是固定套筒（8），前端设有滑动杆密封螺栓（6），后端设有套筒端密封螺栓（12），固定套筒（8）内安装滑动杆组件和内部电阻丝圈（10）；内部电阻丝圈为圆筒状，有外部绝缘圈（20）和内部电阻丝安装圈（21）内外两层，紧贴在固定套筒（8）内；

滑动杆组件包括滑动杆（5）、受力弹簧（9）、滑动刷（17）、套筒端弹簧支撑圈（7）、滑动杆末端弹簧支撑圈（11）、滑动刷连接导线（16）以及滑动刷输出引线（14），滑动杆（5）一端连接在滑动杆连接螺栓（4）上，另一端固定在滑动杆末端弹簧支撑圈（11）上；受力弹簧（9）套装在滑动杆上，位于套筒端弹簧支撑圈（7）和滑动杆末端弹簧支撑圈（11）之间，受力弹簧的一端固定在套筒端弹簧支撑圈（7）上；  

滑动刷（17）为圆圈型导电金属，固定安装在滑动杆末端弹簧支撑圈（11）上，并与滑动杆末端弹簧支撑圈（11）绝缘，位于内部电阻丝圈（10）内侧，滑动刷（17）与内部电阻丝圈（10）内层的电阻丝定位槽上的电阻丝恰好接触，滑动刷输出引线（14）通过滑动刷连接导线（16）与滑动刷（17）短路连接。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述内部电阻丝圈（10）有外部绝缘圈（20）和内部电阻丝安装圈（21）两层，在内部电阻丝安装圈（21）上180度对称开着上下两排用于固定电阻丝位置的电阻丝定位槽，电阻丝定位槽垂直贯通内部电阻丝安装圈（21）的圆筒壁，电阻丝（23）环绕在定位槽内、紧贴在内部电阻丝安装圈（21）外壁上，一端短路连接电阻丝输出引线（13），电阻丝定位槽的个数按照需要的电阻丝长度设置有N个，上面一排的定位槽与下面一排的定位槽错位排列。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：滑动刷连接导线（16）松散地套装在滑动杆上位于受力弹簧以内，一端短路连接滑动刷，另一端短路连接滑动刷输出引线（14）。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述受力弹簧（9）外部涂有绝缘漆， 滑动刷连接导线（16）和滑动刷输出引线（14）的外部绝缘。

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