CN104677994A - 用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，包括定位装置框架、声发射测试传感器安装座、将声发射测试传感器固定于安装座内的固定组件和将安装座安装于定位装置框架上的安装机构，所述定位装置框架为整体环形框架；所述安装座为内腔与声发射测试传感器外缘相匹配的筒体结构，筒体壁上设计有传感器接线引出缺口；所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构，共有四副，位于定位装置框架同一截平面内，两两相向设置，两条安装位置连线相互垂直。本发明克服了现有固定装置存在的不能保证传感器端平面中心与圆柱面相切，以及传感器端平面中心轴向与圆柱形试件直径不重合的难题，提高了测试效率、准确性和真实性。

Description

用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置

技术领域

本发明涉及岩石、混凝土等材料试件力学试验测试技术领域，特别涉及在岩石、混凝土等材料试件损伤测试中使用的声发射测试传感器固定装置。

背景技术

在岩石力学试验中，对岩石损伤过程中的声发射特征进行测试时，所使用的声发射测试传感器尚无专门的固定装置，目前试验测试普遍采用胶带缠绕或橡皮筋绑扎两种固定方式。声发射测试传感器直径通常在5mm-15mm之间，测试试验中，为了使声发射测试传感器与被测试件更好地耦合，通常需使用黄油或凡士林等作为耦合剂，涂抹于声发射测试传感器端平面与被测试件之间。但这些措施不能保障声发射测试传感器端平面与被测试件耦合面的平行度及与被测试件的良好耦合，尤其是形状不规则的试件，更是难于固定。再则，黄油或凡士林等耦合剂易导致胶带粘接性降低或失效，且在测试试件径向膨胀变形中，胶带易对声发射测试传感器形成较大约束，使其受力增大，甚至使其造成一定损坏；橡皮筋绑扎虽然在试样径向膨胀变形中受拉伸长，可发生一定变形，但该固定方式极易导致声发射测试传感器翻滚，难以保障声发射测试传感器与被测试件的良好接触。此外，上述两种固定方式均需在试验预加荷载前进行，且在试验过程中不能进行调整，并极难使声发射测试传感器精确对位。上述两种固定方式还存在以下问题：(1)难以保障同一批次被测试件测试中声发射测试传感器受力的一致性，而且极易在测试中形成较多伪信号，给测试结果的分析、判断造成了极大困难。(2)对其他变形测试传感器的安装极为不便。

为了克服上述问题，发明人先后研究开发出了声发射测试传感器固定装置(ZL200910059594.2)和万向式声发射测试传感器固定装置(ZL200910059593.8)，两个固定装置的基本结构均为：用于安装声发射测试传感器的两个基座分别安装在与联接杆两端固定联接的悬臂杆的自由端，安装在悬臂杆自由端的两个声发射测试传感器的端面相互平行。在这两种声发射测试传感器固定装置的使用中，发明人发现它们并不能很好地解决发明设想所要解决的问题。其原因在于，试件在试验测试过程中，从加载开始直至破坏的整个测试过程，试件变形一直在发生变 化，而安装传感器的两个臂杆自由端的声发射测试传感器，由于联接杆两端固定联接悬臂杆的联接长度在试件整个试验测试过程中是固定不变的，因而会导致传感器的端面会由初始的平行状态，变化为不平行的“八子”状态，进而会导致传感器端平面中心与试件中心耦合的有效性降低，影响测试准确性。对于圆柱形样品试件来说，难以保证传感器安放位置正好使传感器端平面中心通过试件直径，即传感器端平面与圆柱形试件柱面相切的接触部位很难保证是传感器端平面的正中心，而传感器的端平面正中心则是信号监测有效部位，由于传感器端平面正中心未能与被测试件有效接触，导致测量信号不准，甚至导致无法测得信号。尽管ZL200910059593.8公开的万向式声发射测试传感器固定装置，可以对传感器端平面的方向进行调整，但实际操作中试验人员仍难以保证调整后传感器端平面中心与试件表面有效接触，更无法保证调整后两个对称传感器端平面中心的连线通过试件直径或截面中心，并会导致与控制软件中的设置位置不一致，因而仍未能完全确保测试成功和结果的可靠性。由于传感器安放位置在控制软件中设置有准确位置，对于圆柱形试件正好通过试件直径，方形试件正好通过截面中心，但已有的这两种固定装置都难以确保安装时与控制程序中的设置一致，因而导致测得的结果不准，与实际差异较大。

发明内容

针对现有技术的声发射测试传感器固定装置存在的不足，本发明的目的旨在提供一种新结构的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，以确保声发射测试传感器的安放位置使传感器端平面中心方向正好通过圆形试件直径或矩形试件的中心，并确保与控制软件中设置的位置一致，提高测试效率、测试的准确性和真实性。

本发明提供用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其构成主要包括定位装置框架、安装声发射测试传感器的安装座、将声发射测试传感器固定于安装座内的固定组件和将安装座安装于定位装置框架上的安装机构；所述定位装置框架为整体环形结构架；所述安装座为内腔与声发射测试传感器外缘相匹配的筒体结构，筒体壁上设计有供传感器接线引出的缺口；所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构，共有四副，位于定位装置框架同一截平面内，两两相向设置，两条安装位置连线相互垂直，使通过安装座、安装架安装于 定位装置框架上的两个相对设置的发射传感器端平面中心的连线通过试件直径或试件截面中心。

在本发明的上述技术方案中，所述定位装置框架可为整体圆形环状框架或矩形环状框架，对于圆柱形试件，定位装置框架既可为圆形环状框架，也可为矩形环状框架，对于矩形试件，定位装置框架一般采用矩形环状框架。

在本发明的上述技术方案中，所述固定组件除了可设计成由将声发射测试传感器箍置在安装座上的开口环形弹簧片和将开口环形弹簧片开口锁紧的锁紧结构构成外，还可设计成其他结构形式。所述锁紧结构可以采用卡扣锁紧结构、螺栓螺母锁紧结构或其他形式的锁紧结构。

在本发明的上述技术方案中，作为安装座的所述筒体，其筒体壁上设计的缺口，不仅作为供传感器接线引出的缺口，对于通过开口环形弹簧片将声发射测试传感器固定于安装座内的结构，筒体的缺口还是该固定结构构成部分。筒体的缺口不宜过大，缺口角度一般不大于120度。

在本发明的上述技术方案中，所述安装机构可优先考虑设计成：包括与安装座固定联接的滑动杆，套置在滑动杆外、一端作用于安装座、另一端作用于定位装置框架内壁的弹簧和固定设置在定位装置框架外壁面上的支座，所述支座为导向筒结构支座，垂直于定位装置框架外壁面固定设置，内径与滑动杆的外径配合构成滑动副，滑动杆穿过定位装置框架上的安装孔轴向滑动地安装在导向筒内，滑动杆外伸于导向筒外的杆体上设计有限制滑动杆轴向滑动限位结构。

在上述安装机构中，限制滑动杆向内滑动位置的限位结构，可设计成由滑动杆上的螺纹和与之相匹配的螺母构成的螺杆螺母限位结构，也可设计成由滑动杆上的销孔和与之相匹配的销钉构成的销孔销钉限位结构，或其他结构形式；作为安装支座的导向筒，与定位装置框架壁面的固定，可以是焊接固定，也可采取螺纹副固定；滑动杆与声发射测试传感器安装座固定联接的方式，可采取焊接联接，也可采取螺纹副联接。

在本发明的上述技术方案中，为了便于声发射测试传感器接线的布置，可在定位装置框架上设计声发射测试传感器接线外引槽孔。

本发明提供的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，是发明人在先前提出的声发射测试传感器固定装置(ZL200910059594.2)和万向式声 发射测试传感器固定装置(ZL200910059593.8)的实际使用过程中发现它们，对于圆柱形样品试件，不仅难以保证传感器与试件相贴合部位为传感器端平面中心，还难以保证安放位置正好使传感器端平面中心通过试件直径，而传感器安放位置在控制软件中设置有准确位置，即对于圆柱形试件正好通过试件直径，对于方形试件正好通过截面中心，由于固定装置难以确保试件安装时，使发射传感器端平面中心位置与控制程序中设置的位置一致，因而导致测得的结果不准，与实际差异较大等所存在的问题完成的。

本发明提供的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，通过在整体环形定位装置框架的同一截平面相互垂直的两个方向上安装四副可自动轴向调整安装座位置的安装机构，不仅保证了安装在安装座内的声发射测试传感器与圆柱形试件柱面贴合的部位始终为传感器端平面中心，还保证了传感器安装位置与控制程序中设置的位置一致，即两两对称安装的四个声发射测试传感器端平面中心正好通过圆柱形试件直径或矩形试件的截面中心，这不仅能在同一个试件试验过程中获得尽可能多的测量信息，且能确保试件安装测试时，发射传感器端平面中心位置与控制程序中设置位置一致，从而确保了测试效率、测试的准确性和真实性。本发明提供的固定装置，不仅可以保证传感器安装位置与程序设置位置一致，还可以确保涂抹耦合剂过程中传感器位置始终处于预定位置，且确保传感器端平面中心与试件处于良好耦合状态。发明人在先公开的ZL200910059594.2号固定装置和ZL200910059593.8号固定装置，虽然可以在声发射测试传感器安装在试件上之前或之后通过涂抹耦合剂，力求使发射传感器端平面中心与试件处于良好耦合状态，获得准确和真实的测试信息，但不论在安装之前涂抹还是在安装之后涂抹，都不能很好地达到愿望。在安装之前涂抹既不能保证安装好的两个传感器发射平面的中心连线通过圆柱形试件的直径或矩形试件截面的中心，也不能确保传感器与圆柱形试件柱面贴合位置为传感器的中心；安装之后再涂抹，则会在涂抹过程中引起传感器安装位置变动，不仅会使传感器与试件接触的部位不是传感器的中心，还会使两个传感器偏离预定位置，与控制程序中设置不一致。两种涂抹方式均会导致测试结果不准或无法有效测试。

本发明特别设计的安装机构，是一种可自动轴向调整安装座位置的安装机构，位于安装座与定位装置框架内壁面之间套置在滑动杆外的弹簧，不仅保证了 传感器发射平面与试件表面保持紧密接触，还保证了试件在试验中径向膨胀时，不会增大声发射测试传感器的受力，同时能保障在同批次测试试件在测试中声发射测试传感器受力的一致性。这不但可降低伪信号对测试结果影响，还因而可提高声发射测试传感器的使用寿命。而发明人在先公开的固定装置，由于固定两个声发射测试传感器的两个平行悬臂杆是由连接杆连接在一起，当两个声发射测试传感器在试件上安装后，该连接杆位于试件一侧，当试件在测试中突然破坏时，固定装置与两个声发射测试传感器构成的整体会向连接杆所在侧摆动，可能会发生该侧撞向试验机加载架上，导致传感器损坏或测试精度下降。本发明由于是整体式结构，试验中套置在试件外，当试件突然破坏时，固定装置会悬在测试半空，可避免撞到试验机上，从而可以更有效低保护传感器。

试件在试验测试过程中，从加载开始直至破坏的整个测试过程，试件变形一直在发生变化，发明人在先公开的固定装置，由于安装传感器的两个臂杆，会由初始的平行状态，变化为不平行的“八子”状态，导致发射传感器端平面中心与试件中心耦合的有效性降低，影响测试准确性。本发明的传感器是通过安装座、安装机构安装在整体刚性环形结构的定位装置框架上，在试件变形过程中，与传感器固定联接的滑动杆在作为安装支座的导向筒内可自由伸缩，由于套置在滑动杆外的弹簧作用，测试传感器与被测试件始终处于最佳耦合状态，克服了现有技术固定装置存在的上述缺陷。本发明的固定装置还兼具发明人在先公开的固定装置的优点(万向式的任意调节除外)。

使用本发明提供的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置对试件进行测试试验，可保证声发射测试发射传感器端平面中心轴向通过试件直径或试件中心，传感器发射平面与试件柱面耦合部位始终为发射传感器端平面中心，并且同一个截面上的4个传感器始终在相同高度，克服了人为安装试件过程中不能保证声发射测试传感器平面中心与圆柱面相切，及声发射测试发射传感器端平面中心轴向与被测圆柱形试件直径不重合的难题。同时，本发明还可始终确保两个声发射测试传感器发射平面平行，及其轴向完全重合。

附图说明

图1是本发明一个实施例的俯视结构示意图。

图2是图1所示固定装置的主视剖视结构示意图。

图3是本发明一个实施例的俯视结构示意图。

图4是传感器安装座与滑动杆联接关系结构示意图。

图5是图4的俯视结构示意图。

图6是传感器固定在安装座上的一种固定方式结构示意图。

图7是传感器固定在安装座上的另一种固定方式结构示意图。

上述附图各图示标号标识对象分别为：1-定位装置框架；2-安装支座；3-滑动杆；4-限位螺母；5-弹簧；6-传感器安装座；7-开口环形弹簧片；8-卡口；9-传感器接线；10-传感器接线外引槽；11-声发射测试传感器；12-被测试件，13—锁紧螺栓。

具体实施方式

以下通过实施例并结合附图对本发明所述用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置作进一步说明，需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不限于实施例所描述的形式。

实施例1

本实施例的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其结构如附图1、2、4、5和6所示，测试件为圆柱形岩石试件，定位装置的构成包括整体圆环形定位装置框架1、用于安装声发射测试传感器11的安装座6、将声发射测试传感器固定于安装座6内的固定组件和将安装座6安装于定位装置框架上的安装机构。所述安装座为内腔与声发射测试传感器外缘相匹配一端封闭的筒体，筒体壁上设计有传感器接线引出缺口，缺口角度为90度；将声发射测试传感器固定于安装座6内的所述固定组件，由将声发射测试传感器箍置在安装座上的开口环形弹簧片7和将开口环形弹簧片开口锁紧的锁紧结构8构成，所述锁紧结构为卡扣锁紧结构；所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构，包括与作为声发射测试传感器安装座6的筒体底端固定联接的滑动杆3，套置在滑动杆外、一端作用于筒体底端、另一端作用于定位装置框架内壁的弹簧5和固定设置在定位装置框架外壁面上的安装支座2，所述安装支座为导向筒支座，通过螺纹副垂直安装固定在定位装置框架壁面外，其内径与滑动杆的外径配合构成轴向滑动副，滑动杆穿过定位装置框架上的安装孔可轴向滑动地安装在作为安装支座的导向筒内，滑动杆外伸于安装支座导向筒外的杆体上设计有限制滑动杆轴 向滑动限位结构，所述限位结构由滑动杆上的螺纹和与之相配合的限位螺母4构成，用于限制滑动杆轴向滑动位置。安装机构共有四副，位于定位装置框架同一截平面内，两两相向设置，且安装机构两两相向设置构成的两条安装位置连线相互垂直。

采用本发明提供的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置对岩石试件进行试验的使用方法：

1、根据被测岩石试件的直径(或边长)，以及被测岩石试件的直径和破坏时可能发生的变形量，选择合适的弹簧5长度。将4个声发射测试传感器11分别固定安装在固定装置中作为安装座的筒体内。调整安装机构滑动杆上限位螺母，使套置在安装机构滑动杆3上的弹簧5，在岩石试件整个试验过程中始终处于压缩状态，确保声发射测试发射传感器端平面中心与被测岩石试件表面有效接触。调节限位螺母4时应注意，使相对设置的分别固定声发射测试传感器安装座的安装机构，滑动杆上的弹簧被压缩量应相同。此外，当把调节好限位螺母4位置后的声发射测试传感器置于被测试件上时，限位螺母4应处于滑动螺杆3的自由端和作为安装支座2的导向筒自由端的之间，且不能紧贴导向筒的自由端，这样设置是为了确保在岩石试件变形过程中，当岩石发生横向减小时，即岩石直径(或边长)减小时，两个相对设置的声发射测试传感器，在弹簧弹力作用下能相向运动；当岩石横向增大，即岩石直径(或边长)增大，两个相对设置的声发射测试传感器，在岩石变形作用下，压缩弹簧，发生相背离运动。

2、将调节好距离和限位螺母位置的声发射测试传感器引线分别固定于该传感器临近的声发射测试传感器接线外引槽10中。

3、根据试验情况安装其他测试传感器，然后将声发射测试传感器固定安装在试件靠近端部。

4、将安装好声发射测试传感器的试件置于试验机上进行试验。

按照上述方法安装好以后，试验中试件横向膨胀时，则该装置中两个相对设置的测试传感器端平面间的距离可依靠弹簧5发生微量变化，且紧贴测试试件表面，并始终保持初始相互平行状态，保证测量信号的准确性和真实性。

实施例2

本实施例的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其结 构如附图2、3、4、5和7所示，测试件为矩形岩石试件。本实施例的定位装置，其结构与实施例1所述定位装置的结构基本相同，所不同的地方，一是本实施例所述定位装置中的定位装置框架为整体环形结构架；二是将声发射测试传感器固定于安装座6内的所述固定组件，其中将开口环形弹簧片7开口锁紧的锁紧结构为螺栓螺母锁紧结构。

Claims (10)

1.一种用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，包括定位装置框架(1)、安装声发射测试传感器(11)的安装座(6)、将声发射测试传感器固定于安装座内的固定组件和将安装座安装于定位装置框架上的安装机构，其特征在于：所述定位装置框架为整体环形结构框架；所述安装座为内腔与声发射测试传感器外缘相匹配的筒体结构，筒体壁上设计有传感器接线引出缺口；所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构，共有四副，位于定位装置框架同一截平面内，两两相向设置，两条安装位置连线相互垂直，使通过安装座、安装架安装于定位装置框架上的两个相对设置的发射传感器端平面中心的连线通过试件直径或试件截面中心。

2.根据权利要求1所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：所述定位装置框架为整体圆形环状框架或矩形环状框架。

3.根据权利要求1所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：作为安装座的所述筒体，筒体的缺口角度不大于120度。

4.根据权利要求1所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：所述固定组件由将声发射测试传感器箍置在安装座上的开口环形弹簧片(7)和将开口环形弹簧片开口锁紧的锁紧结构(8)构成。

5.根据权利要求4所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：所述锁紧结构为卡扣锁紧结构。

6.根据权利要求4所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：所述锁紧结构为螺栓螺母锁紧结构。

7.根据权利要求1至6之一所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：所述安装机构包括与安装座(6)固定联接的滑动杆(3)，套置在滑动杆外、一端作用于安装座、另一端作用于定位装置框架内壁的弹簧(5)和固定设置在定位装置框架外壁面上的支座(2)，所述支座为导向筒结构支座，垂直于定位装置框架外壁面固定设置，内径与滑动杆的外径配合构成滑动副，滑动杆穿过定位装置框架上的安装孔可轴向滑动地安装在作为支座的导向筒内，滑动杆外伸于导向筒外的杆体上设计有限制滑动杆轴向滑动限位结构。

8.根据权利要求7所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：限制滑动杆轴向滑动的限位结构为由滑动杆上的螺纹和与之相匹配的螺母构成的螺杆螺母限位结构。

9.根据权利要求7所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：限制滑动杆轴向滑动的限位结构为由滑动杆上的销孔和与之相匹配的销钉构成的销孔销钉限位结构。

10.根据权利要求1至6之一所述的用于岩石损伤测试的整体式声发射测试传感器定位装置，其特征在于：定位装置框架上设计有声发射测试传感器接线外引槽孔(10)。