CN105606064A - 一种变形锚索监测仪、监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变形锚索监测仪，其主要用于监测锚索径向的变形量，其主要包括：支架、多个紧固装置以及多个测量装置，所述支架套设于所述锚索的外端部，并且其内径大于所述锚索的外端部；所述多个紧固装置设置于所述支架周侧方向，所述多个紧固装置挠性地顶抵于所述锚索的外周，所述紧固装置能将所述支架固定于所述锚索的外端部；所述多个测量装置设置所述支架的周侧方向，所述测量装置顶抵于所述锚索的外周，并且所述测量装置能检测出所述锚索的变形量。本发明提供的变形锚索监测仪，其结构简单并且易于使用，不仅节省大量的人为操作，而且可以进行实时监测。

Description

一种变形锚索监测仪、监测系统及其监测方法

技术领域

本发明总体来说涉及一种变形锚索监测仪，具体而言，涉及一种变形锚索监测仪、监测系统及其监测方法。

背景技术

电子变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。

变形监测在很多领域上都会用到，由于情况的不同，所采用的监测手段和方法也各不相同，例如，在对材料研究领域中，材料的强度、韧性、力学特性等一系列内在性质都会随着材料本身的变形而变化，这时候对材料的变形监测就显得尤为重要，只有将变形规律和材料本身属性相结合着研究，才能更加深入的探究出材料内在属性和外在变形之间的联系。

在当前研究领域中，对材料变形监测的手段有很多，其中最具代表性的监测设备有应变片、千分表、位移计、光栅光纤、摄像感应、三维成像等传感器，它们通过不同的感应特性，对处于不同情况，不同位置，不同形状的材料进行变形监测，多数情况下，这些监测手段已经满足要求，但是对一些具有特殊要求的材料还需要根据此特性，发明一种监测变形的仪器。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种适用性较强，可应用于各种材料的变形锚索监测仪。

本发明的另一个主要目的在于，提供了一种结构简单，使用方便可节省大量人力、并且能够实时监测锚索变形数据的变形锚索监测仪，以及变形锚索监测系统和变形锚索监测方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供的变形锚索监测仪，其用于监测锚索径向的变形量，包括：支架、多个紧固装置以及多个测量装置，所述支架套设于所述锚索的外端部，并且其内径大于所述锚索的外端部；

所述多个紧固装置设置于所述支架周侧方向，所述多个紧固装置挠性地顶抵于所述锚索的外周，所述紧固装置能将所述支架固定于所述锚索的外端部；

所述多个测量装置设置于所述支架的周侧方向，所述测量装置顶抵于所述锚索的外周，并且所述测量装置能检测出所述锚索的变形量。

于本发明的一实施例中，所述测量装置间隔的设置于所述支架上，并且位于两相邻的紧固装置之间。

于本发明的一实施例中，所述支架的横截面垂直于所述锚索轴线。

于本发明的一实施例中，所述紧固装置包括一固定件以及一活动件，所述固定件设置于所述支架上，所述活动件安装于所述固定件内，并且所述活动件能选择性的定位于所述固定件内，并且其一端顶抵于所述锚索的外周上。

于本发明的一实施例中，所述测量装置还包括一安装架，所述安装架安装于所述支架周侧方向，所述测量装置安装于所述安装架内，并且所述测量装置能选择性的定位于所述安装架内。

于本发明的一实施例中，所述活动件向内形成有一安装空间，所述安装空间内安装有一顶柱，所述顶柱的一端可滑动的安装于所述安装空间内，另一端顶抵于所述锚索的外周上。

于本发明的一实施例中，所述安装架还包括至少一紧固件，所述紧固件安装于所述安装架的周侧方向，并且其一端顶抵于所述测量装置，所述紧固件能将所述测量装置定位于所述安装架内。

于本发明的一实施例中，所述紧固装置还包括一弹性件，所述弹性件安装于所述安装空间内，并且其两端分别顶抵于所述顶柱以及安装空间的底部，所述弹性件能为所述顶柱提供一弹性恢复力。

基于上述构思，本发明还提供一种变形锚索监测系统，包括如上所述的变形锚索监测仪、数据采集设备以及一信息处理终端，所述变形锚索监测仪与数据采集设备相连接，并且将监测到锚索的变形数据发送至数据采集设备；所述数据采集设备与所述信息处理终端连接，所述数据采集设备将采集到的变形数据发送至信息处理终端，所述信息处理终端对变形数据处理并分析，并且实时监测所述变形数据。

基于上述构思，本发明还提供一种应用如上所述的监测系统的变形锚索监测方法，测量锚索的外端部尺寸，然后调整所述变形锚索监测仪尺寸，将所述变形锚索监测仪固定于所述锚索的外端部；将所述变形锚索监测仪与所述数据采集设备连接，所述变形锚索监测仪将监测到锚索的变形数据发送至数据采集设备；将所述数据采集设备与所述信息处理终端连接，所述数据采集设备将变形数据发送至信息处理终端，所述信息处理终端对变形数据处理并分析，实时监测所述变形数据。

由上述技术方案可知，本发明的变形锚索监测仪、变形锚索监测系统以及变形锚索监测方法的优点和积极效果在于：

本发明提供的变形锚索监测仪的有益效果在于，多个紧固装置以及多个测量装置间隔的设置于支架，并且紧固装置挠性的顶抵于锚索的外周，可以看出本发明不仅结构简单、使用方便，而且可大量节约制造成本以及施工成本。由于紧固装置挠性的顶抵于锚索的外周，其不仅可以简便的将本发明固定于锚索上，而且还可以吸收锚索变形时产生的变形量，从而有助于提高监测数据的准确性。测量装置配合安装架的使用，使得本发明便于拆装、维修，并且大大节省了人工成本，由于测量装置可采用多种类型的测量仪器，使得本发明不仅可以适用于不同的环境，而且可以大大减少了人为操作，从而实现自动并且实时的监测。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测仪纵向剖视示意图；

图2为图1所示的一种变形锚索监测仪的A-A剖视示意图；

图3为图1所示的一种变形锚索监测仪的B-B剖视示意图；

图4是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测仪应用于恒阻大变形锚索的使用状态示意图；

图5是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测系统总体结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1.支架；11.装配孔；2.紧固装置；21.固定件；22.活动件；23.顶柱；24.弹性件；3.测量装置；31.安装架；32.紧固件；4.恒阻大变形锚索；41.导向头；42.套管；43.防滑挡板；44.恒阻体；45.缆索；46.承载板；47.锚具；100.变形锚索监测仪；200.锚索；300.数据采集设备；400.信息处理终端。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施例，图1是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测仪纵向剖视示意图；图2为图1所示的一种变形锚索监测仪的A-A剖视示意图；图3为图1所示的一种变形锚索监测仪的B-B剖视示意图；图4是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测仪应用于恒阻大变形锚索的使用状态示意图；图5是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测系统总体结构示意图。

在该示例性实施方式中，本发明的变形锚索监测仪，是以支架、多个紧固装置以及多个测量装置组成。安装时将支架套设于锚索的外端部，紧固装置安装于支架上，并且挠性的顶抵于锚索的外周，将多个测量装置顶抵于锚索的外周以此来监测锚索的变形量。具体而言，本发明可以应用于各种场景下，针对各种不同的锚索来进行监测，尤其是在针对使用特殊材料制成锚索上有较佳的使用效果。所谓的特殊材料是指具有负泊松比的材料，这些材料根据现实的实践情况的不同而选择不同性能的材料，然而本发明的可针对各种不同性能的材料进行适应性调整。但是本领域人员易于理解的是，该变形锚索监测仪也可以在本发明的基础上做出各种的变形，其各部件的位置也可视情况实际调整，这此变化仍然在本发明的保护范围内。

上述具有负泊松比效应的材料具体是指，材料的本身或组合材料具有负泊松比，负泊松比定义为负的横向收缩应变与纵向伸长应变之比，是指其受拉伸时,材料在弹性范围内横向发生膨胀，而受压缩时，材料的横向反而发生收缩。也就是说在对其进行拉伸的过程中，材料的主体的径向会发生膨胀的现象，通过监测其横向膨胀的变形量，从而得出材料本身纵向的变形量。而本发明的变形锚索监测仪，主要测量材料在拉伸过程中的膨胀数据，再用此数据来验证材料或锚索所具有的负泊松比特性，进而得出所监测的锚索的纵向拉伸的数据。

如图1至3、图5所示，本发明提供的变形锚索监测仪100，其主要用于监测锚索200径向的变形量，变型锚索监测仪100包括：支架1、多个紧固装置2以及多个测量装置3，支架1套设于锚索200的外端部，并且其内径大于锚索200的外端部。多个紧固装置2设置于支架1周侧方向，多个紧固装置2挠性地顶抵于锚索200的外周，紧固装置2能将支架1固定于锚索200的外端部。多个测量装置3设置支架1的周侧方向，测量装置3顶抵于锚索200的外周，并且测量装置3能检测出锚索200的变形量。

如图1所示，图1为本发明提供的变形锚索监测仪纵向剖视示意图，支架1具体可以采用金属制成，例如可以采用铝制成，但是为了增加其强度，可以采用铝合金材质制成。采用铝质不仅可以使得本发明质量较轻，便于安装使用，而且铝合金材质强度较高，可以延长其使用寿命。当然本发明并不限制其具体的材质，其也可以采用其它强度较高的材质制成。

在本实施例中支架1的具体可为圆环状，在实际使用时可以套设于锚索200的外端部，支架1的内环的直径大于锚索200的直径。采用此种设计，使得本发明在使用时符合力学原理，而且便于测量锚索200的外周。另外由于支架1的内环直径较大，使得本发明在实际使用时可以适用不同直径的锚索200，使得本发明可以适用于各种不同的使用环境。

于本发明的一实施例中，支架1的周侧方向设置有多个装配孔11，装配孔11具体可为一通孔，其均匀的分布于支架1上，并且装配孔11由支架的外侧面连通于内侧面上。装配孔11内可以形成有内螺纹，以便于安装上述紧固装置2以及测量装置3。当然本发明并不限制装配孔11的具体形状，其可以是任何形状。紧固装置2以及测量装置3与支架1装配方式并不限制于上述方式，其也可以采用其它装配方式，例如紧固装置2以及测量装置3可直接焊接于支架1上。于本发明的一实施例中，支架1在实际使用时，支架1安装在锚索200上时，支架1的横截面与锚索200的轴线呈垂直状态。

如图1以及图2所示，多个紧固装置2设置于支架1周侧方向，多个紧固装置2挠性地顶抵于锚索200的外周，紧固装置2能将支架1固定于锚索200的外端部。于本发明的一实施例中，紧固装置2具体可包括一固定件21、活动件22、顶柱23以及一弹性件24。固定件21具体可以采用金属材质制成的套筒状，其可以采用与支架1的材质相同，固定件21固定安装于上支架上，例如固定件21的外侧可形成有外螺纹，与上述支架1的装配孔11配合安装于上述支架1上。当然固定件21也可以采用其它方式安装于支架1上，例如也可以将固定件21直接焊接于支架1上。

活动件22具体可以采用上述支架1的材质制成，当然其也可以采用其它材质制成，例如可以采用柔性材质制成，以使得支架可以挠性的安装于锚索200上，采用此种设计，可以使得本发明在使用时可以吸收部分锚索的变形量，以提高测量数据的准确性。活动件22的形状具体可以为一圆柱体，其可活动的穿设于固定件21内，并且可以定位于固定件21内，例如可以采用内外螺纹配合的方式，使活动件22可选择性的定位于固定件21内，其一端可顶抵于锚索200的外周上，当然本发明并不限制其具体的装配方式。

于本发明的一实施例中，活动件22的外端还可设置一手柄221，该手柄221与活动件22一体成型，或者采用分体式设计，本发明对此并不限制。设置手柄221可以使得本发明更加便于的安装或拆卸，在实际应用时，只需转动手柄即可将支架1固定于锚索200上，大大减少人为操作，从而有效提高了工作效率。

于本发明的一实施例中，活动件22的内端还可以设置安装空间222，安装空间222与上述手柄221相对设置。上述顶柱23的一端可滑动的安装于安装空间222内，顶柱23的另一端顶抵于锚索200的外周上。顶柱23具体可以采用上述材质制成的圆柱体，例如其采用铝合金材质，当然其也可以采用如活动件22相同的柔性材质制成，当然本发明并不限制其具体的材质以及形状，其可以采用其它的形状以及材质。采用此种设计，可以使得本发明在使用时可以吸收部分锚索200的变形量，以提高测量数据的准确性。

于本发明的一实施例中，弹性件24可安装于上述安装空间222内，弹性件24具体可以采用一螺旋弹簧，当然其也可以采用其它类型弹簧，本发明并不限制其具体的类型。弹性件24两端分别顶抵于顶柱23以及安装空间222的底部。在实际使用时，弹性件24可以为顶柱23提供一弹性恢复力，采用此种设计的目的在于，当锚索200变形时可以更大的吸收锚索200的变形量，以进一步提高锚索200测量数据的准确性。

如图1及图3所示，多个测量装置3设置支架1的周侧方向，测量装置3间隔的设置于支架1，测量装置3具体可为一千分表，当然其也可以为其它的测量装置，本发明并不限制其具体的类型。测量装置3可以直接安装于上述安装孔11内，采用内外螺纹的相互配合的方式安装于支架1上，或者直接安装于支架1上，本发明并不限制其具体的装配方式。测量装置3安装于支架1上并且顶抵于锚索200的外周，用于检测锚索200的变形量。每个测量装置3设置于两相邻的紧固装置2之间，采用此种设计，使得本发明可以从锚索200的各个角度测量，使得测量数据更加的全面，以提高测量数据的准确性。

于本发明的一实施例中，测量装置3还包括一安装架31，安装架31具体也可以采用上述支架1的材质制成，其形状可为一套筒状。安装架31可以通过内外螺纹配合安装于上述支架1的安装孔11内，也可以直接安装于支架1上，本发明并不限制其具体的材质以及装配方式。测量装置3可活动的安装于安装架31内，并且顶抵于锚索200的外周，用以测量锚索200的变形量。

于本发明的一实施例中，安装架31还可包括至少一紧固件32，紧固件32具体可为一螺钉，紧固件32安装于安装架31的周侧方向，并且紧固件32的一端顶抵于测量装置3，以将测量装置3固定于安装架31内，进一步加固测量装置与安装架31之间的连接关系。采用此种设计，使得本发明在实际使用时，测量装置3不会产生松动，进一步提高测量数据的准确性。

于本发明的一实施例中，本发明的变形锚索监测仪还可以用于测量恒阻大变形锚索变形量，具体可以参阅图4，图4是根据一示例性实施方式示出的一种变形锚索监测仪应用于恒阻大变形锚索的使用状态示意图。

如图4所示，恒阻大变形锚索4包括导向头41、套管42、防滑挡板43、恒阻体44、缆索45、承载板46以及锚具47。于本实施例中，套管42的两端分别安装有导向头41以及防滑挡板43，并且套管42呈直筒结构，其内壁靠近导向头41处设楔形部用于放置恒阻体44，恒阻体44呈锥台结构，其直径较大的一端靠近导向头41设置，而直径较小的一端远离导向头41设置。缆索45的一端穿过防滑挡板43与恒阻体44连接，并且其另一端穿过承载板46与锚具47相连接。

在实际测量时，在套管42上设置一个或多个本发明的变形锚索监测仪100，然后对锚具47施加一拉力，以形成缆索45的轴向拉力。当缆索45拉力小于缆索设计恒阻力时，由于摩擦阻力的作用力，恒阻体44与套管42之间不会相对位移，并且变形锚索监测仪100上测得的变形量为零；而当缆索45的轴向拉力大于等于缆索45设计恒阻力时，恒阻体44一开始沿着套管42发生滑移，此时变形锚索监测仪100可测得套管42的横向正变形量。当持续在缆索45上施加拉力时，恒阻体44继续滑移，若恒阻体44已越过第一个变形锚索监测仪100，变形量已从最大量开始回调，此时变形锚索监测仪100能跟随测得套管42的横向负变形量，以此动态测量最后计算施加于缆索45上的拉力以及套管42的正负变形量的比值，也就是说计算恒阻大变形锚索的负泊松比值，以得出恒阻大变形锚索是否符合其预设的拉力值，检测恒阻大变形锚索是否符合使用标准。另外在其它实施例中，还可以使用上述方法检测新材料制成的恒阻大变形锚索应力响应参数和所能承受的极值拉力值。

如图5所示，本发明还提供一种变形锚索监测系统，包括如上所述的变形锚索监测仪100、数据采集设备300以及一信息处理终端400。变形锚索监测仪100安装于锚索200的外端部，并且与数据采集设备300相连接，连接方式可以采用有线或无线连接，变型锚索监测仪100能将测得的变形数据发送至数据采集设备300，另外数据采集设备300可以采用本领域公知的所有类型，本发明并不限制其具体的类型。数据采集设备300与信息处理终端400连接，其可以采用上述有线或无线的方式连接，数据采集设备300将收集的变形数据发送至信息处理终端400，信息处理终端400具体可以为计算机，其可以对变形数据处理并且分析，通过与数据库的对比，以实时监测变形数据。

另外本发明还提供一种应用如上所述的监测系统的变形锚索监测方法，首先可通过一可伸缩滑带来测量锚索的外端部圆周的尺寸。然后根据测得的尺寸来调整紧固装置的位置，以此来调整变形锚索监测仪尺寸，使本发明套设于锚索上，然后通过调整紧固装置的位置，将本发明固定于锚索上。然后调整测量装置在支架上的位置并且固定，测量装置顶抵于锚索的外周上。

将变形锚索监测仪与数据采集设备连接，变形锚索监测仪将监测到锚索的变形数据发送至数据采集设备；将数据采集设备与信息处理终端连接，数据采集设备将变形数据发送至信息处理终端，信息处理终端对变形数据处理并分析，实时监测变形数据。

综上所述，本发明提供的变形锚索监测仪的有益效果在于，多个紧固装置以及多个测量装置间隔的设置于支架，并且紧固装置挠性的顶抵于锚索的外周，可以看出本发明不仅结构简单、使用方便，而且可大量节约制造成本以及施工成本。由于紧固装置挠性的顶抵于锚索的外周，其不仅可以简便的将本发明固定于锚索上，而且还可以吸收锚索变形时产生的变形量，从而有助于提高监测数据的准确性。测量装置配合安装架的使用，使得本发明便于拆装、维修，并且大大节省了人工成本，由于测量装置可采用多种类型的测量仪器，使且本发明不仅可以适用于不同的环境，而且可以大大减少了人为操作，从而实现自动并且实时的监测。

另外本发明还可以多套设备共同作业，不但省下大量的人为操作，而且大大提高了锚索变形数据的采集能力，尤其在应用于恒阻大变形锚索时，可以更加科学的验证恒阻大变形锚完毕的NPR效应提供有力的数据基础，具有加大的现实意义。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种变形锚索监测仪，用于监测锚索径向的变形量，其特征在于，包括：支架、多个紧固装置以及多个测量装置，所述支架套设于所述锚索的外端部，并且其内径大于所述锚索的外端部；

所述多个紧固装置设置于所述支架周侧方向，所述多个紧固装置挠性地顶抵于所述锚索的外周，所述紧固装置能将所述支架固定于所述锚索的外端部；

所述多个测量装置设置于所述支架的周侧方向，所述测量装置顶抵于所述锚索的外周，并且所述测量装置能检测出所述锚索的变形量。

2.如权利要求1所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述测量装置间隔的设置于所述支架上，并且位于两相邻的紧固装置之间。

3.如权利要求1所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述支架的横截面垂直于所述锚索轴线。

4.如权利要求1所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述紧固装置包括一固定件以及一活动件，所述固定件设置于所述支架上，所述活动件安装于所述固定件内，并且所述活动件能选择性的定位于所述固定件内，并且其一端顶抵于所述锚索的外周上。

5.如权利要求1所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述测量装置还包括一安装架，所述安装架安装于所述支架周侧方向，所述测量装置安装于所述安装架内，并且所述测量装置能选择性的定位于所述安装架内。

6.如权利要求4所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述活动件向内形成有一安装空间，所述安装空间内安装有一顶柱，所述顶柱的一端可滑动的安装于所述安装空间内，另一端顶抵于所述锚索的外周上。

7.如权利要求5所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述安装架还包括至少一紧固件，所述紧固件安装于所述安装架的周侧方向，并且其一端顶抵于所述测量装置，所述紧固件能将所述测量装置定位于所述安装架内。

8.如权利要求6所述的变形锚索监测仪，其特征在于，所述紧固装置还包括一弹性件，所述弹性件安装于所述安装空间内，并且其两端分别顶抵于所述顶柱以及安装空间的底部，所述弹性件能为所述顶柱提供一弹性恢复力。

9.一种变形锚索监测系统，包括如权利要求1所述的变形锚索监测仪、数据采集设备以及一信息处理终端，其特征在于，所述变形锚索监测仪与数据采集设备相连接，并且将监测到锚索的变形数据发送至数据采集设备；所述数据采集设备与所述信息处理终端连接，所述数据采集设备将采集到的变形数据发送至信息处理终端，所述信息处理终端对变形数据处理并分析，并且实时监测所述变形数据。

10.一种应用如权利要求9所述的监测系统的变形锚索监测方法，其特征在于，测量锚索的外端部尺寸，然后调整所述变形锚索监测仪尺寸，将所述变形锚索监测仪固定于所述锚索的外端部；将所述变形锚索监测仪与所述数据采集设备连接，所述变形锚索监测仪将监测到锚索的变形数据发送至数据采集设备；将所述数据采集设备与所述信息处理终端连接，所述数据采集设备将变形数据发送至信息处理终端，所述信息处理终端对变形数据处理并分析，实时监测所述变形数据。