CN105866251B - 一种声发射传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声发射传感器，属于岩土工程声发射现场监测技术领域。其包括第一半模、第二半模、定位机构、传感器本体，第一半模和第二半模对合后，于第一半模和第二半模之间至少形成第一容置空间，第一容置空间为第一通孔，定位机构容置于第一容置空间内，定位机构包括第一组件、第二组件，第二组件内部设有第二容置空间，第一组件与第二组件之间构成滑动副，传感器本体容置于第二容置空间内；第一组件的自由端面呈外凸的弧形面，弧形面能够与钻孔内壁相适配；定位机构的长度＞第一半模或者第二半模的直径，定位机构的长度可调；应用时，定位机构的长度能够与钻孔的直径相等。其能够与钻孔内壁完全贴合，因此，能够有效地提高声发射信号质量。

Description

一种声发射传感器

技术领域

本发明涉及岩土工程声发射现场监测技术领域，特别是涉及一种声发射传感器。

背景技术

地下岩土工程开挖后，应力重分布和开挖过程将对岩体产生损伤，从而产生工程稳定性和安全性问题。地下工程的损伤破坏过程通常为渐进的，伴随岩体的损伤，贮存的应变能以弹性波的形式向外释放，产生声发射。声发射监测作为一种实时的非破坏的监测手段已经广泛地应用于室内试验和工程实践。岩石的声发射,反映了岩石损伤的过程,它与岩石内部缺陷的形成与演化直接相关。声发射监测作为一种实时的非破坏的监测手段,通过分析声发射信号特征，可以有效地认识岩土工程内部裂纹的演化过程，推断目标岩体所处的状态，从而判断工程的稳定性，指导和优化开挖方式和工艺、支护手段等工程实践。

声发射作为一种十分有效的手段已经广泛地应用于室内试验，用以表征岩石损伤过程特征。主要应用于岩石室内力学试验中损伤定位、解译破坏机制(张/剪破坏)，损伤量化等。而声发射用于原位监测岩土工程的工程实践较为少见，主要原因在于现场条件复杂，难以满足声发射监测的需良好的安装效果，形成大量传感器的优化阵列及回收传感器等要求；同时，为了能有效采集开挖过程中声发射信号，预先开钻超前长钻孔以便将声发射传感器预埋在目标岩体附近是必要的，而在钻孔内狭窄的空间存在传感器安装的困难。

声发射源即损伤源的定位是现场声发射监测的首要研究内容。对声发射源的定位是判断地下工程突发灾害(岩爆、煤与瓦斯突出、片帮冒顶)可能位置的有效方法。现场工程岩体声发射源的空间定位需要较多探头(理论上4个即可进行空间定位，但监测目标的大尺度和复杂性要求传感器个数远多于4个)。巷道内开钻超前钻孔费时且造价高，为此需要设计同一钻孔内设置多个传感器的方法。

通过声发射信号解译声发射源破裂机制是分析岩体损伤破坏形式的重要技术，对于判定工程的稳定性、破坏模式、裂纹特征等其他岩体物理力学性质有重要意义。破坏机制解译和源定位一样需要较多传感器获得有效的声发射信号，同时对声发射信号的质量有很高要求。经试验发现，声发射信号的质量与声发射传感器和被监测物体的耦合效果密切相关，因此，现场岩体声发射监测需保证声发射传感器与目标岩体良好耦合效果，即与监测岩体紧密贴合。但是，现有技术中选用的声发射传感器都是通过加水耦合的方式，难以与钻孔内壁贴合。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种声发射传感器，应用过程中，其能够与钻孔内壁完全贴合，因此，能够有效地提高声发射信号质量，从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的声发射传感器的技术方案如下：

本发明提供的声发射传感器，其特征在于，包括第一半模、第二半模、定位机构、传感器本体，

所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间至少形成第一容置空间，

所述第一容置空间为第一通孔，所述定位机构容置于所述第一容置空间内，所述定位机构包括第一组件、第二组件，所述第一组件内部设有第二容置空间，所述第一组件与所述第二组件之间构成滑动副，所述传感器本体容置于所述第二容置空间内；

所述第一组件的自由端面呈外凸的弧形面，所述弧形面能够与钻孔内壁相适配；

所述定位机构的长度＞所述第一半模或者所述第二半模的直径，所述定位机构的长度可调；

应用时，所述定位机构的长度能够与钻孔的直径相等。

本发明提供的声发射传感器还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述声发射传感器还包括柔性体，

所述第二组件为一盖体，所述第一组件为一容器，所述盖体通过其内壁与所述容器外壁之间构成滑动副，于所述盖体与所述容器的滑动端之间形成第三容置空间；

所述弧形面设置于所述容器的自由端；

所述柔性体容置于所述第三容置空间，通过所述柔性体的形变，使得所述定位机构的长度可调。

作为优选，所述容器为分体式结构，包括底座和上盖，于所述底座和所述上盖之间形成所述第二容置空间。

作为优选，所述柔性体为一软包，通常情况下，当所述软包容置于所述第三容置空间内时，所述定位机构的总长度＞所述钻孔的直径，当所述软包受压变形时，所述定位机构的总长度＝所述钻孔的直径。

作为优选，所述柔性体为一弹性部件，所述弹性部件的一端抵顶于所述盖体，所述弹性部件的另一端抵顶于所述容器的滑动端，当所述弹性部件处于自然状态时，所述定位机构的总长度＞所述钻孔的直径，当所述弹性部件受压变形时，所述定位机构的总长度＝所述钻孔的直径。

作为优选，所述盖体上设有第二通孔，

所述柔性体包括袋状物和导管，所述袋状物与所述导管之间连通，所述袋状物由弹性材质制成；

所述导管通过所述第二通孔被引出；

通过所述导管能够向所述袋状物内注入气态或者液态介质；

通常状况下，所述定位机构的总长度＜所述钻孔的直径，通过所述导管向所述袋状物内注入气态或者液态介质后，所述定位机构的总长度能够＝所述钻孔的直径。

作为优选，所述传感器本体为有线结构，所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间还形成第四容置空间，所述第四容置空间还与第三通孔连通，所述第三通孔用于使所述传感器本体的导线穿出，所述第三通孔的直径＜所述传感器本体的最小直径。

作为优选，所述传感器本体为无线结构，所述第二容置空间对外没有连通机构。

作为优选，所述声发射传感器还包括第一连接件、第二连接件，

所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间还包括第五容置空间和第六容置空间，

所述第五容置空间为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔包括第一盲孔和第四通孔，所述第一盲孔的直径＞所述第四通孔的直径；

所述第六容置空间为第二阶梯孔，所述第二阶梯孔包括第二盲孔和第五通孔，所述第二盲孔的直径＞所述第五通孔的直径；

所述第一连接件的头端为第一阶梯轴，所述第一阶轴包括第一段轴和第二段轴，所述第一段轴的直径与所述第一盲孔的直径相同，所述第一段轴的轴向长度与所述第一盲孔的轴向长度相同；所述第二段轴的直径与所述第四通孔的直径相同，所述第二段轴的轴向长度＞所述第四通孔的轴向长度，使得所述第二段轴在所述第四通孔之外留有第一余部；

所述第二连接件的头端为第二阶梯轴，所述第二阶轴包括第三段轴和第四段轴，所述第三段轴的直径与所述第二盲孔的直径相同，所述第三段轴的轴向长度与所述第二盲孔的轴向长度相同；所述第四段轴的直径与所述第五通孔的直径相同，所述第四段轴的轴向长度＞所述第五通孔的轴向长度，使得所述第四段轴在所述第五通孔之外留有第二余部；

多个所述声发射传感器能够通过所述第一余部与所述第二余部的首尾相接构成声发射传感器组件。

作为优选，

所述第一半模在第一末端设有第一平台，所述第一半模在第二末端设有第二平台，

所述第二半模在第三末端设有第三平台，所述第二半模在第四末端设有第四平台，

所述第一平台与所述第三平台相对应，并于相对应的位置设有连通的第六通孔；

所述第二平台与所述第四平台相对应，并于相对应的位置设有连通的第七通孔；

所述第六通孔和第七通孔分别用于供锁紧螺栓穿过，并分别通过所述锁紧螺栓将所述第一半模和所述第二半模锁紧。

本发明提供的声发射传感器在应用时，由于定位机构的长度能够与钻孔的直径相等，因此，其相当于能够使得本发明提供的声发射传感器在钻孔内能够得到定位机构的支撑，而避免其发生晃动或者移位；并且，定位机构的一个端面呈外凸的弧形面，弧形面能够与钻孔内壁相适配，因此，容置在该第二容置空间内的传感器本体相当于能够钻孔内壁完全贴合，因此，能够有效地提高声发射信号质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的声发射传感器第一个典型方向的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的声发射传感器第二个典型方向的立体结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的声发射传感器的透视结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的声发射传感器第一半模的贴合面方向的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的声发射传感器中定位机构应用的座体的一个典型方向的示意图；

图6为以图5中A-A向剖切后再与盖体配合后的装配结构剖视示意图；

图7为本发明实施例二提供的声发射传感器中定位机构应用的座体以图5中A-A向剖切后再与盖体配合后的装配结构剖视示意图；

图8为本发明实施例三提供的声发射传感器中定位机构应用的座体以图5中A-A向剖切后再与盖体配合后的装配结构剖视示意图；

图9为本发明实施例三提供的声发射传感器中应用的气瓶的结构示意图。

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种声发射传感器，应用过程中，其能够与钻孔内壁完全贴合，因此，能够有效地提高声发射信号质量，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的声发射传感器，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

实施例一

参见附图1～附图6，本发明实施例一提供的声发射传感器，其特征在于，包括第一半模1a、第二半模1b、定位机构、传感器本体17，第一半模1a和第二半模1b对合后，于第一半模1a和第二半模1b之间至少形成第一容置空间26-27，第一容置空间26-27为第一通孔，定位机构容置于第一容置空间26-27内，定位机构包括第一组件38-41、43、第二组件36，所述第一组件38-41、43内部设有第二容置空间50，第一组件38-41、43与第二组件36之间构成滑动副，传感器本体17容置于第二容置空间38-41、43内；第一组件38-41、43的自由端面15呈外凸的弧形面，弧形面能够与钻孔(图中未示出)内壁相适配；定位机构的长度＞第一半模1a或者第二半模1b的直径，定位机构的长度可调；应用时，定位机构的长度能够与钻孔(图中未示出)的直径相等。

本实施例中，定位机构的材质是铜，其原因在于，声波在铜中传播时衰减程度低，能够保证本发明实施例一提供的声发射传感器采集信号的可靠性。

本发明实施例一提供的声发射传感器在应用时，由于定位机构的长度能够与钻孔(图中未示出)的直径相等，因此，其相当于能够使得本发明实施例一提供的声发射传感器在钻孔(图中未示出)内能够得到定位机构的支撑，而避免其发生晃动或者移位；并且，定位机构的一个端面15呈外凸的弧形面，弧形面能够与钻孔(图中未示出)内壁相适配，因此，容置在该第二容置空间28内的传感器本体17相当于能够钻孔(图中未示出)内壁完全贴合，因此，能够有效地提高声发射信号质量。

参见附图6，本实施例中，声发射传感器还包括柔性体，第二组件36为一盖体，第一组件38-41、43为一容器，盖体通过其内壁与容器外壁之间构成滑动副，于盖体与容器的滑动端38之间形成第三容置空间37；弧形面15设置于容器的自由端；柔性体44容置于第三容置空间37，通过柔性体的形变，使得定位机构的长度可调。

本实施例中，容器为分体式结构，包括底座43和上盖38，于底座43和上盖38之间形成所述第二容置空间50。在这种情况下，删改38能够从底座43上取下，便于传感器本体17的取放。此时，为了能够让传感器本体17的导线9能够从容器中穿出，还需要在底座43上设有凹槽35，用于容置从容器中穿出的传感器本体17的导线9穿出。

本实施例中，柔性体为一软包44，通常情况下，当软包容置于第三容置空间37内时，定位机构的总长度＞钻孔(图中未示出)的直径，当软包44受压变形时，定位机构的总长度＝钻孔(图中未示出)的直径。

参见附图1和附图2，第一半模1a在第一末端设有第一平台2a，第一半模1a在第二末端设有第二平台2b，第二半模1b在第三末端设有第三平台3a，第二半模1b在第四末端设有第四平台(图中未示出)。第一平台2a与第三平台3a相对应，并于相对应的位置设有连通的第六通孔23；第二平台2b与第四平台(图中未示出)相对应，并于相对应的位置设有连通的第七通孔32；第六通孔和第七通孔分别用于供锁紧螺栓4或5穿过，并分别通过锁紧螺栓4或5将第一半模1a和第二半模1b锁紧。在这种情况下，锁紧螺栓4或5与第一平台2a、第二平台2b、第三平台3a、第四平台(图中未示出)的接触面积较大，能够保证第一半模1a、第二半模1b的对合稳定性。

其中，传感器本体17为有线结构，第一半模和第二半模对合后，于第一半模和第二半模之间还形成第四容置空间28，第四容置空间28还与第三通孔29连通，第三通孔29用于使传感器本体17的导线9穿出，第三通孔29的直径＜传感器本体17的最小直径。从而避免传感器本体17从第二容置空间28内意外脱出。

实施例二

参见附图7，与本发明实施例一提供的声发射传感器不同，在本发明实施例二提供的声发射传感器中，柔性体为一弹性部件45，弹性部件45的一端抵顶于盖体36，弹性部件45的另一端抵顶于容器的滑动端38，当弹性部件45处于自然状态时，定位机构的总长度＞钻孔(图中未示出)的直径，当弹性部件45受压变形时，定位机构的总长度＝钻孔(图中未示出)的直径。

实施例三

参见附图8，与本发明实施例一或者施例二提供的声发射传感器不同，在本发明实施例三提供的声发射传感器中，盖体上设有第二通孔47，柔性体包括袋状物48和导管46，袋状物48与导管46之间连通，袋状物48由弹性材质制成；导管46通过第二通孔47被引出；通过导管47能够向袋状物48内注入气态或者液态介质；通常状况下，定位机构的总长度＜钻孔(图中未示出)的直径，通过导管46向袋状物48内注入气态或者液态介质后，定位机构的总长度能够＝钻孔(图中未示出)的直径。

本实施例中，通过附图9所示的气瓶19向导管46-袋状物48内充入气态介质后，定位机构的总长度能够＝钻孔(图中未示出)的直径，其中，气瓶19的顶部设有出气管20，在出气管20的一支管21上设有气阀22，该气阀22能够控制气态介质从气瓶19流出的流速和流量。

此外，气瓶19还可以替换为增压泵(图中未示出)，通过增压泵(图中未示出)，能够向袋状物48中注入气体或者液压油使袋状物48的体积膨大，达到定位机构增长的目的；还可以将处于袋状物48中的气体或者液压油抽出，使袋状物48的体积缩小，达到定位机构缩短的目的。

实施例四

与本发明实施例一～三中任一提供的声发射传感器不同，在本发明实施例四提供的声发射传感器中，传感器本体(图中未示出)为无线结构，第二容置空间28对外没有连通机构。在这种情况下，可以取消第三通孔29。

实施例五

在本发明实施例一～四中任一提供的声发射传感器的基础上进行改进，在本发明实施例五提供的声发射传感器中，声发射传感器还包括第一连接件6、第二连接件7，第一半模1a和第二半模1b对合后，于第一半模1a和第二半模1b之间还包括第五容置空间和第六容置空间，第五容置空间为第一阶梯孔，第一阶梯孔包括第一盲孔25和第四通孔24，第一盲孔25的直径＞第四通孔24的直径；第六容置空间为第二阶梯孔，第二阶梯孔包括第二盲孔30和第五通孔31，第二盲孔30的直径＞第五通孔31的直径；第一连接件6的头端为第一阶梯轴，第一阶轴包括第一段轴16和第二段轴，第一段轴16的直径与第一盲孔25的直径相同，第一段轴16的轴向长度与第一盲孔25的轴向长度相同；第二段轴的直径与第四通孔24的直径相同，第二段轴的轴向长度＞第四通孔24的轴向长度，使得第二段轴在第四通孔24之外留有第一余部；第二连接件7的头端为第二阶梯轴，第二阶轴包括第三段轴18和第四段轴，第三段轴18的直径与第二盲孔30的直径相同，第三段轴18的轴向长度与第二盲孔30的轴向长度相同；第四段轴的直径与第五通孔31的直径相同，第四段轴的轴向长度＞第五通孔31的轴向长度，使得第四段轴在第五通孔31之外留有第二余部；多个声发射传感器能够通过第一余部与第二余部的首尾相接构成声发射传感器组件。

本实施例中，在第二连接件7上设有螺纹8，多个声发射传感器通过该螺纹8首尾相接构成声发射传感器组件。

此外，当需要对本发明实施例一～实施例五中任一提供的声发射传感器进行回收时，只需要使得柔性体的体积重新缩小，即可使得定位机构的长度重新＜钻孔的直径，此时，即可将本发明实施例一～实施例五中任一提供的声发射传感器从钻孔中拉出。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种声发射传感器，其特征在于，包括第一半模、第二半模、定位机构、传感器本体，

所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间至少形成第一容置空间，

所述第一容置空间为第一通孔，所述定位机构容置于所述第一容置空间内，所述定位机构包括第一组件、第二组件，所述第一组件内部设有第二容置空间，所述第一组件与所述第二组件之间构成滑动副，所述传感器本体容置于所述第二容置空间内；

所述第一组件的自由端面呈外凸的弧形面，所述弧形面能够与钻孔内壁相适配；

所述定位机构的长度＞所述第一半模或者所述第二半模的直径，所述定位机构的长度可调；

应用时，所述定位机构的长度能够与钻孔的直径相等。

2.根据权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，还包括柔性体，

所述第二组件为一盖体，所述第一组件为一容器，所述盖体通过其内壁与所述容器外壁之间构成滑动副，于所述盖体与所述容器的滑动端之间形成第三容置空间；

所述弧形面设置于所述容器的自由端；

所述柔性体容置于所述第三容置空间，通过所述柔性体的形变，使得所述定位机构的长度可调。

3.根据权利要求2所述的声发射传感器，其特征在于，所述容器为分体式结构，包括底座和上盖，于所述底座和所述上盖之间形成所述第二容置空间。

4.根据权利要求3所述的声发射传感器，其特征在于，所述柔性体为一软包，当所述软包容置于所述第三容置空间内时，所述定位机构的总长度＞所述钻孔的直径，当所述软包受压变形时，所述定位机构的总长度=所述钻孔的直径。

5.根据权利要求3所述的声发射传感器，其特征在于，所述柔性体为一弹性部件，所述弹性部件的一端抵顶于所述盖体，所述弹性部件的另一端抵顶于所述容器的滑动端，当所述弹性部件处于自然状态时，所述定位机构的总长度＞所述钻孔的直径，当所述弹性部件受压变形时，所述定位机构的总长度=所述钻孔的直径。

6.根据权利要求3所述的声发射传感器，其特征在于，所述盖体上设有第二通孔，

所述柔性体包括袋状物和导管，所述袋状物与所述导管之间连通，所述袋状物由弹性材质制成；

所述导管通过所述第二通孔被引出；

通过所述导管能够向所述袋状物内注入气态或者液态介质；

所述定位机构的总长度＜所述钻孔的直径，通过所述导管向所述袋状物内注入气态或者液态介质后，所述定位机构的总长度能够=所述钻孔的直径。

7.根据权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，所述传感器本体为有线结构，所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间还形成第四容置空间，所述第四容置空间还与第三通孔连通，所述第三通孔用于使所述传感器本体的导线穿出，所述第三通孔的直径＜所述传感器本体的最小直径。

8.根据权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，所述传感器本体为无线结构，所述第二容置空间对外没有连通机构。

9.根据权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，还包括第一连接件、第二连接件，

所述第一半模和第二半模对合后，于所述第一半模和第二半模之间还包括第五容置空间和第六容置空间，

所述第五容置空间为第一阶梯孔，所述第一阶梯孔包括第一盲孔和第四通孔，所述第一盲孔的直径＞所述第四通孔的直径；

所述第六容置空间为第二阶梯孔，所述第二阶梯孔包括第二盲孔和第五通孔，所述第二盲孔的直径＞所述第五通孔的直径；

所述第一连接件的头端为第一阶梯轴，所述第一阶梯轴包括第一段轴和第二段轴，所述第一段轴的直径与所述第一盲孔的直径相同，所述第一段轴的轴向长度与所述第一盲孔的轴向长度相同；所述第二段轴的直径与所述第四通孔的直径相同，所述第二段轴的轴向长度＞所述第四通孔的轴向长度，使得所述第二段轴在所述第四通孔之外留有第一余部；

所述第二连接件的头端为第二阶梯轴，所述第二阶梯轴包括第三段轴和第四段轴，所述第三段轴的直径与所述第二盲孔的直径相同，所述第三段轴的轴向长度与所述第二盲孔的轴向长度相同；所述第四段轴的直径与所述第五通孔的直径相同，所述第四段轴的轴向长度＞所述第五通孔的轴向长度，使得所述第四段轴在所述第五通孔之外留有第二余部；

多个所述声发射传感器能够通过所述第一余部与所述第二余部的首尾相接构成声发射传感器组件。

10.根据权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，

所述第一半模在第一末端设有第一平台，所述第一半模在第二末端设有第二平台，

所述第二半模在第三末端设有第三平台，所述第二半模在第四末端设有第四平台，

所述第一平台与所述第三平台相对应，并于相对应的位置设有连通的第六通孔；

所述第二平台与所述第四平台相对应，并于相对应的位置设有连通的第七通孔；

所述第六通孔和第七通孔分别用于供锁紧螺栓穿过，并分别通过所述锁紧螺栓将所述第一半模和所述第二半模锁紧。