CN106092160A - 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法 - Google Patents

一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106092160A
CN106092160A CN201610560841.7A CN201610560841A CN106092160A CN 106092160 A CN106092160 A CN 106092160A CN 201610560841 A CN201610560841 A CN 201610560841A CN 106092160 A CN106092160 A CN 106092160A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
sleeve pipe
grating
gauge length
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610560841.7A
Other languages
English (en)
Inventor
万春风
夏呈
吴智深
吴刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201610560841.7A priority Critical patent/CN106092160A/zh
Publication of CN106092160A publication Critical patent/CN106092160A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74—Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Piles And Underground Anchors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法，利用安装在智能FRP锚杆上的光纤光栅传感器以及点对点的多点温补传感器测量智能锚杆在不同深度的应变值，从而推算FRP锚杆在不同深度的轴力，从而对FRP锚杆的承载能力以及其锚固力作出判断和评价，同时也能对围岩在荷载等的作用下内部产生变形和位移变化作出一定的判断；本发明的长标距光纤光栅传感器制作工艺简单，造价相比较为低廉。本发明主要通过常用的实心纤维复合材料锚杆主体和由多个长标距光纤光栅传感单元组成的无熔接长标距多光栅传感器并辅以多点温度补偿传感器组成，制作简单，布设方便，有广阔的应用前景和良好的经济效益。

Description

一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿、隧道、岩土和边坡工程的锚杆轴力监测系统，具体涉及一种基于长标距多光栅的FRP智能锚杆的生产及制作方法。
背景技术
锚杆支护是在煤矿、边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采矿等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。锚杆支护是通过围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，在开挖面周围形成一个整体而又稳定的岩石带，利用锚杆与围岩共同作用，达到维护围岩或巷道等稳定的目的。它是一种积极防御的支护方法，是围岩、矿山等支护的重大变革。锚杆不但支护效果好，且用料省、施工简单、有利于机械化操作、施工速度快。因此锚杆已在很多土木、岩土、隧道、采矿等工程中被大量的使用，如基于新奥法的隧道开挖，锚杆使用量动辄几万根，另外如三峡水利工程，亦用了有十几万根各式锚杆。
纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics,FRP)，是以树脂为基体材料，用纤维增强的一种复合材料,具有轻质高强，力学性能佳；材料可设计性好，加工、成型工艺灵活；耐化学腐蚀性强，耐候性好等优点，因此已被广泛于很多土木实际工程中，而纤维增强塑料由于其抗静电性，碰撞不会产生火星等优点，在煤矿等井下应用更是具有很大的优势，目前纤维增强塑料的锚杆进行在实际煤矿等井下大量使用。
随着锚杆支护的广泛使用，对于锚杆在围岩中的受力、承载能力、以及可能的损伤等情况进行实时或定期监测，从而对于围岩的支护情况、稳定情况等作出判断显得尤为重要，且已经成为相关领域的重要课题。目前国内外对于锚杆在围岩支护中的受力、承载、及损伤情况的测试方法基本可归纳为两大类，其中一类是使用测力锚杆、锚杆拉拔计、应变计及应变片通过锚杆“拉拔试验”来测试锚杆在拉拔作用下的受力情况和损伤情况；另一类则采用比较间接的方式，利用电磁波、声波等在不同介质层的反射差异来检测砂浆锚固体的饱和程度，间接评价锚固的受力及损伤情况。但这些方法从总体上看，存在着受环境影响大，耐久性差，长期稳定性差，测试误差大等缺点，对于像岩土、隧道、采矿等环境比较恶劣、施工方式粗放，但测试精度要求高的实际工程应用，其适用性尤显单薄。
近年来发展起来的光纤传感技术具有耐久性好，性能稳定、抗电磁干扰、便于分布式测量等优点，也对锚杆轴力检测、损伤识别等提出了新的思路。目前已有相关学者基于BOTDR、BOTDA等技术对锚杆支护进行了检测和监测，但是由于目前解调技术的瓶颈限制，其测试精度严重不足；而FBG光栅由于精度高，应变测量能达到1με，而且封装后能防水，耐腐蚀，长期性能比较好，不仅能传感，而且也能用于传输数据，利于组网和实时监测，目前已经被广泛应用于结构的健康监测中。大连理工大学等也将光栅测试技术在锚杆监测方面作了很多有益的工作，但是都是基于点式应变测试，只能得到非常局部的应变情况，但很难准确地描述尺度比较大的锚杆全长的受力和变形状况，不能对锚杆的损伤给出有效的判断。总的来说，目前的测试方法存在以下几个问题，1.单纯而简单得应用光纤和光栅技术，往往由于不仅其传感部分，而且其引线都容易损坏，不能适应这些实际工程粗放式的施工环境；2.锚杆结构尺度大，损伤分布范围广，传统的点式传感很难准确得捕捉到损伤；3.传统的监测往往都忽视锚杆不同深度的应力应变变化，而实际围岩由于围岩在荷载作用之下产生形变，或者是机械开挖和爆破的原因，往往在靠近开挖面的岩层会出现一些碎裂，在围岩受力作用下，其内部将出现内力重分布，因此在锚杆不同深度的位置上，其应力应变很可能是不同的；4.目前的光纤分布式测试技术由于技术上的瓶颈问题，精度太低，实用性小；5.传统的光栅测试，都是基于光栅与光栅间引线的熔接串联来实现的，但是光纤的熔接更易造成损坏断裂，且大大地增加其光损，从而影响其测试性能；6.传统的基于点式测试方式，只能获得该点的应变，无法获得锚杆的位移。
为了提高结构应变测试的真实性、可靠性以及噪声鲁棒性，东南大学已开发出了长标距光纤光栅应变传感器，并成功运用于结构的健康监测中。基于光纤光栅的各类传感器的开发正在大力推进中，但基于光纤光栅对于锚杆及围岩监测的研究目前还很少。目前基于光栅的测试都是基于点式应变测试的方法，对于利用一体化多个长标距光纤光栅进行FRP锚杆承载情况、应力应变情况、以及损伤探测等研究在国内外检索尚无相关专利及相关文献。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有高精确度、高耐久性、结构简单、造价低廉的基于纤维增强塑料和长标距光纤光栅的智能锚杆的制作方法。
本发明采用的技术方案为：一种基于长标距光纤光栅的多功能FRP智能锚杆，该多功能FRP智能锚杆包括无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、FRP锚杆主体、引出光纤和软塑料套管；
所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器经封装后植入在FRP锚杆主体生产过程中，制成一体化多点温补的多功能FRP智能锚杆；
所述无熔接长标距多光栅传感器包括多个依次串联的长标距光纤光栅传感单元，所述长标距光纤光栅传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的两端分别固定在套管的锚固段；
所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的一端固定在套管的锚固段，另一端自由，套管两端封闭；
所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器的引出光纤引从FRP锚杆主体内引出，并设在软塑料套管内；
上述一种具有多点温补多功能FRP智能锚杆的制作方法，包括以下几个步骤：
(1)制作无熔接长标距多光栅传感器
(a1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；
(a2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口，穿入带有多个光栅的单模光纤，调整光栅与套管缺口的位置；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(a3)将光纤两端通过牵引装置施加一定的预应力，同时在套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而封装出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元且没有熔接点的长标距多光栅传感器；
(a4)对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计；
(2)制作多点温度补偿辅助传感器
(b1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；这些光栅的位置设计可以与无熔接长标距多光栅传感器中的多个光栅一一对应，或者按照沿锚杆长度进行温度插值的思想进行温补光栅位置设计；这些光栅的波长不仅在温度补偿传感器内不能有相同，且与无熔接长标距多光栅传感器之中的光栅波长亦不能有相同的波长；
(b2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，在套管的一层用胶封闭，将刻好的多光栅两端尾纤的某一端剪短，然后插入套管内，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短尾纤侧的尾纤缩在套管内部且距离套管尾部有一定距离，此距离以此尾纤不会碰到套管尾部封装的胶水为原则，然后在套管两端处注入少许固结胶水，使之封闭形成一个含多个光栅的温补传感器；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(b3)对于封装于套管内的带多个光栅的光纤尾纤，其一端缩在套管内完全自由，另一端与套管固结并作为引出线引出，光纤在套管内能完全自由滑动；
(3)制作一体化多功能FRP智能锚杆
(c1)在无熔接长标距多光栅传感器和多点温度补偿辅助传感器的尾纤端，分别将尾纤沿细套管端口剪断，并分别在端口涂上一薄层胶或树脂进行端口封闭；
(c2)将制作好的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器并列对应放置，并用胶略作固定，但在尾纤部位不固定；
(c3)在并列放置的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器外面(可包括尾纤的一部分)进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；
(c4)将封装好的核心传感器和纤维在生产线上分别就位传送，核心传感器置于中心轴位置，而纤维则以核心传感器为中心进行放线浸胶、缠裹，并通过拉挤模具进行挤压成型，形成纤维复合材料锚杆杆体。
(c5)当纤维放线至锚杆体形成至尾纤部分时，剪断纤维，余下的纤维继续在生产线上浸胶、缠裹，在锚杆尾纤套管处形成保护锥，形成最终的一体化纤维复合材料多功能智能锚杆。
(c6)在锚杆使用时，将尾纤在端头剪掉一小截，然后用剥线钳将尾纤的套管剪断(但其中的光纤不能剪断)，抽出剪下的套管，露出引出光纤，再与传输光纤连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明的具有多点温补的多功能FRP智能锚杆原理简单可靠，制作方法新颖巧妙。本发明主要是利用与FRP锚杆于一体的光纤光栅传感器测量智能锚杆在不同深度的应变值，从而推算锚杆在不同深度的轴力，从而对锚杆的承载能力以及其锚固力作出判断和评价，同时也能对围岩在荷载等的作用下内部产生变形和位移变化作出一定的判断；
(2)本发明的长标距光纤光栅传感器制作工艺简单，造价相比较为低廉。本发明主要通过FRP锚杆本体和由多个长标距光纤光栅传感单元组成的无熔接长标距多光栅传感器并辅以多点温度补偿传感器组成，制作简单，布设方便，有广阔的应用前景和良好的经济效益；
(3)本发明的无熔接长标距多光栅传感器由多个串联的长标距光纤光栅传感单元组成，因此不仅能测量不同深度的锚杆的应变和轴力情况，还能测量锚杆轴向的变形量，获取围岩等的沉降或滑移的位移
(4)本发明的无熔接长标距多光栅传感器，由刻写在一根光纤上的多个裸光栅封装而成，因此各个传感单元相互之间自然连接，无需熔接，避免了光纤熔接处光损大，容易断的缺点；
(5)本发明采用了点对点的多点温补机制，使得沿锚杆纵向分布的长标距光栅传感单元能得到准确的温度补偿，有利于提高测试精度，可适用于如施工监测等温度场比较复杂的情况；
(6)由于本发明的无熔接长标距多光栅传感器本身采用了复合材料和环氧树脂封装，其耐水防锈、耐腐蚀等性能优越，且不怕电磁屏蔽和干扰，与FRP锚杆一体化封装以后更是能适用于环境侵蚀，具有很好的耐久性和广泛的适用性；本发明的多功能FRP智能锚杆其抗静电性能和不会因碰撞等产生火星等特性，更是有利于煤矿、油气等井下加固使用。
附图说明
图1为本发明的多点温补的多功能FRP智能锚杆构造示意图；
图2为图1的纵向剖视图；
图3为图1的横向剖视图；
图4为本发明无熔接长标距多光栅传感器示意图；
图5为本发明光纤光栅多点温度补偿辅助传感器示意图；
图6为本发明的多功能FRP智能锚杆变形量计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-5所示，一种基于长标距光纤光栅的多功能FRP智能锚杆，包括无熔接长标距多光栅传感器1、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2、FRP锚杆主体3、引出光纤4和软塑料套管5；
所述无熔接长标距多光栅传感器1、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2经封装后植入在FRP锚杆主体3生产过程中，制成一体化多点温补的多功能FRP智能锚杆；
所述无熔接长标距多光栅传感器1包括多个依次串联的长标距光纤光栅传感单元，所述长标距光纤光栅传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的两端分别固定在套管的锚固段；
所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的一端固定在套管的锚固段，另一端自由，套管两端封闭；
所述无熔接长标距多光栅传感器1、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器2的引出光纤4引从FRP锚杆主体3内引出，并设在软塑料套管5内。
上述一种多功能智能锚杆的制作方法，包括以下几个步骤：
(1)制作无熔接长标距多光栅传感器
(a1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；
(a2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口，穿入带有多个光栅的单模光纤，调整光栅与套管缺口的位置；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(a3)将光纤两端通过牵引装置施加一定的预应力，同时在套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而封装出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元且没有熔接点的长标距多光栅传感器；
(a4)对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计；
(2)制作多点温度补偿辅助传感器
(b1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；这些光栅的位置设计可以与无熔接长标距多光栅传感器中的多个光栅一一对应，或者按照沿锚杆长度进行温度插值的思想进行温补光栅位置设计；这些光栅的波长不仅在温度补偿传感器内不能有相同，且与无熔接长标距多光栅传感器之中的光栅波长亦不能有相同的波长；
(b2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，在套管的一层用胶封闭，将刻好的多光栅两端尾纤的某一端剪短，然后插入套管内，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短尾纤侧的尾纤缩在套管内部且距离套管尾部有一定距离，此距离以此尾纤不会碰到套管尾部封装的胶水为原则，然后在套管两端处注入少许固结胶水，使之封闭形成一个含多个光栅的温补传感器；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(b3)对于封装于套管内的带多个光栅的光纤尾纤，其一端缩在套管内完全自由，另一端与套管固结并作为引出线引出，光纤在套管内能完全自由滑动；
(3)制作一体化多功能FRP智能锚杆
(c1)在无熔接长标距多光栅传感器和多点温度补偿辅助传感器的尾纤端，分别将尾纤沿细套管端口剪断，并分别在端口涂上一薄层胶或树脂进行端口封闭；
(c2)将制作好的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器并列对应放置，并用胶略作固定，但在尾纤部位不固定；
(c3)在并列放置的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器外面(可包括尾纤的一部分)进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；
(c4)将封装好的核心传感器和纤维在生产线上分别就位传送，核心传感器置于中心轴位置，而纤维则以核心传感器为中心进行放线浸胶、缠裹，并通过拉挤模具进行挤压成型，形成纤维复合材料锚杆杆体。
(c5)当纤维放线至锚杆体形成至尾纤部分时，剪断纤维，余下的纤维继续在生产线上浸胶、缠裹，在锚杆尾纤套管处形成保护锥，形成最终的一体化纤维复合材料多功能智能锚杆。
(c6)在锚杆使用时，将尾纤在端头剪掉一小截，然后用剥线钳将尾纤的套管剪断(但其中的光纤不被剪断)，抽出剪下的套管，露出引出光纤，再与传输光纤连接。
本发明的基于长标距光纤光栅的多功能FRP智能锚杆的工作原理如下：是将含有多个传感单元的长标距光纤光栅传感器安装并封装于锚杆之内，因此锚杆因受力而引起的应变将被长标距光纤光栅传感器的所有传感单元捕捉，由于有多个传感单元，因此能捕捉到锚杆不同位置的应变，继而推算出锚杆在不同位置的应力以及承载情况。同时，可根据锚杆长度方向的长标距应变分布，在可不计其弯曲影响时，可以获得其沿轴向方向的位移。变形量的计算可如下进行：先求出经过温度补偿后的每个长标距传感单元标距内的应变值，然后乘以其标距长度得到该长标距传感单元的变形量，然后累计整个锚杆上的变形量。如图6所示，通过测出标距L1、L2和L3之间的平均应变ε1、ε2和ε3，则可根据公式Δ＝ε1·L1+ε2·L2+ε3·L3求出锚杆两端的总位移量Δ。而且，由于本发明采用了多点温度补偿，可以对各不同位置的传感器精确温补，可适用于温度场比较复杂的环境。对于围岩来讲，特别是对于新奥法隧道开挖等用爆破等手段开挖的时候，会使得岩层出现一定程度的破碎，因此加入锚杆进行支护后，在不同深度的应力应变也将不同，因此本发明的智能锚杆能比较准确得反映出由于岩层内部内力重分布而引起的应力不均情况，从而能准确得反映锚杆真实的受力及承载支护情况。多个智能锚杆布置在围岩的不同位置，可以用来监测该区域的锚杆承载情况，以及围岩支护和稳定情况，这对围岩监测非常重要。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种多点温补的多功能FRP智能锚杆的制作方法，其特征在于：该多功能FRP智能锚杆包括无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器、FRP锚杆主体、引出光纤和软塑料套管；
所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器经封装后植入在FRP锚杆主体生产过程中，制成一体化多点温补的多功能FRP智能锚杆；
所述无熔接长标距多光栅传感器包括多个依次串联的长标距光纤光栅传感单元，所述长标距光纤光栅传感单元包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的两端分别固定在套管的锚固段；
所述光纤光栅多点温度补偿辅助传感器包括套管、封装在套管内的光纤和刻写在光纤上的光栅，光纤的一端固定在套管的锚固段，另一端自由，套管两端封闭；
所述无熔接长标距多光栅传感器、光纤光栅多点温度补偿辅助传感器的引出光纤引从FRP锚杆主体内引出，并设在软塑料套管内；
上述一种多功能多点温补智能FRP锚杆的制作方法，包括以下几个步骤：
(1)制作无熔接长标距多光栅传感器
(a1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；
(a2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，根据工程测试要求设计出每个光栅的锚固点位置，并在套管上根据锚固位置切出多个缺口，穿入带有多个光栅的单模光纤，调整光栅与套管缺口的位置；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(a3)将光纤两端通过牵引装置施加一定的预应力，同时在套管缺口处注入固结胶水形成锚固，固结后将牵引装置放开，从而封装出含多个连续的长标距光纤光栅传感单元且没有熔接点的长标距多光栅传感器；
(a4)对于每个长标距光纤光栅传感单元来说，套管内的光纤的两端分别通过固结胶与套管相固定，其余部分的光纤与套管内壁无接触，或在后期随锚杆变形后虽有少许接触但摩擦力极小可忽略不计；
(2)制作多点温度补偿辅助传感器
(b1)在一根单模光纤上根据实际工程需求设计并刻写多个一定间距且不同波长的光栅；这些光栅的位置设计可以与无熔接长标距多光栅传感器中的多个光栅一一对应，或者按照沿锚杆长度进行温度插值的思想进行温补光栅位置设计；这些光栅的波长不仅在温度补偿传感器内不能有相同，且与无熔接长标距多光栅传感器之中的光栅波长亦不能有相同的波长；
(b2)选用一个细的耐高温套管，内口径比光纤略粗，在套管的一层用胶封闭，将刻好的多光栅两端尾纤的某一端剪短，然后插入套管内，使其中的光栅的位置处于设计好的某个位置附近，且剪短尾纤侧的尾纤缩在套管内部且距离套管尾部有一定距离，此距离以此尾纤不会碰到套管尾部封装的胶水为原则，然后在套管两端处注入少许固结胶水，使之封闭形成一个含多个光栅的温补传感器；套管具有一定的长度，穿入套管的光纤应包括一定长度的尾纤；
(b3)对于封装于套管内的带多个光栅的光纤尾纤，其一端缩在套管内完全自由，另一端与套管固结并作为引出线引出，光纤在套管内能完全自由滑动；
(3)制作一体化多功能FRP智能锚杆
(c1)在无熔接长标距多光栅传感器和多点温度补偿辅助传感器的尾纤端，分别将尾纤沿细套管端口剪断，并分别在端口涂上一薄层胶或树脂进行端口封闭；
(c2)将制作好的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器并列对应放置，并用胶略作固定，但在尾纤部位不固定；
(c3)在并列放置的无熔接长标距多光栅传感器与多点温度补偿辅助传感器外面进一步包裹一层纤维复合材料合股层，并浸润环氧树脂，实现核心传感器的封装；
(c4)将封装好的核心传感器和纤维在生产线上分别就位传送，核心传感器置于中心轴位置，而纤维则以核心传感器为中心进行放线浸胶、缠裹，并通过拉挤模具进行挤压成型，形成纤维复合材料锚杆杆体；
(c5)当纤维放线至锚杆体形成至尾纤部分时，剪断纤维，余下的纤维继续在生产线上浸胶、缠裹，在锚杆尾纤套管处形成保护锥，形成最终的一体化纤维复合材料多功能智能锚杆；
(c6)在锚杆使用时，将尾纤在端头剪掉一小截，然后用剥线钳将尾纤的套管剪断，抽出剪下的套管，露出引出光纤，再与传输光纤连接。
CN201610560841.7A 2016-07-15 2016-07-15 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法 Pending CN106092160A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610560841.7A CN106092160A (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610560841.7A CN106092160A (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106092160A true CN106092160A (zh) 2016-11-09

Family

ID=57220452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610560841.7A Pending CN106092160A (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106092160A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109579725A (zh) * 2018-12-24 2019-04-05 南京东智安全科技有限公司 一种耐高温柔性长标距应变传感器、制造方法以及应用
CN109901272A (zh) * 2019-04-15 2019-06-18 武汉地震工程研究院有限公司 一种多芯光纤智能复合筋、制备方法以及安全监测方法
CN111075487A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 西南石油大学 具有测定围岩应变与温度耦合功能的锚杆
CN113418641A (zh) * 2021-06-07 2021-09-21 兰州大学 一种基于fbg光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法
US11181360B2 (en) * 2018-03-08 2021-11-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Evaluating method and evaluation system
CN116386279A (zh) * 2022-12-20 2023-07-04 南华大学 一种基于fbg-frp智能锚杆的边坡滑移监测系统及安全预警方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002070005A (ja) * 2000-08-28 2002-03-08 Toa Grout Kogyo Co Ltd アンカー
JP2002081061A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Se Corp グラウンドアンカーの荷重管理方法
CN2706739Y (zh) * 2004-05-10 2005-06-29 欧进萍 预张拉光纤光栅大标距应变传感器
CN102140796A (zh) * 2010-12-24 2011-08-03 大连理工大学 一种纤维增强塑料智能锚杆
CN203259281U (zh) * 2013-04-26 2013-10-30 中国矿业大学 一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置
CN103438815A (zh) * 2013-08-02 2013-12-11 东南大学 一种高耐久长标距光纤光栅传感器及其制造方法
CN204964080U (zh) * 2015-05-21 2016-01-13 昆明理工大学 一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002070005A (ja) * 2000-08-28 2002-03-08 Toa Grout Kogyo Co Ltd アンカー
JP2002081061A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Se Corp グラウンドアンカーの荷重管理方法
CN2706739Y (zh) * 2004-05-10 2005-06-29 欧进萍 预张拉光纤光栅大标距应变传感器
CN102140796A (zh) * 2010-12-24 2011-08-03 大连理工大学 一种纤维增强塑料智能锚杆
CN203259281U (zh) * 2013-04-26 2013-10-30 中国矿业大学 一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置
CN103438815A (zh) * 2013-08-02 2013-12-11 东南大学 一种高耐久长标距光纤光栅传感器及其制造方法
CN204964080U (zh) * 2015-05-21 2016-01-13 昆明理工大学 一种基于光纤Bragg光栅的边坡锚杆应力测量传感器

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11181360B2 (en) * 2018-03-08 2021-11-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Evaluating method and evaluation system
CN109579725A (zh) * 2018-12-24 2019-04-05 南京东智安全科技有限公司 一种耐高温柔性长标距应变传感器、制造方法以及应用
CN109901272A (zh) * 2019-04-15 2019-06-18 武汉地震工程研究院有限公司 一种多芯光纤智能复合筋、制备方法以及安全监测方法
CN111075487A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 西南石油大学 具有测定围岩应变与温度耦合功能的锚杆
CN111075487B (zh) * 2019-12-31 2024-05-24 西南石油大学 具有测定围岩应变与温度耦合功能的锚杆
CN113418641A (zh) * 2021-06-07 2021-09-21 兰州大学 一种基于fbg光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法
CN116386279A (zh) * 2022-12-20 2023-07-04 南华大学 一种基于fbg-frp智能锚杆的边坡滑移监测系统及安全预警方法
CN116386279B (zh) * 2022-12-20 2024-02-13 南华大学 一种基于fbg-frp智能锚杆的边坡滑移监测系统及安全预警方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105971647B (zh) 一种单点温补的多功能frp智能锚杆及其制作方法
CN106092160A (zh) 一种多点温补的多功能frp智能锚杆的制作方法
CN102140796B (zh) 一种纤维增强塑料智能锚杆
CN106225817A (zh) 一种多点温补的多功能frp智能锚杆
CN107907065B (zh) 一种滑移面感知锚杆及其监测方法
CN105973285A (zh) 一种多功能智能锚杆及其安装布设方法
Hong et al. Recent progress of using Brillouin distributed fiber optic sensors for geotechnical health monitoring
CN106225818A (zh) 一种单点温补多功能智能锚杆及其安装布设方法
Wu et al. Optical fiber-based sensing, measuring, and implementation methods for slope deformation monitoring: A review
CN103821507B (zh) 立井井壁变形分布式光纤检测方法
CN105973286A (zh) 一种单点温补多功能智能锚杆的制作方法
CN106247965A (zh) 基于多功能智能锚杆的隧道围岩监测方法
CN103512686A (zh) 一种静压高强预应力混凝土管桩桩身应力测试装置
CN102809454A (zh) 光纤光栅测力锚杆及使用方法
CN206160960U (zh) 一种基于全光纤传感网络的边坡稳定性监测和滑坡预警预报装置
CN102445160A (zh) 长标距光纤光栅冲刷传感器及其制作、安装布设方法和由其构成的冲刷监测系统
CN111648762A (zh) 井下长期动态监测特种分布式铠装光缆和监测系统及方法
CN109029832A (zh) 一种基于一体式光纤传感器监测采动含水层水压的方法
CN205895283U (zh) 一种单点温补的多功能frp智能锚杆
CN205898165U (zh) 一种多功能智能锚杆
CN203642880U (zh) 一种监测边坡内部变形的光纤光栅分布式位移传感器
CN207074097U (zh) 一种围岩三维扰动应力场的监测装置及监测系统
CN102278948A (zh) 基于光纤复合传感模块的复合光纤传感监测系统及其监测方法
CN205000992U (zh) 一种可大规模高精度在线监测盾构隧道错台的系统
CN201561828U (zh) 光纤光栅地质灾害监测仪

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161109