CN108519280A - 一种可扩展的声发射信号接收环及使用方法 - Google Patents

一种可扩展的声发射信号接收环及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可扩展的声发射信号接收环及使用方法，主要用于检测岩石受到破坏时产生裂纹随即伴随产生的声发射信号，包括声发射集成室和环向连接装置，声发射集成室由集成室外壳、固定隔板、横向弹簧、纵向弹簧、侧向开孔、径向开孔、绝缘胶垫、声发射探头、过线孔、防水橡胶塞、导线组成，环向连接装置由空心圆管、导线、集成线路、过线孔、防水橡胶塞组成。本可扩展的声发射信号接收环通过纵向弹簧，使声发射集成室内的声发射探头顶住前面的绝缘胶垫，贴合于岩样侧表面，声发射探头可及时接收到岩样破裂时较为完整的声波信号；同时该声发射信号接收环利用其内置的横向弹簧，根据岩样的环向应变及时做出调整，该装置一直紧箍于岩样侧表面。

Description

一种可扩展的声发射信号接收环及使用方法
技术领域
本发明涉及一种三轴声发射信号接收环，具体是一种可扩展的声发射信号接收环及使用方法。
背景技术
三轴压缩试验是土工试验中一种重要的力学性质试验，实际工程中的地基承载力、挡土墙的压力计算与稳定性验算以及边坡稳定等都受土石的抗剪强度所控制而黏聚力和内摩擦角是反映抗剪强度的两参数指标。室内一般通过直接剪切试验和三轴压缩试验获取两参数。常规的三轴压缩试验是取3-4个圆柱体岩样，分别在其四周施加不同的恒定周围压力，随后逐渐增加轴向压力，直至破坏为止。试验结果主要是得到土体或岩块的应力-应变关系，通过计算得到黏聚力、内摩擦角等力学参数，进而对变形、强度等特性进行分析。
岩石材料受外力或内力作用时，由于其本身的弹性形变、裂纹扩展，造成脆性材料内局部因能量的快速释放而发出的瞬态弹性波现象，称为声发射(acoustic emission，AE)，亦被称为弹性波发射。声发射是研究脆性材料失稳破裂演化过程的一个良好工具，能连续、实时地监测载荷作用下脆性材料内部微裂纹的产生和扩展，并实现对其破坏位置的定位，这是其他任何试验方法都不具有的特点，已被广泛应用于研究岩石、混凝土等材料的破裂失稳机制研究。
目前，部分高校与科研单位普遍使用美国研发的MTS815三轴压缩试验仪做三轴压缩试验，在利用该仪器做声发射试验时，常常把声发射探头放在三轴压力室的外侧壁上，并连接声发射系统监测。虽然这样可以接收到岩石破裂时产生的信号，但是经过岩石内部、压力室内部的油压(或水压)、较厚的压力室侧壁等干扰介质的影响，声发射信号会大大降低，导致探头接收的信号失真或消失。因此，需要重新设计声发射接收装置来提高对岩石破裂研究的准确度与精度。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是克服现有声发射接收装置的缺陷，岩石在破裂过程中，大大降低了声波信号受到压力室内液体以及压力室侧壁的干扰；将声发射探头紧贴于岩石侧面，保证声波信号的完整性；同时随着压头往下压，圆柱岩样环向变形略微增大，该发明能及时调整环向尺寸，时刻保持其紧箍于岩样侧面，让声发射探头贴合于岩样侧表面。
本发明第二方面的一个目的是提供声发射信号接收环的试验方法。
根据本发明的第一方面，本发明提供可扩展的声发射信号接收环，包括声发射集成室和连接声发射集成室的环向连接装置。
进一步地，所述声发射信号接收环还包括，声发射集成室由集成室外壳、固定隔板、横向弹簧、纵向弹簧、侧向开孔、径向开孔、绝缘胶垫、声发射探头、过线孔、防水橡胶塞、导线组成。集成室外壳为包含一个曲面的六面体，在集成室外壳的左右两侧分别开了一个侧向开孔，集成室外壳内部焊接两片固定隔板，隔离出的空间放入声发射探头，并用两根纵向弹簧固定，声发射探头利用其弹力顶住前面的绝缘胶垫，将绝缘胶垫固定在径向开孔内侧，从声发射探头引出的导线通过过线孔并用防水橡胶塞堵住。
进一步地，所述声发射信号接收环还包括，环向连接装置由空心圆管、导线、集成线路、过线孔、防水橡胶塞组成；所述的空心圆管为四段近似于四分之一圆组成，在每段空心圆管的两端各有两个向外的挂钩，两端声发射探头的导线从声发射集成室引入环向连接装置，用集成线路汇集成一条线，通过空心圆管外圆上的过线孔通入外部，用防水橡胶塞堵住。
进一步地，所述声发射信号接收环还包括，声发射集成室和环向连接装置通过环向连接装置上的挂钩和横向弹簧连接成环状，紧箍于岩样的侧表面。
根据本发明的第二方面，本发明提供可扩展的声发射信号接收环的试验方法，包括：
第一步，将声发射探头放入声发射集成室，对其进行金属器具敲击测试，观察是否出现对应声发射图像，再检查声发射集成室与环向连接装置的机械连接状况；
第二步，将由声发射集成室与环向连接装置组成的声发射信号接收环套在岩样周围，声发射信号接收环利用其内部横向弹簧的弹力将岩样紧紧地锁住。
第三步，将此时的岩样上面放上垫块，下面放下垫块，再一起放入三轴压缩试验机平台上的置物台，将环向连接装置引出的导线穿过三轴压力室罩上部的过线孔，用防水橡胶塞堵住，将导线连入声发射分析系统。
第四步，通过计算机控制，使三轴压力室罩向下移动到三轴压缩试验机平台上，并用螺栓将它们固定连接。
第五步，通过计算机控制，开启三轴压缩试验机开关，使压头下降，油压系统打开，此时计算机开始记录声发射测试图像。
本发明的声发射信号接收环通过纵向弹簧，使声发射集成室内的声发射探头顶住前面的绝缘胶垫，贴合于岩样侧表面，由于绝缘胶垫的厚度很薄可忽略不计，所以声发射探头可及时接收到岩样破裂产生的较为完整的声波信号，而且几乎不会受到其他物件的干扰；同时该声发射信号接收环利用其内置的横向弹簧，根据岩样的环向应变，及时做出调整，使该装置一直紧箍于岩样侧表面。
附图说明
图1为本发明声发射信号接收环的结构示意图。
图2为本发明声发射信号接收环中声发射集成室的结构示意图。
图3为本发明声发射信号接收环中环向连接装置的结构示意图。
图4为本发明声发射信号接收环的使用说明图。
图中标号说明:1-发射集成室，2-环向连接装置，3-集成室外壳，4-固定隔板，5-横向弹簧，6-纵向弹簧，7-侧向开孔，8-径向开孔，9-绝缘胶垫，10-声发射探头，11-过线孔，12-防水橡胶塞，13-空心圆管，14-导线，15-集成线路，16-三轴压力室罩，17-岩样，18-上垫块，19-下垫块，20-压头，21-置物台，22-三轴压缩试验机平台，23-螺栓。
具体实施方式
以下结合说明书附图和实施例对本发明专利做进一步的详细说明。
如图1所示，该声发射信号接收环包括声发射集成室1和连接声发射集成室1的环向连接装置2。
如图2所示，声发射集成室1由集成室外壳3、固定隔板4、横向弹簧5、纵向弹簧6、侧向开孔7、径向开孔8、绝缘胶垫9、声发射探头10、过线孔11、防水橡胶塞12、导线14组成；所述的集成室外壳3为包含一个曲面的六面体，在集成室外壳3的左右两侧分别开了一个侧向开孔7，集成室外壳3内部焊接两片固定隔板4，隔离出的空间放入声发射探头10，并用两根纵向弹簧6固定，声发射探头10利用其弹力顶住前面的绝缘胶垫9，将绝缘胶垫9固定在径向开孔8内侧，从声发射探头10引出的导线14通过过线孔11并用防水橡胶塞12堵住。
如图3所示，环向连接装置2由空心圆管13、导线14、集成线路15、过线孔11、防水橡胶塞12组成；所述的空心圆管13为四段近似于四分之一圆组成，在每段空心圆管13的两端各有两个向外的挂钩，两端声发射探头10的导线14从声发射集成室1引入环向连接装置2，用集成线路15汇集成一条线，通过空心圆管13外圆上的过线孔11通入外部，用防水橡胶塞12堵住。
如图4所示，采用上述声发射信号接收环的试验方法，包括以下步骤：
第一步，将声发射探头10放入声发射集成室1，对其进行金属器具敲击测试，观察是否出现对应声发射图像，再检查声发射集成室1与环向连接装置2的机械连接状况；
第二步，将由声发射集成室1与环向连接装置2组成的声发射信号接收环套在岩样17周围，声发射信号接收环利用其内部横向弹簧5的弹力将岩样17紧紧地锁住。
第三步，将此时的岩样17上面放上垫块18，下面放下垫块19，再一起放入三轴压缩试验机平台22上的置物台21，将环向连接装置2引出的导线14穿过三轴压力室罩16上部的过线孔11，用防水橡胶塞12堵住，将导线14连入声发射分析系统。
第四步，通过计算机控制，使三轴压力室罩16向下移动到三轴压缩试验机平台22上，并用螺栓23将它们固定连接。
第五步，通过计算机控制，开启三轴压缩试验机开关，使压头20下降，油压系统打开，此时计算机开始记录声发射测试图像。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本发明适用性和原理的情况下本产品还可以做出若干改进，凡采用等同替换或等效替换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内，可扩展的声发射信号接收环和声发射探头利用弹簧弹力贴合于岩样侧表面等均在本专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种可扩展的声发射信号接收环，包括声发射集成室(1)和连接声发射集成室(1)的环向连接装置(2)。其特征在于所述的声发射集成室(1)由集成室外壳(3)、固定隔板(4)、横向弹簧(5)、纵向弹簧(6)、侧向开孔(7)、径向开孔(8)、绝缘胶垫(9)、声发射探头(10)、过线孔(11)、防水橡胶塞(12)、导线(14)组成；所述的集成室外壳(3)为包含一个曲面的六面体，在集成室外壳(3)的左右两侧分别开了一个侧向开孔(7)，集成室外壳(3)内部焊接两片固定隔板(4)，隔离出的空间放入声发射探头(10)，并用两根纵向弹簧(6)固定，声发射探头(10)利用其弹力顶住前面的绝缘胶垫(9)，将绝缘胶垫(9)固定在径向开孔(8)内侧，从声发射探头(10)引出的导线(14)通过过线孔(11)并用防水橡胶塞(12)堵住；所述的环向连接装置(2)由空心圆管(13)、导线(14)、集成线路(15)、过线孔(11)、防水橡胶塞(12)组成；所述的空心圆管(13)为四段近似于四分之一圆组成，在每段空心圆管(13)的两端各有两个向外的挂钩，两端声发射探头(10)的导线(14)从声发射集成室(1)引入环向连接装置(2)，用集成线路(15)汇集成一条线，通过空心圆管(13)外圆上的过线孔(11)通入外部，用防水橡胶塞(12)堵住；所述的声发射集成室(1)和环向连接装置(2)通过环向连接装置(2)上的挂钩和横向弹簧(5)连接成环状，紧箍于岩样(17)的侧表面。
2.一种可扩展的声发射信号接收环的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，将声发射探头(10)放入声发射集成室(1)，对其进行金属器具敲击测试，观察是否出现对应声发射图像，再检查声发射集成室(1)与环向连接装置(2)的机械连接状况；
第二步，将由声发射集成室(1)与环向连接装置(2)组成的声发射信号接收环套在岩样(17)周围，声发射信号接收环利用其内部横向弹簧(5)的弹力将岩样(17)紧紧地锁住。
第三步，将此时的岩样(17)上面放上垫块(18)，下面放下垫块(19)，再一起放入三轴压缩试验机平台(22)上的置物台(21)，将环向连接装置(2)引出的导线(14)穿过三轴压力室罩(16)上部的过线孔(11)，用防水橡胶塞(12)堵住，将导线(14)连入声发射分析系统。
第四步，通过计算机控制，使三轴压力室罩(16)向下移动到三轴压缩试验机平台(22)上，并用螺栓(23)将它们固定连接。
第五步，通过计算机控制，开启三轴压缩试验机开关，使压头(20)下降，油压系统打开，此时计算机开始记录声发射测试图像。
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