CN112985981B - 一种径向动态应变检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向动态应变检测装置，包括金属丝、恒压电源、灵敏电流计和动态采集器。测量由应力波所引起的岩石杆所产生的径向应变。将径向动态应变测量装置固定在岩石杆上，使用旋钮将金属丝拉紧并紧贴在岩石杆的表面，金属丝与采集电路采用电刷的方式相连，与电源和电流表构成串联电路，电刷连接保证在在检测过程中金属丝长度一致，同时方便后期更换。通过岩石杆的横向形变所引起的金属丝电阻变化，在恒压电源的作用下最终转变为电流变化，最终得到此截面的纵向应变，弥补的传统贴应变检测方式的局限性，提高了实验精度。通过更换金属丝的种类以适应不同温度、不同灵敏度的动态测试要求。

Description

一种径向动态应变检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于研究岩石在应力波作用下的径向动态应变测量装置，属于岩体力学实验技术领域。
背景技术
现有理论研究表明，应力波在岩体中传播时，其中微缺陷会导致应力波振幅的衰减和波形的弥散，而现有应力波在微裂隙中的传播主要集中于理论，实验研究也仅限于贴应变片来进行常温下局部研究，由于限制于岩体表面的不平整性，以及波传播的所产生的极微小应变，对应变片位置的选取有很高要求，因此在实验中会产生较大的实验误差，极大的影响了实验的操作和结果的准确性。
中国专利202010297194.1公开了一种用于软质岩石加卸载塑性蠕变模拟实验装置及方法，其中装置包括：样品夹具，用于夹持预先制作的软质岩石的样品并在塑性蠕变模拟实验时检测样品受到的轴向压力、径向压力、产生的轴向应变和径向应变；加压机台，用于对样品夹具夹持的样品施加轴向压力；控制终端，分别与加压机台、样品夹具电连接，用于采集样品夹具检测的轴向压力、径向压力、轴向应变和径向应变，还用于根据轴向压力、径向压力、轴向应变和径向应变向加压机台发送开启或停止指令。本发明的用于软质岩石加卸载塑性蠕变模拟实验装置及方法，测试软质岩石的塑性蠕变，方便在实际工程中根据软质岩石的塑性蠕变确定软质岩石的长期强度。
中国专利202010926536.1公开了一种岩石动态力学特性实验装置及其实验方法，涉及岩石动态力学研究技术领域。该岩石动态力学特性实验装置包括依次连接的压力驱动机构、发射机构和靶室，还包括具有检测组件和分析组件的测试分析机构；压力驱动机构用于驱动可进行岩石超高应变速率力学特性实验或进行超高速岩体侵彻特征实验的作用对象通过发射机构进入靶室，靶室内设有用于与作用对象作用的待测试靶体，检测组件设于靶室内用于检测作用对象受驱进入靶室的速度、待测试靶体在作用对象冲击下的应力数据，和待测试靶体在作用对象作用下的侵彻深度和侵彻范围，并将检测数据传输至分析组件，分析组件用于分析计算以得到待测试靶体的岩石动态力学特性。
现有传统应变片限制于材料和粘合剂，无法在高温状态下与岩石有效粘贴在一起，因此无法研究高温下应力波在岩石中的特性。而现有径向应变仪以检测静态压缩为主，响应速度慢，采样率低，无法测量应力波产生的微小应变。
为此，需要设计一款满足于高温条件下的可以测量应变范围0至10-4采样率为10Msps的动态应变测量装置。
发明内容
本发明提供了一种用于研究高温岩石在应力波作用下的径向动态应变测量装置，利用应力波在杆中传播产生的径向应变所引起金属丝电阻发生变化，在恒定电压情况下导致电流发生变化，利用本专利推导所得换算公式得到杆中径向动态应变，克服现有径向动态装置采样率低，测量精度较低的缺点。用来检测在实时高温下应力波在岩体中所产生的纵向动态应变。
本发明采用的技术方案为：一种径向动态应变测量装置，包括金属丝(铂丝)、恒压电源(10V)、灵敏电流计和动态采集器(采样频率最高10Msps)。可以测量由应力波所引起的岩石杆所产生的径向应变。
首先测定岩石杆半径r，金属丝横截面积S、电阻率p以及围绕杆件弧度α。
将径向动态应变测量装置固定在岩石杆上，使用旋钮将金属丝拉紧并紧贴在岩石杆的表面，金属丝与采集电路采用电刷的方式相连，与电源和电流表构成串联电路，电刷连接保证在在检测过程中金属丝长度一致，同时方便后期更换。
打开恒压电源和动态采集器，利用动态采集器内置电压表记录其电压数值U，之后动态采集器开始采集电流表数据。
对岩石杆一端进行敲击，产生应力波，当应力波传播到金属丝环绕截面时，由于岩石杆纵向受到应力波作用，产生纵向应变ε1，进而会引起横向应变ε2。由于金属丝与岩石杆紧贴在一起且两端固定，且岩石杆本身变形量很小，因此金属丝会和岩石杆一起产生拉伸或收缩变形。
金属丝发生拉伸或压缩后长度L和横截面积S会发生变化，进而引起自身电阻R发生变化。由于电源电压U恒定，因此金属丝中电流I会产生变化，变化量为ΔI。
电源3、电流表5、金属丝9构成串联电路，动态应变采集器4中电压表与电源3并联用以测得电源电压，电流数据采集器用于收集电流表5数据。当金属丝9横截面积随岩体变形发生变化时，自身电阻发生变化，引起整个电路电流发生变化，电流数据采集器将随时间变化的电流数据保存下来。然后计算得到岩石杆随时间的径向应变和纵向应变。
采用动态采集器采集整个过程的电流变化，利用公式
Figure BDA0002941734880000031
得到岩石杆径向应变的应变曲线，根据岩石杆压缩得到的泊松比v，利用公式ε2＝-vε1得到岩石杆的纵向动态应变。杆件纵向动态应变最终表达式为
Figure BDA0002941734880000032
本发明的优点是：
1.本发明通过岩石杆的横向形变所引起的金属丝电阻变化，在恒压电源的作用下最终转变为电流变化，最终得到此截面的纵向应变，弥补的传统贴应变检测方式的局限性，提高了实验精度。
2.本发明采用耐高温金属丝，传感器外部覆盖隔热层，可以很好的用于不同温度下应力波在岩石杆中传播特性的研究。
3.本发明可采用多条金属丝并联检测，得到试件不同位置的应变，进而计算得到应力波传播速度。
4.本发明可以通过更换金属丝的种类(例如铜、钨等)以适应不同温度、不同灵敏度的动态测试要求。
附图说明
图1为本发明在进行实验测试的示意图。
图2为本发明电路结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图1、2和具体实验对本发明做进一步详细说明
本发明包括一种径向动态应变测量装置，包括金属丝9(铂丝)、恒压电源3(10V)、灵敏电流计5，动态采集器4(采样频率最高100Mbps)。可以测量由应力波所引起的岩石杆10所产生的径向应变。
首先测定岩石杆半径r，金属丝横截面积S、电阻率p以及围绕杆件弧度α。
首先将装置固定在岩石杆10上，并使用旋钮1将金属丝9拉紧使其紧贴在岩石表面，金属丝9与采集电路采用电刷8的方式相连，与电源3和电流表5构成串联电路，电刷连接保证在在检测过程中金属丝长度一致，同时方便后期更换。。
打开恒压电源3和动态采集器4，利用动态采集器4内置电压表首先记录其电压数值U，之后动态采集器4开始采集电流表数据。
对岩石杆一端进行敲击，产生应力波，当应力波传播到金属丝环绕截面时，由于岩石杆纵向受到应力波作用，产生纵向应变ε1，进而会引起横向应变ε2。由于金属丝9与岩石杆10紧贴在一起且两端固定，且岩石杆本身变形量很小，因此金属丝会和岩石杆一起产生拉伸或收缩变形。
金属丝9发生拉伸或压缩后长度L和横截面积S会发生变化，进而引起自身电阻R发生变化。由于电源电压U恒定，因此金属丝中电流I会产生变化，变化量为ΔI。
采用动态采集器4采集整个过程的电流变化，利用公式
Figure BDA0002941734880000041
得到岩石杆径向应变的应变曲线，后根据岩石杆静态压缩得到的泊松比v，利用公式ε2＝-vε1得到岩石杆的纵向动态应变。其杆件纵向动态应变最终表达式为
Figure BDA0002941734880000042
其中隔热层6适用于高温情况下保证传感器正常工作。
其中通过旋转固定螺丝7和旋钮1可进行金属丝的更换。
其中恒压电源通过电路2与金属丝在8处相互连接。
本装置结构简单、灵敏度高、采样率高、可用于不同温度下的应变率测量。

Claims (1)

1.一种径向动态应变检测装置，其特征在于：包括金属丝、恒压电源、电流计和动态采集器；
将径向动态应变测量装置固定在岩石杆上，使用旋钮将金属丝拉紧并紧贴在岩石杆的表面，金属丝与采集电路采用电刷的方式相连，与电源和电流表构成串联电路，电刷连接保证在检测过程中金属丝长度一致，同时方便后期更换；
打开恒压电源和动态采集器，利用动态采集器内置电压表记录其电压数值U，之后动态采集器开始采集电流表数据；
对岩石杆一端进行敲击，产生应力波，当应力波传播到金属丝环绕截面时，由于岩石杆纵向受到应力波作用，产生纵向应变ε1，进而会引起横向应变ε2；由于金属丝与岩石杆紧贴在一起且两端固定，且岩石杆变形量小，因此金属丝会和岩石杆一起产生拉伸或收缩变形；
金属丝发生拉伸或收缩后长度L和横截面积S会发生变化，进而引起自身电阻R发生变化；由于电源电压U恒定，因此金属丝中电流I会产生变化，变化量为ΔI；
电源、电流表、金属丝构成串联电路，动态应变采集器中电压表与电源并联用以测得电源电压，电流数据采集器用于收集电流表数据；当金属丝横截面积随岩体变形发生变化时，自身电阻发生变化，引起整个电路电流发生变化，电流数据采集器将随时间变化的电流数据保存下来；然后计算得到岩石杆随时间的径向应变和纵向应变；
采用动态采集器采集整个过程的电流变化，利用公式
Figure FDA0003998810680000011
得到岩石杆径向应变的应变曲线，根据岩石杆压缩得到的泊松比v，利用公式ε2＝-vε1得到岩石杆的纵向动态应变；岩石杆纵向动态应变最终表达式为
Figure FDA0003998810680000012
r为岩石杆半径，S为金属丝横截面积、ρ为电阻率，α为围绕岩石杆弧度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI120559B (fi) * 2006-01-17 2009-11-30 Sandvik Mining & Constr Oy Menetelmä jännitysaallon mittaamiseksi, mittauslaite ja kallion rikkomislaite
CN101403665B (zh) * 2008-11-17 2011-06-15 中南大学 用于岩石冲击实验的试样加热装置
JP2012154701A (ja) * 2011-01-24 2012-08-16 Kyowa Electron Instr Co Ltd 搬送波型動ひずみ測定器
CN202141428U (zh) * 2011-07-05 2012-02-08 成都市伺服液压设备有限公司 一种新型径向应变测量仪
CN103743335B (zh) * 2013-12-24 2017-03-29 西北核技术研究所 一种环向动态大应变测量方法及装置
CN105423994B (zh) * 2015-12-18 2017-12-01 中国科学院武汉岩土力学研究所 环向应变测量装置
CN206311247U (zh) * 2016-12-22 2017-07-07 南京大学 一种基于分布式光纤感测的力和位移测量的传感器装置
CN208059848U (zh) * 2018-04-12 2018-11-06 安徽理工大学 一种新型的用于环向应变测量的装置
CN109342564A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 北京工业大学 一种用于研究高温下应力波在节理岩体中传播特性的试验装置
CN109655033B (zh) * 2019-01-24 2020-11-24 中国人民解放军海军工程大学 一种管体变形状态实时监测方法及系统
CN109974572B (zh) * 2019-03-25 2020-11-06 绍兴文理学院 一种石墨烯橡胶应变测试装置及岩石应变测量方法
CN110987667B (zh) * 2019-12-09 2021-04-02 中南大学 一种适用于分离式霍普金森杆的岩石高温剪切试验装置及方法

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