CN207231685U - 岩体工程地应力计及应力检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及检测设备领域，具体涉及一种岩体工程地应力计及应力检测系统，岩体工程地应力计包括壳体结构、电源、四组环式传感器、处理器以及存储器，壳体结构包括头部、中空外壳和尾部，中空外壳连接于头部与尾部之间，中空外壳内部设置有沿中心轴线设置有锁座栓，四组环式传感器依次间隔套设于锁座栓，各环式传感器上分别设置有感应触头，壳体中空外壳与各感应触头的对应位置处设置有与感应触头相匹配的通孔，各环式传感器分别检测岩体的位移变化并产生位移信号并发送至处理器，处理器根据位各移信号得到多个应力值并发送至存储器，以进行存储。通过上述设置有效减轻了岩体工程地应力计的体积和重量，并使应力检测更加便捷高效。

Description

岩体工程地应力计及应力检测系统

技术领域

本实用新型涉及检测设备技术领域，具体而言，涉及一种岩体工程地应力计及应力检测系统。

背景技术

地应力是赋存于岩体中的一种应力，它不仅是地质环境与地壳稳定性评价的主要因素，也是地质工程设计和施工的重要资料之一。目前工程上应用最广泛的应力测量方法是水压致裂法和套孔应力解除法。由于水压致裂法存在必须事先假定地应力张量的一个主方向与钻孔轴向一致的局限，因此，套孔应力解除法因其可靠性和稳定性被认为是获得空间三维应力的理想测试方法。

发明人经研究发现，现有的采用套孔应力解除法的应力变形计在现场数据测量时，需要将电缆接入应力变形计的尾部，通过钻具穿出，以接入监控设备，这不仅增加了系统的体积和重量，还给现场施工造成极大不便，尤其是测量孔深度增加的时候，接入电缆就要花费大量的时间，而且电缆的长度和重量也约束了测量的深度。因此有效减轻应力变形计的体积和重量，并使应力检测更加便捷高效是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种岩体工程地应力计及应力检测系统，通过设置壳体结构、电源、四组环式传感器、处理器以及存储器，有效减轻了岩体工程地应力计的体积和重量，并使应力检测更加便捷高效。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：

一种岩体工程地应力计，包括壳体结构、电源、四组环式传感器、处理器以及存储器，所述电源、四组环式传感器和存储器分别与所述处理器连接。

所述壳体结构包括头部、中空外壳和尾部，所述中空外壳连接于所述头部与所述尾部之间，所述中空外壳内部设置有沿中心轴线设置有锁座栓，所述四组环式传感器依次间隔套设于所述锁座栓，各所述环式传感器上分别设置有感应触头，所述壳体中空外壳与各所述感应触头的对应位置处设置有与所述感应触头相匹配的通孔，各所述环式传感器分别检测岩体的位移变化并产生位移信号并发送至所述处理器，所述处理器根据各所述位移信号得到多个应力值并发送至所述存储器，以使所述存储器存储各所述应力值。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述岩体工程地应力计还包括四个放大滤波电路，所述四个放大滤波电路分别连接于所述四组环式传感器于所述处理器之间，各所述放大滤波电路分别对对应的环式传感器检测到的位移信号进行放大滤波后发送至所述处理器。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述岩体工程地应力计还包括第一电压转换电路和第二电压转换电路，所述第一电压转换电路连接于所述电源与所述处理器之间，所述第二电压转换电路连接于所述第一电压转换电路与各所述放大滤波电路之间，所述第一电压转换电路将所述电源输出的电压转换为5V并输出，所述第二电压转换电路将所述第一电压转换电路输出的电压转换为正负3.3V和基准电压3.3V并输出。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述岩体工程地应力计还包括接线板和插接板，所述接线板设置于所述锁座栓的底部，所述插接板设置于所述锁座栓靠近所述尾部的一端，所述四组环式传感器依次通过所述接线板和插接板分别与四个放大滤波电路电连接。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述岩体工程地应力计还包括关联有终端设备的通信模块，所述通信模块与所述处理器电连接并设置于所述尾部。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述处理器、存储器以及电源设置于一电路板上，所述电路板设置于所述中空外壳并靠近所述尾部的一端。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述岩体工程地应力计还包括按钮开关和指示灯，所述按钮开关和指示灯分别与所述处理器电连接，所述按钮开关和所述指示灯分别设置于所述尾部远离所述中空外壳的一侧。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，各所述环式传感器上设置的感应触头为两个且相对设置，以所述中空外壳的中心轴线为轴，两两相邻的环式传感器上设置的感应触头圆周上依次旋转相差45°。

在实用新型的较佳实施例选择中，在上述岩体工程地应力计中，所述尾部包括锥形卡紧器和后盖，所述锥形卡紧器与所述中空外壳连接，所述后盖设置于所述锥形卡紧器远离所述中空外壳的一端。

本实用新型还提供一种应力检测系统，包括定向器、终端设备以及上述的岩体工程地应力计，所述岩体工程地应力计、定向器分别与所述终端设备通信连接。

本实用新型实施例提供的一种岩体工程地应力计及应力检测系统，所述岩体工程地应力计应用于所述应力检测系统，所述岩体工程地应力计包括壳体结构、电源、四组环式传感器、处理器以及存储器。所述壳体结构包括头部、中空外壳和尾部，所述中空外壳连接于所述头部与所述尾部之间，所述中空外壳内部设置有沿中心轴线设置有锁座栓，所述四组环式传感器依次间隔套设于所述锁座栓，各所述环式传感器上分别设置有感应触头，所述壳体中空外壳与各所述感应触头的对应位置处设置有与所述感应触头相匹配的通孔，各所述环式传感器分别检测岩体的位移变化并产生位移信号并发送至所述处理器，所述处理器根据各所述位移信号得到多个应力值并发送至所述存储器，以使所述存储器存储各所述应力值。通过上述设置有效减轻了岩体工程地应力计的体积和重量，并使应力检测更加便捷高效。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种岩体工程地应力计的结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种岩体工程地应力计的连接框图。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种第一电压转换电路的电路原理图。

图4示出了本实用新型实施例提供的一种第二电压转换电路的电路原理图。

图5示出了本实用新型实施了提供的一种岩体工程地应力计的另一结构示意图。

图6示出了本实用新型实施例提供的一种岩体工程地应力计的应用示意图。

图7示出了本实用新型实施例提供的一种应力检测系统的连接框图。

图标：10-应力检测系统；100-岩体工程地应力计；110-壳体结构；112-头部；114-中空外壳；115-通孔；116-尾部；117-锥形卡紧器；118-后盖；119-锁座栓；120-电源；130-环式传感器；135-感应触头；140-处理器；150-存储器；160-通信模块；170-放大滤波电路；180-第一电压转换电路；190-第二电压转换电路；210-按钮开关；220-指示灯；230-电路板；240-接线板；250-插接板；300-定向器；500-终端设备。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请结合图1和图2，本实用新型提供一种岩体工程地应力计100包括壳体结构110、电源120、四组环式传感器130、处理器140以及存储器150，所述电源120、四组环式传感器130和存储器150分别与所述处理器140连接。

所述壳体结构110包括头部112、中空外壳114和尾部116，所述中空外壳114连接于所述头部112与所述尾部116之间，所述中空外壳114内部设置有沿中心轴线设置有锁座栓119，所述四组环式传感器130依次间隔套设于所述锁座栓119，各所述环式传感器130上分别设置有感应触头135，所述壳体中空外壳114与各所述感应触头135的对应位置处设置有与所述感应触头135相匹配的通孔115，各所述环式传感器130分别检测岩体的位移变化并产生位移信号并发送至所述处理器140，所述处理器140根据各所述位移信号得到多个应力值并发送至所述存储器150，以使所述存储器150存储各所述应力值。

通过上述设置以使所述岩体工程地应力计100在检测岩体应力时，有效避免了使用现有的应力变形计时，需要将电缆接入变形计的尾部116，通过钻具穿出，并接入监控设备造成的体积和重量过大，且检测效率低下，检测不方便的情况。

其中，所述中空外壳114为圆筒状，所述头部112的形状为半圆球形，且该半圆球顶端中心设置有半球形凸起，所述中空外壳114连接于所述头部112与所述尾部116之间以构成容纳空间。

为方便将所述岩体工程地应力计100设置于岩体内，或从岩体内取出所述岩体工程地应力计100。可选的，在本实施例中，所述尾部116包括锥形卡紧器117和后盖118，所述锥形卡紧器117与所述中空外壳114连接，所述后盖118设置于所述锥形卡紧器117远离所述中空外壳114的一端。

所述电源120为蓄电池。各所述环式传感器130为相同尺寸的圆环形结构。所述环式传感器130上设置的感应触头135可以是一个，也可以是多个。可选的，在本实施例中，所述环式传感器130上设置的感应触头135为两个，且两个所述感应触头135相对设置。

四个环式传感器130依次间隔设置于所述锁座栓119时，以所述中空外壳114的中心轴线为轴，两两相邻的环式传感器130上设置的感应触头135圆周上依次旋转相差45°。

通过上述设置以使所述岩体工程地应力计100用于检测岩体的应力时，能够检测不同方位的应力，进而有效保障检测结果的准确性。

所述处理器140可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。所述处理器140可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。在此不做具体限定，根据实际需求进行设置即可。

所述存储器150可以是但不限于，存储卡，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。在此不做具体限定，根据实际需求进行设置即可。

为方便所述岩体工程地应力计100在检测岩体的应力完成后将检测结果传送至终端设备500，可选的，在本实施例中，所述岩体工程地应力计100还包括关联有终端设备500的通信模块160，所述通信模块160与所述处理器140电连接并设置于所述壳体结构110的尾部116。其中，所述通信模块160可以是通信接口，也可以是无线通信模块，在此不作具体限定，根据实际需求进行设置即可。

可选的，在本实施例中，所述岩体工程地应力计100还包括四个放大滤波电路170，所述四个放大滤波电路170分别连接于所述四组环式传感器130于所述处理器140之间，各所述放大滤波电路170分别对对应的环式传感器130检测到的位移信号进行放大滤波后发送至所述处理器140。通过上述设置以使所述岩体工程地应力计100的检测结果更加准确。

请结合图3和图4，在本实施例中，所述岩体工程地应力计100还包括第一电压转换电路180和第二电压转换电路190，所述第一电压转换电路180连接于所述电源120与所述处理器140之间，所述第二电压转换电路190连接于所述第一电压转换电路180与各所述放大滤波电路170之间，所述第一电压转换电路180将所述电源120输出的电压转换为5V并输出，所述第二电压转换电路190将所述第一电压转换电路180输出的电压转换为正负3.3V和基准电压3.3V并输出。通过上述设置以使所述电源120能够同时对所述处理器140和各所述放大滤波电路170进行供电，以有效避免需要使用多个所述电源120以分别对各元器件进行供电造成的岩体工程地应力计100体积和重量过大的问题。

为避免所述岩体工程地应力计100在待机状态下消耗电能，在本实施例中，可选的，所述岩体工程地应力计100还包括按钮开关210和指示灯220，所述按钮开关210和指示灯220分别与所述处理器140电连接，所述按钮开关210和所述指示灯220分别设置于所述尾部116远离所述中空外壳114的一侧。

其中，所述按钮开关210和所述指示灯220分别设置于所述锥形卡紧器117靠近所述后盖118的一侧，所述指示灯220在按下按钮开关210时被点亮。通过上述设置以进一步方便用户使用所述岩体工程地应力计100。

请结合图5，为避免所述岩体工程地应力计100在使用过程中，各电器元件之间的连接被断开。可选的，在本实施例中，所述处理器140、存储器150以及电源120设置于一电路板230上，所述电路板230设置于所述中空外壳114并靠近所述尾部116的一端。

为进一步避免各所述环式传感器130与所述处理器140之间断开连接。在本实施例中，所述岩体工程地应力计100还包括接线板240和插接板250，所述接线板240设置于所述锁座栓119的底部，所述插接板250设置于所述锁座栓119靠近所述尾部116的一端，所述四组环式传感器130依次通过所述接线板240和插接板250分别与四个放大滤波电路170电连接。

请结合图6，所述应力检测系统10在用于检测岩体的应力时，首先在待测的岩体上钻探一段套钻孔，然后在套钻孔底部同轴的钻探一个检测孔，并在该检测孔内放入所述岩体工程地应力计100，并将岩体工程地应力计100周围岩体的应力约束解除掉，当应力约束解除之后，岩体工程地应力计100周围岩体变形致使岩体工程地应力计100产生应变。通过标定的应变和变形关系，计算获得测量孔的孔径变形量，根据变形量反算出岩体的应力。在本实用新型中，岩体工程地应力计100位于钻孔内并发生形变时，感应触头135随之发生位移，进而使所述环式传感器130检测到岩体的变形得到位移信号。

请结合图7，在上述基础上，本实用新型还提供一种应力检测系统10，包括定向器300、终端设备500以及上述的岩体工程地应力计100，所述岩体工程地应力计100、定向器300分别与所述终端设备500通信连接。

由于所述应力检测系统10包括所述岩体工程地应力计100，因此所述应力检测系统10具有所述岩体工程地应力计100的相应特征，在此不作一一赘述。

需要说明的是，在采用所述应力检测系统10进行应力检测时，现场测试一般在水平的套钻孔内进行，在待测量的地应力岩体区域内钻探一段套钻孔进至到目标范围，在该套钻孔的下方，再钻探一个测量孔，所述的测量孔和套钻孔同轴，但直径较小。记录所述套钻孔方位，并用推杆将所述岩体工程地应力计100推入测量孔中，启动所述定向器300测量以记录所述岩体工程地应力计100深入的方位、钻孔的方位和钻孔的倾角；保持所述岩体工程地应力计100在孔内静置一段时间，利用套钻孔，对测量孔进行应力解除，同时记录钻进的时间和速度，待钻进到指定深度时即可停止钻探。折断岩芯，取出带有岩体工程地应力计100的岩芯并取出所述岩体工程地应力计100，并将所述岩体工程地应力计100检测到的结果，以及所述定向器300的测量数据传输至所述终端设备500，以使所述终端设备500根据所述岩体工程地应力计100检测到的结果，以及所述定向器300的测量数据得到岩体的应力检测结果。

综上，本实用新型提供的一种岩体工程地应力计100及应力检测系统10，所述应力检测系统10包括所述岩体工程地应力计100。所述岩体工程地应力计100通过设置壳体结构110、电源120、四组环式传感器130、处理器140以及存储器150以有效避免岩体工程地应力计100体积和重量过大，且检测效率低下，检测不方便的情况。通过设置通信模块160、第一电压转换电路180和第二电压转换电路190以进一步避免所述岩体工程地应力计100体积和重量过大的问题。通过设置按钮开关210和指示灯220以进一步方便用户使用所述岩体工程地应力计100。通过设置电路板230、接线板240和插接板250以使所述岩体工程地应力计100的实用性更强。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩体工程地应力计，其特征在于，包括壳体结构、电源、四组环式传感器、处理器以及存储器，所述电源、四组环式传感器和存储器分别与所述处理器连接；

所述壳体结构包括头部、中空外壳和尾部，所述中空外壳连接于所述头部与所述尾部之间，所述中空外壳内部设置有沿中心轴线设置有锁座栓，所述四组环式传感器依次间隔套设于所述锁座栓，各所述环式传感器上分别设置有感应触头，所述中空外壳与各所述感应触头的对应位置处设置有与所述感应触头相匹配的通孔，各所述环式传感器分别检测岩体的位移变化并产生位移信号并发送至所述处理器，所述处理器根据各所述位移信号得到多个应力值并发送至所述存储器，以使所述存储器存储各所述应力值。

2.根据权利要求1所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述岩体工程地应力计还包括四个放大滤波电路，所述四个放大滤波电路分别连接于所述四组环式传感器于所述处理器之间，各所述放大滤波电路分别对对应的环式传感器检测到的位移信号进行放大滤波后发送至所述处理器。

3.根据权利要求2所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述岩体工程地应力计还包括第一电压转换电路和第二电压转换电路，所述第一电压转换电路连接于所述电源与所述处理器之间，所述第二电压转换电路连接于所述第一电压转换电路与各所述放大滤波电路之间，所述第一电压转换电路将所述电源输出的电压转换为5V并输出，所述第二电压转换电路将所述第一电压转换电路输出的电压转换为正负3.3V和基准电压3.3V并输出。

4.根据权利要求2所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述岩体工程地应力计还包括接线板和插接板，所述接线板设置于所述锁座栓的底部，所述插接板设置于所述锁座栓靠近所述尾部的一端，所述四组环式传感器依次通过所述接线板和插接板分别与四个放大滤波电路电连接。

5.根据权利要求1所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述岩体工程地应力计还包括关联有终端设备的通信模块，所述通信模块与所述处理器电连接并设置于所述尾部。

6.根据权利要求1所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述处理器、存储器以及电源设置于一电路板上，所述电路板设置于所述中空外壳并靠近所述尾部的一端。

7.根据权利要求6所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述岩体工程地应力计还包括按钮开关和指示灯，所述按钮开关和指示灯分别与所述处理器电连接，所述按钮开关和所述指示灯分别设置于所述尾部远离所述中空外壳的一侧。

8.根据权利要求1所述的岩体工程地应力计，其特征在于，各所述环式传感器上设置的感应触头为两个且相对设置，以所述中空外壳的中心轴线为轴，两两相邻的环式传感器上设置的感应触头圆周上依次旋转相差45°。

9.根据权利要求1所述的岩体工程地应力计，其特征在于，所述尾部包括锥形卡紧器和后盖，所述锥形卡紧器与所述中空外壳连接，所述后盖设置于所述锥形卡紧器远离所述中空外壳的一端。

10.一种应力检测系统，其特征在于，包括定向器、终端设备以及权利要求1-9任意一项所述的岩体工程地应力计，所述岩体工程地应力计、定向器分别与所述终端设备通信连接。