CN215492157U - 一种锚索应力传感器 - Google Patents

Abstract

一种锚索应力传感器，包括应变体、外壳和感应单元，所述应变体包括圆柱型，所述应变体的中间设置有贯穿的锚索孔，所述锚索穿过锚索孔设置，所述应变体表面设置有数道从上到下的光栅槽，所述光栅槽将应变体表面均匀分为数块感应区域，所述感应部包括光纤应力感应光栅和电子应力感应片，每道所述光栅槽中都设置有一根光纤应力感应光栅，所述光纤应力感应光栅与矿外的仪器连接，使矿外人员能实时监测矿内所有锚索所受应力的情况，每片所述感应区域设置有一片电子应力感应片，所述电子应力感应片与矿内的监视仪器连接，所述电子应力感应片和光纤应力感应光栅能够检测到应变体形变，能够触发矿内和矿外的监视仪器发出警报，通知人员及时采取行动。

Description

一种锚索应力传感器

技术领域

本实用新型涉及压力检测设备技术领域，具体涉及一种锚索应力传感器。

背景技术

锚索是当代煤矿当中巷道支护的最基本的组成部分，他将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身。锚索作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中，整根锚索分为自由段和锚固段，自由段是指将锚索头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚索施加预应力。

出于安全考虑需要实时对锚索上被施加应力进行监控，目前市面上的锚索应力传感器多为光纤光栅传感器，只能将数据传输到煤矿外进行监控，对煤矿内部的情况的掌控有一定延迟，如果发生锚索卸力的事故无法第一时间发现并通知矿井内的人员。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种锚索应力传感器，该锚索应力传感器内同时设置了光纤应力感应光栅和电子应力感应片，光纤应力感应光栅与矿外的仪器连接，使矿外人员能实时监测矿内所有锚索所受应力的情况，而电子应力感应片与矿内的监视仪器连接，当锚索发生卸力时，能够触发矿内的监视仪器发出警报，通知矿内人员及时采取行动。

本实用新型的技术方案如下：

一种锚索应力传感器，包括应变体、外壳和感应单元，所述应变体形状包括圆柱型，所述应变体的中间设置有贯穿的锚索孔，所述锚索穿过锚索孔设置，所述应变体表面设置有数道从上到下的光栅槽，所述光栅槽将应变体表面均匀分为数块感应区域，所述感应部包括光纤应力感应光栅和电子应力感应片，每道所述光栅槽中都设置有一根光纤应力感应光栅，所述光纤应力感应光栅与矿外的仪器连接，使矿外人员能实时监测矿内所有锚索所受应力的情况，每片所述感应区域设置有一片电子应力感应片，所述电子应力感应片与矿内的监视仪器连接，当锚索发生卸力，引起设置在锚索上的所述应变体发生形变时，所述电子应力感应片和光纤应力感应光栅能够检测到这种形变，能够触发矿内和矿外的监视仪器发出警报，通知矿内和矿外的人员及时采取行动。所述外壳围绕应变体设置。所述锚索分为自由段和锚固段，所述自由段是指将锚索头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚索施加预应力，所述锚固段是指用水泥浆固定在土中的部分，所述锚索应力传感器设置在锚索的自由段上与锚固段相邻。

进一步的，当所述应变体所受应力发生变化时，应变体本身会产生轻微的形变，而贴在应变体表面的所述电子应力感应片因为这种形变，其电阻也会发生相应的变化，将电子应力感应片的电阻的变化量通过单片机计算转化为物理量，通过矿内的监视屏幕实时显示。

如上所述的一种锚索应力传感器，所述外壳包括中空的圆柱状，所述外壳中间设置有贯穿的芯孔，所述芯孔能够容纳应变体插入，所述外壳的外壁上设置有数个贯穿的接线孔。所述接线孔上设置有螺纹，外部线路通过螺纹连接到接线孔上，既方便线路连接安装，也能防止环境中的尘土水分进入所述锚索应力传感器中，影响其精度。

进一步的，所述光纤应力感应光栅和电子应力感应片与外界的连线穿过各自的接线孔设置。所述接线孔容纳外部线路连接到光纤应力感应光栅和/或电子应力感应片上。

进一步的，所述应变体从上到下包括封盖、上封闭槽、感应单元和下封闭槽，所述光栅槽设置在感应单元表面，将感应区分割为数块感应区域。所述电子应力感应片设置在光栅槽中，所述电子应力感应片设置在感应区域上，所述光纤应力感应光栅与电子应力感应片的数量相同，测量的精度也保持一致，防止数据不同步隐藏隐患。

进一步的，每根所述光纤应力感应光栅的长度不小于光栅槽的长度，使所述光栅槽能够容纳光纤应力感应光栅设置。

进一步的，每片所述电子应力感应片的覆盖面积不大于感应区域的面积，使所述电子应力感应片能够容纳电子应力感应片设置。

进一步的，所述外壳芯孔的上部内侧设置有限位槽，所述限位槽的直径大于芯孔的直径小于外壳的外侧直径。所述限位槽能够方便工人安装时区分外壳上下端。

进一步的，所述封盖的的直径与外壳的外侧直径相同，使所述应变体能与外壳完成限位安装，且外观的粗细保持一致，便于制造组装。

进一步的，所述上封闭槽中设置有密封条，所述下封闭槽中也设置有密封条，所述密封条使应变体与外壳组装紧密，防止外界灰尘水分进入，影响正常工作，所述上封闭槽的最大直径大于芯孔的直径小于限位槽的直径，所述下封闭槽的最大直径等于芯孔的直径，使设置有上封闭槽的应变体上端无法从外壳的下端开口插入，便于识别外壳的上下端，防止组装失误的事件发生。

本实用新型相对于现有技术所取得的有益效果在于：

本实用新型锚索应力传感器，结构简单，通过设置在所述应变体上的光纤应力感应光栅能和电子应力感应片够实时监测锚索上所受应力的变化，所述光纤应力感应光栅与框外的监测仪器连接，所述电子应力感应片与矿内的监测仪器连接，当锚索上所受应力的变化时，所述光纤应力感应光栅能和电子应力感应片能够同时检测到，同时发送给矿外和矿内的监测仪器，及时的同时矿内和矿外的人员采取行动避险。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点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，而并不认为是对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为实施例1中一种锚索应力传感器的结构示意图；

图2为实施例1中一种锚索应力传感器的内部剖视图；

图3为实施例1中应变体剖视图；

图4为实施例1中外壳剖视图；

图5为实施例1中外壳剖视图；

图6为实施例1中电子应力感应片结构示意图；

图中各附图标记所代表的组件为：

1、应变体，11、锚索孔，12、封盖，13、上封闭槽，14、感应单元，15、下封闭槽，16、光栅槽，17、感应区域，2、外壳，21、芯孔，22、接线孔，23、限位槽，3、感应部，31、光纤应力感应光栅，32、电子应力感应片。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本实用新型中提及的方位“前后”、“左右”等，仅用来表达相对的位置关系，而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。

实施例1

参见图1-图5，一种锚索应力传感器，包括应变体1、外壳2和感应单元14，所述应变体1包括圆柱型，所述应变体1的中间设置有贯穿的锚索孔11，所述锚索穿过锚索孔11设置，本实施例所述应变体1表面设置有3道从上到下的光栅槽16，所述光栅槽16将应变体1表面均匀分为3块感应区域17，所述感应部3包括光纤应力感应光栅31和电子应力感应片32，每道所述光栅槽16中都设置有一根光纤应力感应光栅31，所述光纤应力感应光栅31与矿外的仪器连接，使矿外人员能实时监测矿内所有锚索所受应力的情况，每片所述感应区域17设置有一片电子应力感应片32，所述电子应力感应片32与矿内的监视仪器连接，当锚索发生卸力，引起设置在锚索上的所述应变体1发生形变时，所述电子应力感应片32和光纤应力感应光栅31能够检测到这种形变，能够触发矿内和矿外的监视仪器发出警报，通知矿内和矿外的人员及时采取行动。所述外壳2围绕应变体1设置。所述锚索分为自由段和锚固段，所述自由段是指将锚索头处的拉力传至锚固体的区域，其功能是对锚索施加预应力，所述锚固段是指用水泥浆固定在土中的部分，所述锚索应力传感器设置在锚索的自由段上，与锚固段相邻。

参见图6，本实施例所述电子应力感应片32采用具体型号为BF350-6AA的高精度电阻式应变片。

进一步的，当所述应变体1所受应力发生变化时，应变体1本身会产生轻微的形变，而贴在应变体1表面的所述电子应力感应片32因为这种形变，其电阻也会发生相应的变化，将电子应力感应片32的电阻的变化量通过单片机计算转化为物理量，再通过矿内的监视屏幕实时显示。

进一步的，本实施例所述锚索应力传感器采用圆筒式应变体1结构，锚索承受的拉力经过传递施加在所述应变体1上，矿用光纤顶板动态监测主机发出连续的宽带光，经传输光缆传送到传感器内部光纤应力感应光栅31，所述光纤应力感应光栅31将与应力值有关的窄带光反射回到光纤顶板动态监测主机中，解调出来反射波长的变化量，进而就得出了待测点锚杆索承受的应力值。

参见图4，所述外壳2包括中空的圆柱状，所述外壳2中间设置有贯穿的芯孔21，所述芯孔21能够容纳应变体1插入，所述外壳2的外壁上设置有数个贯穿的接线孔22。所述接线孔22上设置有螺纹，外部线路通过螺纹连接到接线孔22上，既方便线路连接安装，也能防止环境中的尘土水分进入所述锚索应力传感器中，影响其精度。

进一步的，所述光纤应力感应光栅31和电子应力感应片32与外界的连线穿过各自的接线孔22设置。所述接线孔22容纳外部线路连接到光纤应力感应光栅31和/或电子应力感应片32上。

参见图3，所述应变体1从上到下包括封盖12、上封闭槽13、感应单元14和下封闭槽15，所述光栅槽16设置在感应单元14表面，将感应单元14分割为数块感应区域17。所述电子应力感应片32设置在光栅槽16中，所述电子应力感应片32设置在感应区域17上，所述光纤应力感应光栅31与电子应力感应片32的数量相同，测量的精度也保持一致，防止数据不同步隐藏隐患。

进一步的，本实施例所述所述应变体1上所受应力发生改变时，会发生轻微的形变，而设置在感应区域17上的电子应力感应片32在监测到此种形变时能够发送电信号给矿井内的监测设备，方便矿井内的人员实时监测该锚索的承受应力状况。

进一步的，每根所述光纤应力感应光栅31的长度不小于光栅槽16的长度，使所述光栅槽16能够容纳光纤应力感应光栅31设置。

进一步的，每片所述电子应力感应片32的覆盖面积不大于感应区域17的面积，使所述电子应力感应片32能够容纳电子应力感应片32设置。

进一步的，所述外壳2芯孔21的上部内侧设置有限位槽23，所述限位槽23的直径大于芯孔21的直径小于外壳2的外侧直径。所述限位槽23能够方便工人安装时区分外壳2上下端。

进一步的，所述封盖12的的直径与外壳2的外侧直径相同，使所述应变体1能与外壳2完成限位安装，且外观的粗细保持一致，便于制造组装。

进一步的，所述上封闭槽13中设置有密封条，所述下封闭槽15中也设置有密封条，所述密封条使应变体1与外壳2组装紧密，具有很好的密封性，防止外界灰尘水分进入，影响正常工作，所述上封闭槽13的最大直径大于芯孔21的直径小于限位槽23的直径，所述下封闭槽15的最大直径等于芯孔21的直径，使设置有上封闭槽13的应变体1上端无法从外壳2的下端开口插入，便于识别外壳2的上下端，防止组装失误的事件发生。

进一步的，所述应变体1和外壳2采用45钢材质制作，确保了感应部3可以在复杂环境中应用。

进一步的，所述锚索应力传感器的应用环境温度在0℃～40℃内，平均相对湿度不大于95％，大气压力在80kPa～106kPa范围内，无显著震震动和冲击的场合，煤矿井下具有甲烷、煤尘爆炸性混合物，但无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合。

进一步的，所述锚索应力传感器的测量范围在0～600KN，测量误差±3KN，所述锚索应力传感器与矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测主机传输最大距离20km。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种锚索应力传感器，其特征在于，包括应变体、外壳和感应部，所述应变体形状包括圆柱型，所述应变体的中间设置有贯穿的锚索孔，所述应变体表面设置有数道从上到下的光栅槽，所述光栅槽将应变体表面均匀分为数块感应区域，所述感应部包括光纤应力感应光栅和电子应力感应片，每道所述光栅槽中都设置有一根光纤应力感应光栅，每片所述感应区域设置有一片电子应力感应片，所述外壳围绕应变体设置。

2.根据权利要求1所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述外壳包括中空的圆柱状，所述外壳中间设置有贯穿的芯孔，所述外壳的外壁上设置有数个贯穿的接线孔。

3.根据权利要求2所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述电子应力感应片和电子应力感应片与外界的连线穿过各自的接线孔设置。

4.根据权利要求2所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述应变体从上到下包括封盖、上封闭槽、感应单元和下封闭槽，所述光栅槽设置在感应单元表面，将感应区分割为数块感应区域。

5.根据权利要求3所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，每根所述光纤应力感应光栅的长度不小于光栅槽的长度。

6.根据权利要求3所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，每片所述电子应力感应片的覆盖面积不大于感应区域的面积。

7.根据权利要求4所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述芯孔的上部内侧设置有限位槽，所述限位槽的直径大于芯孔的直径小于外壳的外侧直径。

8.根据权利要求4所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述封盖的直径与外壳的外侧直径相同。

9.根据权利要求7所述的一种锚索应力传感器，其特征在于，所述上封闭槽中设置有密封条，所述下封闭槽中也设置有密封条，所述上封闭槽的最大直径大于芯孔的直径小于限位槽的直径，所述下封闭槽的最大直径等于芯孔的直径。

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