專利名稱：基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力工程中的錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力錨索加固是一種主動(dòng)加固方式，其加固的實(shí)質(zhì)是對被加固巖體施加錨固力，限制巖體有害變形的發(fā)展。其快速、高效、加快工期與提高邊坡穩(wěn)定的優(yōu)越性以及良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是其它傳統(tǒng)方法無法比擬的。預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍從堅(jiān)硬穩(wěn)定巖石發(fā)展到松軟破碎巖體，由小巷道發(fā)展到大跨度硐室，由靜荷條件發(fā)展到動(dòng)荷條件，由基建工程發(fā)展到工程搶險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等。錨索的結(jié)構(gòu)類型不僅種類繁多，而且越來越先進(jìn)，目前巖體預(yù)應(yīng)力錨索單根預(yù)應(yīng)力承載力已經(jīng)達(dá)到16MN，單根錨索長度 lHm。預(yù)應(yīng)力錨索加固已經(jīng)成為提高巖土工程穩(wěn)定性和解決復(fù)雜的巖土工程問題最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。預(yù)應(yīng)力錨索錨固效果(受力狀態(tài))受預(yù)應(yīng)力材料性質(zhì)、被錨固介質(zhì)力學(xué)特性、錨索結(jié)構(gòu)、錨固體系、錨夾具的加工質(zhì)量、施工工藝、工程地質(zhì)環(huán)境以及運(yùn)行管理水平等因素的影響而變化，如果錨固錨索受力狀態(tài)變化異常，超過一定界限值時(shí)，給工程帶來極大的危害，甚至威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。預(yù)應(yīng)力錨索受力情況監(jiān)測不僅為所加固工程的安全可靠性做出及時(shí)準(zhǔn)確的評價(jià)，而且還指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理，為進(jìn)一步揭示預(yù)應(yīng)力錨索的工作機(jī)理、總結(jié)預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、提高設(shè)計(jì)水平提供依據(jù)。眾多工程實(shí)例表明，錨索錨固力的損失將使得結(jié)構(gòu)受力情況惡化，造成受力不均勻，將導(dǎo)致其錨固效果的減弱或失效，會(huì)使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至破壞，不僅會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重危及人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對保證錨固工程的設(shè)計(jì)、施工和安全運(yùn)行，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有重要的理論意義和工程實(shí)踐意義。
傳統(tǒng)錨索測力傳感器具有結(jié)構(gòu)缺陷和量程限制。結(jié)構(gòu)缺陷為適應(yīng)在錨索的外錨墩上安裝測力傳感器，傳感器一般都制造成環(huán)狀產(chǎn)品，同時(shí)考慮到錨索安裝、張拉過程中不可避免地存在偏心，一般錨索測力傳感器內(nèi)部都裝有多個(gè)(3—6個(gè))工作弦，并且往往沿環(huán)狀均勻布置。在儀器交付使用時(shí)，生產(chǎn)廠家總會(huì)給出儀器率定系數(shù)，它是一個(gè)包含了多個(gè)工作弦的綜合系數(shù)。在所有工作弦均能正常工作且受力均勻時(shí)，用這個(gè)綜合系數(shù)計(jì)算錨索測力計(jì)的受力是合適的。通常計(jì)算錨索測力傳感器的應(yīng)力時(shí)有兩種方法一是將各工作弦進(jìn)行算術(shù)平均，得到平均頻率，再進(jìn)行計(jì)算；二是用單支傳感器系數(shù)計(jì)算，算出各工作性弦承受的應(yīng)力然后求和。這兩種方法都是將應(yīng)力分布函數(shù)f(x，y)視作一個(gè)簡單的線性函數(shù)。 而事實(shí)上，錨索測力傳感器承壓筒上的受力條件非常復(fù)雜，除安裝、張拉過程偏載的影響外，還有各種側(cè)向應(yīng)力端面的剪切應(yīng)力，這使得應(yīng)力函數(shù)f(x，y)很難簡單的用線性函數(shù)來描述，這決定了使用工作弦平均值作為錨索實(shí)際應(yīng)力的計(jì)算方不夠精確。當(dāng)錨索測力傳感器安裝完成工作一段時(shí)間后，由于工作環(huán)境條件影響(如放炮、機(jī)械震動(dòng)、溫度影響、日曬雨淋、荷載變化等)和時(shí)效原因，很容易出現(xiàn)個(gè)別工作弦甚至2個(gè)、3個(gè)工作弦不起振或失效的現(xiàn)象，這時(shí)如果繼續(xù)引用廠家給定的儀器率定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)算出來的數(shù)值與錨索實(shí)際受力狀況存在較大誤差，甚至導(dǎo)致錯(cuò)誤的分析。量程限制從理論上講，錨索測力傳感器的量程可以做到任意大，只要相應(yīng)地改變其結(jié)構(gòu)尺寸即可。但是由于承力、感應(yīng)體是一體化設(shè)計(jì)，考慮到承壓體結(jié)構(gòu)材料性能(荷載過大不能保證承壓體為線彈性變形)以及振弦工作頻率、頻寬和工作應(yīng)力限制，大部分振弦式錨索測力傳感器的量程受到限制，一般很難做到500噸以上，做到1000噸以上幾乎不可能。此外，隨著量程的增大，須相應(yīng)增大錨索測力傳感器的承壓體直徑與高度，但是，承壓體的高度與直徑相差不大傳感器測得的并不是承壓體端面上的等效應(yīng)力，雖然可以通過增厚傳力柱增加承壓體的高度，但由于傳力柱與承壓體并不是一個(gè)整體，仍無法保證傳感器范圍內(nèi)的承壓體為線彈性變形。
國外振弦式傳感器雖然性能先進(jìn)，但是其價(jià)格昂貴，性價(jià)比低，難以在工程中大量推廣應(yīng)用。且國外研究開發(fā)的錨索測力傳感器及頻率檢測儀還存在漢化問題，技術(shù)人員需要培訓(xùn)才能使用。國內(nèi)振弦式傳感技術(shù)，受工程材料和制造技術(shù)的限制，振弦式傳感器的分辨率、準(zhǔn)確度和長期穩(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)沒有得到很好解決，一直難以滿足工程應(yīng)用要求。國內(nèi)振弦式錨索測力傳感器基本上都是通過頻率檢測儀測出頻率，再通過公式計(jì)算出錨索受力大小。沒有實(shí)現(xiàn)錨索測力傳感器與儀表監(jiān)測自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)采集數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。國內(nèi)外廠家都沒有研制成功直接數(shù)字顯示物理量值(力或位移)的檢測儀器。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種溫度補(bǔ)償優(yōu)良、精度高誤差小、高增益弱激發(fā)、耐震動(dòng)沖擊、長期穩(wěn)定性好的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是包括振弦式錨索測力傳感器和智能檢測儀器，振弦式錨索測力傳感器包括相連接的帶有中孔的活塞式承壓體和振弦式液體壓力傳感器，振弦式液體壓力傳感器與智能檢測儀器相連接。
該基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，振弦式錨索測力傳感器的數(shù)學(xué)模型方程為
權(quán)利要求
1.一種基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是包括振弦式錨索測力傳感器和智能檢測儀器(3)，振弦式錨索測力傳感器包括相連接的帶有中孔的活塞式承壓體(1)和振弦式液體壓力傳感器(2)，振弦式液體壓力傳感器(2)與智能檢測儀器(3)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是振弦式錨索測力傳感器的數(shù)學(xué)模型方程為”::::::.— ....... .·' * I -f. / ....... 1，進(jìn)程誤差小于 0. 2%FS，綜合誤差不超過 1. 0%FS。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是振弦式錨索測力傳感器包括橫式結(jié)構(gòu)傳感器和豎式結(jié)構(gòu)傳感器，橫式結(jié)構(gòu)傳感器的工作膜與振弦的熱膨脹系數(shù)接近，豎式結(jié)構(gòu)傳感器的弦架與振弦的熱膨脹系數(shù)接近，振弦式錨索測力傳感器的溫度補(bǔ)償做法為先對傳感器初頻&進(jìn)行溫度標(biāo)定，然后測量傳感器實(shí)際應(yīng)用時(shí)的環(huán)境溫度，將實(shí)際頻率f代替fo進(jìn)行計(jì)算，對于可卸載到零的場合，先調(diào)零，再檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是振弦與工作膜的幾何尺寸相匹配，振弦的直徑為0. 06 0. 015mm，振弦的預(yù)應(yīng)力為 147 490MPa，振弦兩端與固定端相焊接，通過特殊膠進(jìn)行固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是帶有中孔的活塞式承壓體(1)包括缸體(4)，缸體(4)的凹槽內(nèi)設(shè)有大活塞(5)，缸體(4)與大活塞(5)之間設(shè)有“0”型密封圈(6)和擋圈(7)，帶有中孔的活塞式承壓體(1) 側(cè)壁與振弦式液體壓力傳感器(2)的連接處設(shè)有小活塞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是智能檢測儀器(3)包括便攜式智能檢測儀或智能型多點(diǎn)檢測儀，智能檢測儀器(3) 包括單片機(jī)，單片機(jī)連接多周期測頻電路和高增益弱激發(fā)電路，高增益弱激發(fā)電路連接感應(yīng)線圈和激發(fā)線圈，單片機(jī)連接有功能選擇撥碼器、數(shù)碼顯示器以及看門狗及存儲(chǔ)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)， 其特征是高增益弱激發(fā)電路通過高精度儀器測頻率，隨機(jī)波動(dòng)小于0. 05Hz，分辨率優(yōu)于 0.01% FS，包括高倍放大裝置和限幅限流裝置，激發(fā)時(shí)間小于1秒，激發(fā)電線長度為1000 米。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力工程中的錨索受力領(lǐng)域，特別涉及一種基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。該基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是包括振弦式錨索測力傳感器和智能檢測儀器，振弦式錨索測力傳感器包括相連接的帶有中孔的活塞式承壓體和振弦式液體壓力傳感器，振弦式液體壓力傳感器與智能檢測儀器相連接。該基于振弦傳感技術(shù)的預(yù)應(yīng)力錨索受力狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，提出了新的振弦式傳感器通用數(shù)學(xué)模型，精度高誤差?。惶岢隽巳跫ぐl(fā)原則，設(shè)計(jì)了高增益弱激發(fā)電路；提出了活塞傳壓和力變換技術(shù)，設(shè)計(jì)了優(yōu)良的溫補(bǔ)償，并開發(fā)設(shè)計(jì)了配套的便攜式智能檢測儀和適用于自動(dòng)化監(jiān)測的智能型多點(diǎn)檢測儀。
文檔編號G01L5/04GK102507067SQ201110317968
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者王清標(biāo) 申請人:山東科技大學(xué)