本發(fā)明涉及錨固技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光纖光柵測力墊圈及錨桿測力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

錨桿支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在巷道周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)洞室穩(wěn)定的目的。錨桿支護(hù)屬于一種積極防御的支護(hù)方法，其具有支護(hù)效果優(yōu)良、用料省、施工簡單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，近年來廣泛應(yīng)用于地下工程支護(hù)領(lǐng)域，對于降低成本和減少事故發(fā)揮了重要作用。

由于錨桿埋置于圍巖內(nèi)部，屬于隱蔽結(jié)構(gòu)，其受力情況以及支護(hù)評價(jià)較為困難。為了評估錨桿的支護(hù)作用和受力情況，通常采用應(yīng)變測量法、錨桿測力計(jì)測量法等對錨桿進(jìn)行軸力的測量。

錨桿作為支護(hù)體系中重要的組成部分，目前對于其軸力的監(jiān)測基本是通過對桿體的直接測試獲得，所采用的主要是電阻應(yīng)變式、振弦式或光纖光柵式的測力錨桿。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述測力型錨桿存在的普遍問題是：無法快速獲知錨桿的受力情況，且施工過程干擾程度大，保護(hù)難度高等。目前尚未有在錨桿墊板與螺母之間布設(shè)光纖光柵傳感器來測錨桿受力的相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光纖光柵測力墊圈，其能夠用于測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種錨桿測力系統(tǒng)，其能夠測量物件的受力情況，靈敏度與準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種光纖光柵測力墊圈，包括第一墊圈、第二墊圈和光纖光柵傳感器；第一墊圈和第二墊圈同軸且重疊設(shè)置，光纖光柵傳感器夾持于第一墊圈和第二墊圈之間。光纖光柵傳感器具有用于與數(shù)據(jù)采集裝置的測試接口相連的光纖。其能夠用于測量物件局部及物件整體的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨桿的受力檢測，靈敏度與準(zhǔn)確度高。

一種錨桿測力系統(tǒng)，包括上述光纖光柵測力墊圈，錨桿測力系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集裝置，光纖光柵測力墊圈的光纖與數(shù)據(jù)采集裝置的測試接口相連。其能夠測量物件局部及物件整體的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨桿的受力檢測，靈敏度與準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：本發(fā)明提供的光纖光柵測力墊圈通過設(shè)置同軸且重疊設(shè)置的第一墊圈和第二墊圈以及夾持于第一墊圈和第二墊圈之間的光纖光柵傳感器，可以將墊圈受到的壓力或墊圈的形變的變化情況傳遞至光纖光柵傳感器，將壓力或墊圈的形變的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：光纖光柵測力墊圈可用于測量物件的受力以及形變的變化情況，一方面具有很高的靈敏度與準(zhǔn)確度，另一方面第一墊圈和第二墊圈又可以保護(hù)光纖光柵傳感器，防止光纖光柵傳感器由于壓力變化或形變變化而損壞。光纖光柵測力墊圈可將所受的來自各個(gè)方向的壓力或形變變化的情況傳遞至光纖光柵傳感器，并對光纖光柵傳感器具有保護(hù)作用，延長了光纖光柵傳感器的使用壽命。

本發(fā)明提供的錨桿測力系統(tǒng)通過利用上述光纖光柵測力墊圈，其能夠測量物件的受力以及形變的變化情況，特別是針對錨桿的受力檢測，反映錨桿及整個(gè)錨固結(jié)構(gòu)的受力情況。靈敏度與準(zhǔn)確度高。

截至目前，對于錨桿螺母與墊板間的受力測試，尤其將光纖光柵傳感器布設(shè)于智能墊圈安裝于錨桿墊板與螺母之間測其受力的測試方法尚未有過。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的光纖光柵測力墊圈的示意圖；

圖2為圖1中的光纖光柵測力墊圈沿A-A的剖面圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的錨桿測力系統(tǒng)的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的錨桿的示意圖。

圖標(biāo)：100-光纖光柵測力墊圈；110-第一墊圈；111-第一凸起部；112-第一凹陷部；120-第二墊圈；121-第二凸起部；122-第二凹陷部；130-光纖光柵傳感器；140-光纖；150-數(shù)據(jù)線；200-錨桿測力系統(tǒng)；210-數(shù)據(jù)采集裝置；300-錨桿；310-桿體；320-墊板；330-螺母。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例

請參照圖1和圖2，本實(shí)施例提供一種光纖光柵測力墊圈100。光纖光柵測力墊圈100包括第一墊圈110、第二墊圈120和光纖光柵傳感器130；第一墊圈110和第二墊圈120同軸且重疊設(shè)置，光纖光柵傳感器130夾持于第一墊圈110和第二墊圈120之間，光纖光柵傳感器130具有用于與數(shù)據(jù)收集或分析裝置的測試接口相連的光纖140。

光纖光柵測力墊圈100可以將自身受到的來自各個(gè)方向壓力或自身發(fā)生的形變的變化情況傳遞至光纖光柵傳感器130，光纖光柵傳感器130可將壓力或形變的變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化，電信號(hào)變化由光纖140傳導(dǎo)至數(shù)據(jù)收集或分析裝置，經(jīng)數(shù)據(jù)收集或分析裝置采集匯總后，對電信號(hào)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如小波包分析、小波分析、快速傅里葉變換、時(shí)間反演等，可以對信號(hào)做定量分析。結(jié)合實(shí)驗(yàn)標(biāo)定結(jié)果即可得出相應(yīng)的壓力或形變的變化情況。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，第一墊圈110具有沿其軸向朝第二墊圈120延伸的多個(gè)間隔設(shè)置的第一凸起部111，相鄰的第一凸起部111之間為第一凹陷部112；第二墊圈120具有與第一凸起部111形狀互補(bǔ)的第二凹陷部122以及與第一凹陷部112形狀互補(bǔ)的第二凸起部121。光纖光柵傳感器130可以設(shè)置于第一凸起部111和/或第二凸起部121。在本實(shí)施例中，光纖光柵傳感器130設(shè)置于第一凸起部111。

由于第一墊圈110具第一凸起部111與第一凹陷部112，第二墊圈120具有與第一凸起部111形狀互補(bǔ)的第二凹陷部122以及與第一凹陷部112形狀互補(bǔ)的第二凸起部121。使得第一墊圈110與第二墊圈120結(jié)合更加緊密且較大程度地消除了第一墊圈110與第二墊圈120之間的間隙，增大了第一墊圈110與第二墊圈120之間的結(jié)合力，提高了沿光纖光柵測力墊圈100的穩(wěn)定性。

沿光纖光柵測力墊圈100的徑向或周向，第一墊圈110與第二墊圈120不易發(fā)生相對滑動(dòng)。使得第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的壓力或所發(fā)生的形變不會(huì)由于第一墊圈110與第二墊圈120之間發(fā)生了相對滑動(dòng)而部分或全部抵消，保證第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的壓力或所發(fā)生的形變均可以準(zhǔn)確完整的傳遞至光纖光柵傳感器130，保證了光纖光柵傳感器130接收到的信息的準(zhǔn)確度，防止光纖光柵傳感器130的感應(yīng)失真。提高了光纖光柵測力墊圈100的感應(yīng)靈敏度與準(zhǔn)確度。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，光纖光柵傳感器130可以設(shè)置于第一凹陷部112和/或第二凹陷部122。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，多個(gè)第一凸起部111沿第一墊圈110的周向間隔設(shè)置。可以使得第一墊圈110與第二墊圈120結(jié)合更加緊密。當(dāng)?shù)谝粔|圈110和/或第二墊圈120受到外力擠壓或發(fā)生形變時(shí)，沿第一墊圈110的周向間隔設(shè)置多個(gè)第一凸起部111有利于使所受到的外力擠壓或發(fā)生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散并趨于均勻化，防止由于局部受力過大或發(fā)生的形變過大而導(dǎo)致光纖光柵測力墊圈100破損。提高了光纖光柵測力墊圈100的耐用性。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，多個(gè)第一凸起部111沿第一墊圈110的周向均勻間隔設(shè)置。沿第一墊圈110的周向均勻間隔設(shè)置多個(gè)第一凸起部111可以使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發(fā)生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向最大限度地分散并趨于均勻化。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，第一墊圈110的用于夾持光纖光柵傳感器130一端呈波紋狀，第一凸起部111位于波峰，第一凹陷部112位于波谷。第二墊圈120的用于夾持光纖光柵傳感器130一端同樣也呈波紋狀，第二凸起部121位于波峰，第二凹陷部122位于波谷。

第一墊圈110與第二墊圈120之間的波紋狀的界面有利于使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發(fā)生的形變在沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散時(shí)，分散過程趨于平緩，防止出現(xiàn)個(gè)別受力高出平均受力的畸高點(diǎn)而導(dǎo)致第一墊圈110和/或第二墊圈120破損的情況。提高了光纖光柵測力墊圈100的耐用性，同時(shí)也防止上述可能出現(xiàn)的畸高點(diǎn)對光纖光柵傳感器130造成損傷。

光纖光柵傳感器130夾持于第一墊圈110和第二墊圈120之間時(shí)，由于波紋狀沒有棱邊或棱角，可以防止光纖光柵傳感器130局部壓強(qiáng)過大而破損，提高了光纖光柵傳感器130的使用壽命和安全性。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，光纖光柵傳感器130為多個(gè)，多個(gè)光纖光柵傳感器130沿光纖光柵測力墊圈100的周向均勻間隔設(shè)置。均勻間隔設(shè)置的多個(gè)光纖光柵傳感器130可以全面地反映光纖光柵測力墊圈100的整體受力以及形變的變化情況，防止由于局部受力的差異性而導(dǎo)致出現(xiàn)光纖光柵傳感器130感應(yīng)失真的情況。

第一墊圈110與第二墊圈120之間的波紋狀的界面使第一墊圈110和/或第二墊圈120所受到的外力擠壓或發(fā)生的形變沿光纖光柵測力墊圈100的周向分散化，均勻間隔設(shè)置的多個(gè)光纖光柵傳感器130可以將分散的受力和形變?nèi)糠从吵鰜恚ㄟ^對局部受力和形變的匯總反映出光纖光柵測力墊圈100的整體受力和形變的變化情況。確保了光纖光柵傳感器130感應(yīng)的準(zhǔn)確性以及光纖光柵測力墊圈100感應(yīng)受力與形變變化情況的準(zhǔn)確性與高保真性。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，沿光纖光柵測力墊圈100的周向，相鄰兩個(gè)光纖光柵傳感器130之間均由數(shù)據(jù)線150相連。與每個(gè)光纖光柵傳感器130均單獨(dú)通過光纖140連接至數(shù)據(jù)收集或分析裝置相比，數(shù)據(jù)線150可將各個(gè)光纖光柵傳感器130的感應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行匯總，可以簡化并減少數(shù)據(jù)收集或分析裝置采得的數(shù)據(jù)，便與后續(xù)分析與檢測。一方面減少了數(shù)據(jù)量便于分析，另一方面使采集得到的數(shù)據(jù)可直接總整體上反映光纖光柵測力墊圈100的受力與形變變化情況。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，光纖光柵傳感器130設(shè)置于第一凸起部111且位于波峰。波峰是第一墊圈110與第二墊圈120之間相互作用力較敏感的位置，光纖光柵傳感器130設(shè)于此處可以提高光纖光柵傳感器130對第一墊圈110與第二墊圈120之間相互作用力及光纖光柵測力墊圈100整體的受力與形變變化情況的感應(yīng)靈敏度。提高了光纖光柵測力墊圈100對受力與形變的靈敏度。

光纖光柵測力墊圈100的工作原理是：通過沿光纖光柵測力墊圈100的周向均勻間隔夾持設(shè)置于第一墊圈110與第二墊圈120之間的光纖光柵傳感器130，可以將第一墊圈110和/或第二墊圈120以及光纖光柵測力墊圈100整體所受到的壓力或發(fā)生的形變的變化情況轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的變化，電信號(hào)變化通過光纖140傳導(dǎo)至數(shù)據(jù)收集或分析裝置，通過數(shù)據(jù)分析便可得出光纖光柵測力墊圈100的受力與形變的變化情況。光纖光柵測力墊圈100可用于測量物件的受力變化。進(jìn)而得出被測物件的受力與形變變化情況。

綜上所述，本發(fā)明提供的光纖光柵測力墊圈100能夠用于測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準(zhǔn)確度高，耐用性強(qiáng)。健康

請參閱圖3，本實(shí)施例還提供一種錨桿測力系統(tǒng)200，錨桿測力系統(tǒng)200包括光纖光柵測力墊圈100，錨桿測力系統(tǒng)200還包括數(shù)據(jù)采集裝置210，光纖140與數(shù)據(jù)采集裝置210的測試接口相連。

錨桿測力系統(tǒng)200能夠?qū)⒐饫w光柵測力墊圈100產(chǎn)生的電信號(hào)變化數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集裝置210收集匯總，通過對數(shù)據(jù)的分析處理即可得出相應(yīng)的受力與形變的變化情況。

錨桿測力系統(tǒng)200能夠用于測量物件的受力以及形變的變化情況，反映物件局部及物件整體的受力情況。靈敏度與準(zhǔn)確度高。

請參閱圖4，本發(fā)明還提供一種錨桿300。錨桿300包括桿體310、墊板320和螺母330；桿體310貫穿墊板320并與螺母330通過螺紋可拆卸連接。錨桿300還包括光纖光柵測力墊圈100，光纖光柵測力墊圈100套設(shè)于桿體310并夾持于墊板320與螺母330之間。

本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：可以通過測量錨桿300的墊板320與螺母330之間的作用力變化來反映出整個(gè)錨桿300的受力變化情況。錨桿300通過設(shè)置光纖光柵測力墊圈100，使其自身的墊板320與螺母330之間的作用力以及形變的變化情況便于測量，進(jìn)而反映錨桿300整體的受力及形變變化情況。

請參閱圖1、圖2和圖4，進(jìn)一步地，光纖光柵測力墊圈100可用于測量錨桿300的受力以及形變的變化情況，一方面具有很高的靈敏度與準(zhǔn)確度，另一方面第一墊圈110和第二墊圈120又可以保護(hù)光纖光柵傳感器130。由于錨桿300的受力一般很大，第一墊圈110和第二墊圈120可以防止光纖光柵傳感器130受到錨桿300的直接壓迫而損壞，延長了光纖光柵傳感器130的使用壽命。光纖光柵測力墊圈100可將所受的來自錨桿300的壓力或形變變化的情況傳遞至光纖光柵傳感器130，通過電信號(hào)分析便可得出錨桿300的壓力或形變變化情況，進(jìn)而了解整個(gè)錨固結(jié)構(gòu)的受力情況。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，光纖光柵測力墊圈100的內(nèi)徑略大于桿體310的外徑。此結(jié)構(gòu)可以盡可能減小光纖光柵測力墊圈100與桿體310之間的間隙，使得光纖光柵測力墊圈100與螺母330以及墊板320之間的接觸面積增大，提高了光纖光柵測力墊圈100對螺母330與墊板320之間的作用力的變化情況的感應(yīng)靈敏度和準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，墊板320呈大致的“碗形”。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，墊板320還可以呈平板狀。

綜上所述，將光纖光柵測力墊圈100套設(shè)于錨桿300的桿體310，并將光纖光柵測力墊圈100設(shè)于錨桿300的螺母330與墊板320之間。本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：可以通過利用光纖光柵測力墊圈100檢測錨桿300的墊板320與螺母330之間的作用力變化，即可反映出錨桿300整體的受力情況，間接反映出整個(gè)錨固結(jié)構(gòu)的受力情況。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。