單向力監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單向力監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，屬于傳感器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 工程中大量存在許多需要監(jiān)測(cè)或顯示單向力的場(chǎng)合，例如重要場(chǎng)合的螺栓緊固 力，巖土工程中的錨桿或者錨索軸力。能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的顯示這些力對(duì)于工程設(shè)施的安全具 有十分重要的意義。傳統(tǒng)的單向力監(jiān)測(cè)裝置分兩類，一種使用電源，如應(yīng)變片式，利用錨桿 的應(yīng)變來(lái)檢測(cè)錨桿的應(yīng)力，但由于需要電源，安全管理復(fù)雜。另一類不需要電源，有液壓式、 壓感紙式，液壓式是由液壓壓力盒和壓力表組成，通過(guò)觀察壓力表的值來(lái)顯示載荷，但其結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，制造維護(hù)成本高，體積大，不宜大規(guī)模使用；壓感紙式是通過(guò)壓痕的長(zhǎng)度來(lái)判斷軸 向力，但是周向分布的壓感紙顏色長(zhǎng)度不一，很難辨別。
[0003] 因此，需要一種低成本、高可靠性、無(wú)需電源、適合大規(guī)模安裝使用的監(jiān)測(cè)裝置，通 過(guò)大規(guī)模安裝該裝置，可以實(shí)現(xiàn)人人均能檢測(cè)工程設(shè)施安全，大大提高工程設(shè)施的安全性 能。
[0004] 中國(guó)專利CN203452813U公開了一種通過(guò)觀察高強(qiáng)彈簧的位移來(lái)判斷軸向力的方 案，但是由于位移太小，直接通過(guò)肉眼觀察變形量來(lái)判斷錨桿的軸向力非常困難。中國(guó)專利 201410468086.0公開了一種通過(guò)觀察條紋圖像來(lái)判斷軸向力的方案，由于條紋的寬度受 限，該方法適合近距離觀察。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種單向力監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，由顯示裝置與均載機(jī)構(gòu)組成的 單向力監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)顯示裝置將均載機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的均勻壓力轉(zhuǎn)化為不同的顏色，通過(guò)觀察 顯示裝置的不同顏色來(lái)判斷受力情況。
[0006] 根據(jù)以上分析綜合考慮單向力監(jiān)測(cè)裝置，采用顏色作為顯示裝置的輸出量。
[0007] 本發(fā)明提供了一種單向力監(jiān)測(cè)裝置，包括上、下殼體，殼體為階梯形圓環(huán)結(jié)構(gòu)，上、 下殼體扣合形成的空間內(nèi)設(shè)有承載體，承載體為內(nèi)部空心的圓筒結(jié)構(gòu)，承載體外側(cè)設(shè)有一 圈反光層，反光層外部設(shè)有圓筒狀的變色環(huán)，變色環(huán)外側(cè)貼有偏振片，反光層與變色環(huán)之間 為一環(huán)形空腔;殼體與變色環(huán)之間設(shè)有彈性過(guò)渡件，彈性過(guò)渡件為截面是雙U形槽的環(huán)狀結(jié) 構(gòu)，彈性過(guò)渡件與殼體之間留有液體腔，液體腔內(nèi)灌充液體;在上、下殼體的徑向靠近外緣 處分別設(shè)有螺孔，該螺孔也是注液孔，注液孔分別位于彈性過(guò)渡件的上、下外側(cè)，螺孔內(nèi)設(shè) 置密封件來(lái)密封液體;上殼體的上端連接螺母，下殼體的下端連接固定件。
[0008] 上述方案中，所述殼體與承載體之間、殼體與彈性過(guò)渡件之間采用膠粘的方式進(jìn) 行連接。
[0009] 上述方案中，所述密封件為螺塞壓縮密封件或球漲堵頭。
[0010] 上述方案中，所述殼體采用鋼材料，承載體根據(jù)變形量選擇彈性材料;承載體選用 的彈性材料為尼龍、酚醛樹脂中的一種;彈性過(guò)渡件采用不銹鋼或鋁合金片材。
[0011] 上述方案中，所述液體為水或液壓油。
[0012] 上述方案中，所述反光層為圓環(huán)形薄膜，所述變色環(huán)選用環(huán)氧樹脂或聚碳酸酯材 料;變色環(huán)為內(nèi)部空心的圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒的厚度不小于5_。
[0013] 本發(fā)明提供了一種采用上述的單向力監(jiān)測(cè)裝置的單向力監(jiān)測(cè)方法，將所述監(jiān)測(cè)裝 置安裝于螺母和固定件之間，當(dāng)用螺母擰緊后，錨桿或螺栓受拉力，整個(gè)裝置受到壓力，壓 力作用于上下殼體上，一部分壓力作用于承載體上，另一部分壓力依次傳導(dǎo)到液體和彈性 過(guò)渡件上，彈性過(guò)渡件的力均勻地傳遞到變色環(huán)上，導(dǎo)致變色環(huán)產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力;不同的應(yīng) 力使變色環(huán)顯示不同的顏色，從而實(shí)現(xiàn)力的顏色指示。
[0014] 上述監(jiān)測(cè)方法，當(dāng)有不同的螺栓或錨桿力導(dǎo)致不同的應(yīng)力，變色環(huán)則顯示不同的 顏色，從而實(shí)現(xiàn)力的顏色指示；以螺栓或錨桿破斷力為100%，破斷力與顏色之間的對(duì)應(yīng)關(guān) 系如下：
[0015] 破斷力〇%，無(wú)色；
[0016] 破斷力0~20%，從無(wú)色漸變成淡黃色；
[0017] 破斷力20~30%，從淡黃色漸變成深黃色；
[0018]破斷力30~40%，從深黃色漸變成紫紅色；
[0019] 破斷力40~50%，從紫紅色漸變成藍(lán)色；
[0020] 破斷力50~70%，從藍(lán)色漸變成白色；
[0021]破斷力70~80%，從白色漸變成金黃色；
[0022] 破斷力80~100%，從金黃色漸變成粉紅色。
[0023]本發(fā)明的有益效果：
[0024]通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)錨桿力原位變色顯示，即傳感器顏色可根據(jù)錨桿力的大 小而發(fā)生改變，不同的錨桿力對(duì)應(yīng)不同的顏色，再加上傳感器中具有增強(qiáng)反光效果，可以通 過(guò)頭燈或其他光源實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高效觀測(cè)，這樣，利用該傳感器能夠?qū)φ麄€(gè)錨固工程海量布 點(diǎn)監(jiān)測(cè)，無(wú)需維護(hù)管理，無(wú)需專人點(diǎn)檢，人人均可成為安全員，對(duì)錨桿支護(hù)工程的施工質(zhì)量 管理和安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。
[0025]錨桿支護(hù)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，對(duì)錨桿支護(hù)工程的正常維護(hù)和礦井安全生產(chǎn)具有十分重要 的意義。其中，錨桿力監(jiān)測(cè)用于監(jiān)視監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力，避免頂板(圍巖)塌方冒頂且提供頂板支 護(hù)參數(shù)，為巷道布置支護(hù)設(shè)計(jì)，頂板安全監(jiān)測(cè)提供可靠的技術(shù)參數(shù)。同時(shí)為煤礦工程技術(shù)人 員和檢測(cè)人員提供確定錨桿的長(zhǎng)度、抗拉強(qiáng)度，了解所使用錨桿、錨索的合理性、經(jīng)濟(jì)性而 需要的科學(xué)依據(jù)。從而有效地防止頂板坍落事故的發(fā)生，確保煤礦安全生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為單向力監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為監(jiān)測(cè)裝置的受力模型圖。
[0028]圖3為變色環(huán)的受力模型示意圖。
[0029]圖4為雙折射原理圖。
[0030]圖5為上殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中1，殼體，2,螺塞壓縮密封件，3,密封套，4,偏振片，5,反光層，6,固定件，7,彈 性過(guò)渡件，8,變色環(huán)，9,液體，10,承載體，11，螺母，12,螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0033] 如圖1~5所示，一種單向力監(jiān)測(cè)裝置，包括上、下殼體，殼體1為階梯形圓環(huán)結(jié)構(gòu)， 上、下殼體扣合形成的空間內(nèi)設(shè)有承載體10,承載體10為內(nèi)部空心的圓筒結(jié)構(gòu)，承載體10外 側(cè)設(shè)有一圈反光層5,反光層5外部設(shè)有圓筒狀的變色環(huán)8,變色環(huán)8外側(cè)貼有偏振片4,反光 層5與變色環(huán)8之間為一環(huán)形空腔;殼體1與變色環(huán)8之間設(shè)有彈性過(guò)渡件7,彈性過(guò)渡件7為 截面是雙U形槽的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，彈性過(guò)渡件7與殼體1之間留有液體腔，液體腔內(nèi)灌充液體;在 上、下殼體的徑向靠近外緣處分別設(shè)有螺孔，該螺孔也是注液孔，注液孔分別位于彈性過(guò)渡 件7的上、下外側(cè)，螺孔內(nèi)設(shè)置螺塞壓縮密封件2來(lái)密封液體，螺塞壓縮密封件2與殼體之間 還設(shè)有密封套3;上殼體的上端連接螺母11，下殼體的下端連接固定件6。
[0034] 上述方案中，所述殼體1與承載體10之間、殼體1與彈性過(guò)渡件7之間采用膠粘的方 式進(jìn)行連接。
[0035] 上述方案中，所述殼體1采用鋼材料，承載體10根據(jù)變形量選擇彈性材料;承載體 選用的彈性材料為尼龍、酚醛樹脂或鋼中的一種。
[0036] 上述方案中，所述液體9為水或液壓油;彈性過(guò)渡件7采用不銹鋼或鋁合金片材。
[0037] 上述方案中，所述反光層5為圓環(huán)形薄層板，所述變色環(huán)8選用環(huán)氧樹脂或聚碳酸 酯材料;變色環(huán)為內(nèi)部空心的圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒的厚度不小于5_。
[0038] 上述方案中，螺塞壓縮密封件2可用球漲堵頭代替。
[0039]本發(fā)明提供了一種采用上述的單向力監(jiān)測(cè)裝置的單向力監(jiān)測(cè)方法，將所述監(jiān)測(cè)裝 置安裝于螺母11和固定件6之間，套在錨桿或螺栓12外側(cè)，當(dāng)用螺母擰緊后，錨桿或螺栓受 拉力，整個(gè)裝置受到壓力，壓力作用于上下殼體上，一部分壓力作用于承載體上，另一部分 壓力依次傳導(dǎo)到液體和彈性過(guò)渡件上，彈性過(guò)渡件的力均勻地傳遞到變色環(huán)上，導(dǎo)致變色 環(huán)8產(chǎn)生軸向壓應(yīng)力。
[0040] 受力過(guò)程分析如下：
[0041] 若錨桿或螺栓12所受力為F、變色環(huán)或液體所受力為^、承載體所受力為F2,并設(shè)液 體剛度為κ2、變色環(huán)剛度為Ki、承載體剛度為K 3,則整體結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為