专利名称：一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩体应力测量领域，尤其涉及一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统。
背景技术：
在各种地下工程如巷道围岩加固、金属矿山或隧道工程中，都需要准确了解围岩体的内部应力的大小和方向，以及地下工程中围岩体内部相对应力的变化量的大小和方向。三向应力计主要用于测量岩石和混凝土中的三向应力。三向应力计是由12个应变计组成，应变计封装在弹性模量已知的空心管壁上。应用中，首先利用环氧树脂把三向应力计固定在钻孔中，然后监测在钻孔套芯应力解除过程中的应变响应，或者把应力计永久地留放在原地，用于监测相对应力随时间的变化。三向应力计一次测量就可获得全部的3维应力张量，即3个应力的大小和方向。三向应力计在应力测量过程中，需要准确的知道12个应变计的方位，主要是方向、倾角和滚动角。目前常用的方法是，把三向应力计安装到已有的钻孔中后，再在三向应力计的后面安装一个滚动角传感器，利用滚动角传感器测量三向应力计的滚动角，然后再使用地质罗盘，测量位于三向应力计的后方的接杆的倾角和方向。接杆的倾角和方向等同于三向应力计的倾角和方向。上述方法的不足在于，不能直接测量三向应力计的方向和倾角。当三向应力计的安装深度较大时，所测得的方向和倾角的误差也较大。
发明内容
本发明针对上述技术问题，设计开发了一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统。本发明的定位系统是在三向应力计的后端固定一定向仪，定向仪的第一三维电子罗盘用于监测三向应力计的方位。并且，为保证定向仪中的三维电子罗盘始终的中心与三向应力计处于同一轴线上，本系统还设计了扶正装置，由位于扶正装置上的第二三维电子罗盘监测扶正装置的方位，通过控制装置对第一三维电子罗盘与第二三维电子罗盘所采集的参数进行对比，调整扶正装置的位置。本系统提高了定向仪的检测精度，且实时性较好。本发明提供的技术方案为一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，包括定向仪，其包括有用于采集三向应力计的第一姿态参数的第一三维电子罗盘，所述第一三维电子罗盘固定于一封闭的壳体内，所述壳体的外部、在所述壳体的两端具有环状第一连接部和环状第二连接部，且所述环状第一连接部的圆心、所述环状第二连接部的圆心以及所述三维电子罗盘的中心在一条直线上，所述第一连接部与三向应力计固定连接；扶正装置，其包括有一个环状支撑体和三个回转体，所述回转体以可相对于所述环状支撑体转动的方式与所述环状支撑体连接，并且，所述回转体还以可沿所述环状支撑体的半径方向运动的方式与所述环状支撑体连接，所述三个回转体中的任一回转体均对应设置有动力机构，所述环状支撑体在其圆心位置设置有贯穿所述环状支撑体的、垂直所述环状支撑体的圆环表面的固定轴，所述固定轴的一端与所述第二连接部可拆卸连接，且所述扶正装置在所述环状支撑体的中心轴线位置上也固定设置有用于采集所述环状支撑体的第二姿态参数的第二三维电子罗盘，所述第二三维电子罗盘的中心与所述环状支撑体的中心轴线重合；控制装置，其包括有数据处理模块，所述控制装置与所述动力机构连接，所述数据处理模块与所述第一三维电子罗盘以及所述第二三维电子罗盘通讯连接，所述数据处理模块接收由所述第一三维电子罗盘采集的第一姿态参数以及由所述第二三维电子罗盘采集的第二姿态参数，并将第一姿态参数和第二姿态参数对比，如所述第一姿态参数与所述第二姿态参数不一致，则所述控制装置控制所述三个动力机构中的一个或两个或三个动力机构驱动与所述受控工作的动力机构对应连接的回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动， 并且在所述回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动的过程中，动态检测和比对所述第一姿态参数与所述第二姿态参数，直到所述第一姿态参数与所述第二姿态参数达成一致，所述控制装置停止驱动所述回转体运动。优选的是，所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述控制装置还包括有显示模块，所述显示模块与所述第一三维电子罗盘通讯连接。优选的是，所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述扶正装置的固定轴的一端具有外螺纹，所述第二连接部具有与所述外螺纹匹配的内螺纹。优选的是，所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述回转体以可相对于所述环状支撑体转动的方式与所述环状支撑体连接，并且，所述回转体还以可沿所述环状支撑体的半径方向运动的方式与所述环状支撑体连接，是通过以下方式实现的，所述回转体为轮体，所述环状支撑体上设置有与所述回转体对应设置的支架以及供所述支架可相对所述环状支撑体沿所述环状支撑体的半径方向运动的轨道，所述支架包括有两块相对设置的翼板，所述轮体设置于固定于所述两块翼板之间的转轴上，可相对所述转轴转动，所述支架连接于动力机构。本发明所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统是在三向应力计的后端固定一定向仪，定向仪的第一三维电子罗盘用于监测三向应力计的方位。并且，为保证定向仪中的三维电子罗盘始终的中心与三向应力计处于同一轴线上，本系统还设计了扶正装置，由位于扶正装置上的第二三维电子罗盘监测扶正装置的方位，通过控制装置对第一三维电子罗盘与第二三维电子罗盘所采集的参数进行对比，调整扶正装置的位置。本系统提高了定向仪的检测精度，且实时性较好。
图I为本发明所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统的结构示意图。图2为本发明所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统的环状支撑体的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图I所示，本发明提供一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，包括 定向仪3，其包括有用于采集三向应力计的第一姿态参数的第一三维电子罗盘31，所述第一三维电子罗盘31固定于一封闭的壳体32内，所述壳体32的外部、在所述壳体的两端具有环状第一连接部321和环状第二连接部322，且所述环状第一连接部321的圆心、所述环状第二连接部322的圆心以及所述第一三维电子罗盘31的中心在一条直线上，所述第一连接部321与三向应力计I固定连接；扶正装置4，其包括有一个环状支撑体41和三个回转体 43，所述回转体以可相对于所述环状支撑体转动的方式与所述环状支撑体连接，并且，所述回转体还以可沿所述环状支撑体的半径方向运动的方式与所述环状支撑体连接，所述三个回转体中的任一回转体均对应设置有动力机构，所述环状支撑体在其圆心位置设置有贯穿所述环状支撑体的、垂直所述环状支撑体的圆环表面的固定轴42，所述固定轴42的一端与所述第二连接部322可拆卸连接，且所述扶正装置4在所述环状支撑体的中心轴线位置上也固定设置有用于采集所述环状支撑体的第二姿态参数的第二三维电子罗盘，所述第二三维电子罗盘的中心与所述环状支撑体的中心轴线重合；控制装置6，其包括有数据处理模块，所述控制装置与所述动力机构连接，所述数据处理模块与所述第一三维电子罗盘以及所述第二三维电子罗盘通讯连接，所述数据处理模块接收由所述第一三维电子罗盘采集的第一姿态参数以及由所述第二三维电子罗盘采集的第二姿态参数，并将第一姿态参数和第二姿态参数对比，如所述第一姿态参数与所述第二姿态参数不一致，则所述控制装置控制所述三个动力机构中的一个或两个或三个动力机构驱动与所述受控工作的动力机构对应连接的回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动，并且在所述回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动的过程中，动态检测和比对所述第一姿态参数与所述第二姿态参数，直到所述第一姿态参数与所述第二姿态参数达成一致，所述控制装置停止驱动所述回转体运动。所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述控制装置还包括有显示模块，所述显示模块与所述第一三维电子罗盘通讯连接。所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述扶正装置的固定轴的一端具有外螺纹，所述第二连接部具有与所述外螺纹匹配的内螺纹。所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统中，所述回转体43以可相对于所述环状支撑体41转动的方式与所述环状支撑体41连接，并且，所述回转体43还以可沿所述环状支撑体41的半径方向运动的方式与所述环状支撑体41连接，是通过以下方式实现的，所述回转体43为轮体，所述环状支撑体41上设置有与所述回转体43对应设置的支架以及供所述支架可相对所述环状支撑体沿所述环状支撑体的半径方向运动的轨道45， 所述支架包括有两块相对设置的翼板46，所述轮体设置于固定于所述两块翼板46之间的转轴44上，可相对所述转轴44转动，所述支架连接于动力机构。所述姿态参数(第一姿态参数和第二姿态参数)包括方向、倾角以及滚动角，通过三维电子罗盘可以同时获得上述三个参数。扶正装置4与定向仪3之间为可拆卸连接。利用三向应力计I测量岩体应力时， 首先将三向应力计I、定向仪3、扶正装置4、接杆5连接起来，并利用接杆5将三向应力计I 推入岩体钻孔7内。到达预定安装位置后，首先利用扶正装置扶正定向仪的位置，保证定向仪的第一三维电子罗盘的中心与三向应力计位于同一轴线上。之后，对三向应力计进行粘结。三向应力计测量应力结束，则可以将扶正装置拆卸下来。再次测量时，仍利用扶正装置找正三向应力计与定向仪之间的位置。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
权利要求
1.一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，其特征在于，包括定向仪，其包括有用于采集三向应力计的第一姿态参数的第一三维电子罗盘，所述第一三维电子罗盘固定于一封闭的壳体内，所述壳体的外部、在所述壳体的两端具有环状第一连接部和环状第二连接部，且所述环状第一连接部的圆心、所述环状第二连接部的圆心以及所述三维电子罗盘的中心在一条直线上，所述第一连接部与三向应力计固定连接；扶正装置，其包括有一个环状支撑体和三个回转体，所述回转体以可相对于所述环状支撑体转动的方式与所述环状支撑体连接，并且，所述回转体还以可沿所述环状支撑体的半径方向运动的方式与所述环状支撑体连接，所述三个回转体中的任一回转体均对应设置有动力机构，所述环状支撑体在其圆心位置设置有贯穿所述环状支撑体的、垂直所述环状支撑体的圆环表面的固定轴，所述固定轴的一端与所述第二连接部可拆卸连接，且所述扶正装置在所述环状支撑体的中心轴线位置上也固定设置有用于采集所述环状支撑体的第二姿态参数的第二三维电子罗盘，所述第二三维电子罗盘的中心与所述环状支撑体的中心轴线重合；控制装置，其包括有数据处理模块，所述控制装置与所述动力机构连接，所述数据处理模块与所述第一三维电子罗盘以及所述第二三维电子罗盘通讯连接，所述数据处理模块接收由所述第一三维电子罗盘采集的第一姿态参数以及由所述第二三维电子罗盘采集的第二姿态参数，并将第一姿态参数和第二姿态参数对比，如所述第一姿态参数与所述第二姿态参数不一致，则所述控制装置控制所述三个动力机构中的一个或两个或三个动力机构驱动与所述受控工作的动力机构对应连接的回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动，并且在所述回转体沿所述环状支撑体的半径方向运动的过程中，动态检测和比对所述第一姿态参数与所述第二姿态参数，直到所述第一姿态参数与所述第二姿态参数达成一致，所述控制装置停止驱动所述回转体运动。
2.如权利要求I所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，其特征在于，所述控制装置还包括有显示模块，所述显示模块与所述第一三维电子罗盘通讯连接。
3.如权利要求I所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，其特征在于，所述扶正装置的固定轴的一端具有外螺纹，所述第二连接部具有与所述外螺纹匹配的内螺纹。
4.如权利要求I所述的用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，其特征在于，所述回转体以可相对于所述环状支撑体转动的方式与所述环状支撑体连接，并且，所述回转体还以可沿所述环状支撑体的半径方向运动的方式与所述环状支撑体连接，是通过以下方式实现的，所述回转体为轮体，所述环状支撑体上设置有与所述回转体对应设置的支架以及供所述支架可相对所述环状支撑体沿所述环状支撑体的半径方向运动的轨道，所述支架包括有两块相对设置的翼板，所述轮体设置于固定于所述两块翼板之间的转轴上，可相对所述转轴转动，所述支架连接于动力机构。
全文摘要
本发明公开了一种用于测试岩体应力的三向应力计的定向系统，本发明的定位系统是在三向应力计的后端固定一定向仪，定向仪的第一三维电子罗盘用于监测三向应力计的方位。并且，为保证定向仪中的三维电子罗盘始终的中心与三向应力计处于同一轴线上，本系统还设计了扶正装置，由位于扶正装置上的第二三维电子罗盘监测扶正装置的方位，通过控制装置对第一三维电子罗盘与第二三维电子罗盘所采集的参数进行对比，调整扶正装置的位置。本系统提高了定向仪的检测精度，且实时性较好。
文档编号G01L1/00GK102589755SQ20121001490
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者吴志刚, 康红普 申请人:天地科技股份有限公司