一种可调向式传感器安装座及其安装方法与流程

1.本发明涉及一种用于爆炸实验测试的传感器安装设备，具体涉及一种可调向式传感器安装座及其安装方法。


背景技术：

2.爆炸力学实验是研究岩土介质中爆炸应力波传播演化规律及近区岩土破坏效应的重要内容之一。在爆炸发生时，会在周围介质中激发应力波并向外传播，传播路径上介质将产生规律性运动。通过测量不同位置处的物质运动学特征，即可获得路径介质对应力波形的衰减规律，该结果对场地介质力学特性分析和震源函数反演具有重要意义。
3.目前，野外化爆实验中常采用锚杆锚固工艺耦合近地面介质的运动，通过在锚杆上安装传感器安装座和相关传感器，即可获取待测点位的波形特征。但在实施过程中，锚杆常采用直接扦插或混凝土锚固方式耦合至地面，其中直接扦插一般采用锤击方式插入，插入后方向难以调整；混凝土浇筑虽然可以在其松软时调整锚杆垂直度，但调整后其位置难以固定，致使锚杆安装垂直度存在较大误差。
4.现有技术提供的传感器安装座常为固定式的正方体结构，一般在底部开设有螺纹，通过螺纹固结至锚杆顶端，可在三个相互垂直方向上安装传感器，并保证其方向大致对准爆心径向、垂向和切向，但该方法由于未能对锚杆安装误差进行修正，测量结果均存在方向性误差。通过三方向信号的矢量叠加，虽可获得测点介质的绝对运动学标量。但该结果仍无法反演至径向、垂向和切向三个方向，使得传感器使用效率和信号涵盖信息大幅降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有野外化爆实验测量的传感器安装座为固定式结构，且无法对锚杆安装误差进行修正，导致测量结果存在方向性误差，无法获取有效反演参数的技术问题，而提供一种可调向式传感器安装座及其实施方法。
6.本发明的技术解决方案是：
7.一种可调向式传感器安装座，包括锚杆和定位单元，其特殊之处在于：所述定位单元包括第一模块、第二模块、球形基座、定位销和三个连接螺杆；
8.所述第一模块和第二模块固定连接形成一个正方体结构；所述第一模块和第二模块的接合面相适配并贴合接触，且所述接合面包括中间接合面；所述中间接合面与正方体结构过中心的其中一个垂直切面重合；
9.所述第一模块和第二模块的接合面底部设置缺口的半球形凹槽结构；所述半球形凹槽结构在正方体结构内形成一个底部带通孔的球形腔体，且球形腔体的球心位于正方体结构的垂直中心线上；
10.所述球形基座位于球形腔体内并与球形腔体相适配；
11.所述球形基座通过通孔与锚杆顶端连接；
12.所述第一模块和第二模块的中部接合面中心位置处沿高度方向均设置有凹槽，所
述凹槽底端与球形基座表面相适配；
13.两个凹槽在正方体结构中心形成定位槽，定位槽的中心线与正方体结构的垂直中心线重合，且定位槽的底端与球形基座顶部接触；
14.所述定位销位于定位槽内并与球形基座顶部接触，且定位销上端面设置螺孔；
15.所述第一模块的两个垂直侧面分别为传感器安装面；
16.所述第一模块的两个传感器安装面中心均设置有螺孔；
17.所述三个连接螺杆分别位于第一模块上的两个螺孔和定位销的螺孔内，且三个连接螺杆的内端与球形基座的距离一致；
18.所述连接螺杆外端用于安装传感器。
19.进一步地，所述定位单元还包括螺栓组件；
20.所述第一模块和第二模块通过螺栓组件固定连接，且螺栓组件拧紧方向与第一模块和第二模块的相应接合面垂直。
21.进一步地，所述第一模块顶部设置有垂直于传感器安装面的指向线。
22.进一步地，所述第一模块和第二模块的接合面还位于中间接合面两侧的两个边部接合面，其中一个边部接合面垂直于正方体结构其中一个非安装侧面，另一个边部接合面垂直于正方体结构另一个非安装侧面，中部接合面与正方体结构过中心的垂直切面重合。
23.进一步地，所述锚杆与球形基座底部通过螺纹固定连接；所述锚杆螺纹下部设置有圆锥形过渡段。
24.进一步地，所述定位销为方形柱结构。
25.进一步地，所述第一模块、第二模块、球形基座、定位销的材质均为尼龙。
26.进一步地，所述连接螺杆两端加工有一字槽。
27.一种可调向式传感器安装座的安装方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
28.步骤s1，锚杆锚固；
29.将锚杆安装至既定的测点位置，确保安装垂直，保证锚杆安装稳定；
30.步骤s2，调平定位；
31.在锚杆顶部安装球形基座，将第一模块和第二模块安装至球形基座上，保证第一模块和第二模块可自由转动，在第一模块顶部端面放置指南针和水平尺，调整第一模块和第二模块水平并指向既设测量方向，调整完成后移开指南针和水平尺，在定位销底部弧形凹槽内涂抹少许胶水，随后插入第一模块和第二模块中部的定位槽中，使之固化至球形基座，等待胶水固化；
32.步骤s3，固化安装；
33.拆开第一模块和第二模块，在第一模块、第二模块、球形基座以及定位销所有相互结合表面涂抹胶水，随后将第一模块和第二模块以定位销为基准装回原位，等待胶水固化后将连接螺杆拧入第一模块和定位销上的螺孔中，并在其上安装传感器，待所有测点安装完成后即可进行实验。
34.进一步地，步骤s2中定位销固化至球形基座时使用的胶水为快干胶，其余部件固化均采用后期粘接强度较高的胶水。
35.本发明的有益效果：
36.1、本发明采用分体结构，将正方体结构和定位销组成第一个组合体；将球形基座
和锚杆组成第二个组合体，由于锚杆已经固定在地面且存在方向误差，则调节第一个组合体相对第二个组合体的相对位置，进行误差修正，直至第一个组合体与标准位置的误差小于设定值，然后取下定位销，下端部涂上胶水，再装上定位销，使定位销与球形基座固定，然后再取下第一模块和第二模块，涂上胶水，再装上第一模块和第二模块，由于定位销的定位，则第一模块、第二模块、球形基座胶水固化后形成的正方体结构不受锚杆的误差影响，满足使用要求。
37.2、本发明传感器安装座为分体式非对称设计，便于传感器安装方向调节，实现传感器安装角度的精准调节和可靠固化，且保证传感器安装面位于单一模块中，降低其他部件的加工精度要求和制作成本，同时分体式各部件均采用标准化设计，互换性较强，便于大批量加工。
38.3、本发明传感器安装座具有结构简单、成本低廉、便于携带安装以及操作简便等优点。
39.4、本发明传感器安装座中第一模块和第二模块设置为非对称式结构，二者安装界面与水平方向传感器安装面不相交，水平方向传感器安装面均位于第一模块，从结构设计上避免了安装配合公差导致的安装误差，降低了第二模块的加工要求。
40.5、本发明传感器安装座中锚杆的螺纹下部设置有圆锥形过渡段，减少了锚杆与安装座底部之间的干涉区域，增大了安装座角度调节范围。
41.6、本发明传感器安装座中第一模块和第二模块接合面与螺栓组件拧紧方向垂直，减少安装固化过程产生的切向力，防止定位销位置产生错动，影响安装定位精度。
42.7、本发明传感器安装座中第一模块顶部设置有垂直于传感器安装面的指向线，为水平尺和指南针放置提供位置参考。
43.8、本发明传感器安装座中的定位销为方形，与第一模块和第二模块接合面定位槽尺寸和形貌一致，其底部设置圆弧凹槽，与球形基座尺寸和形貌一致，可固定于球形基座，并通过两个垂直面配合定位，保证定位精度可靠。
44.9、本发明传感器安装座中的第一模块、第二模块、球形基座、定位销的材质均选择为尼龙，与外部环境物理绝缘，减少爆炸过程产生的电磁干扰。
45.10、本发明传感器安装座中的连接螺杆两端加工有凹槽，便于螺丝刀拧紧操作。
46.11、本发明传感器安装座的实施方法操作简单，可靠性高且测量结果准确。
47.12、本发明传感器安装座的实施方法中步骤s3的定位销固化至球形基座时使用的胶水为快干胶，其余部件固化均采用后期粘接强度较高的胶水，在保证固化强度的同时提高实施速度。
附图说明
48.图1为本发明传感器安装座的结构示意图；
49.图2为本发明传感器安装座中第一模块和第二模块的安装俯视图；
50.图3为本发明传感器安装座中的定位销主视图；
51.图4为本发明传感器安装座中的定位销俯视图；
52.图5为本发明传感器安装座中的连接螺杆主视图；
53.图6为本发明传感器安装座中的连接螺杆俯视图。
54.图中：1-锚杆，2-第一模块，3-第二模块，4-球形基座，5-定位销，6-螺栓组件，7-连接螺杆，8-传感器。
具体实施方式
55.下面结合附图对本发明进一步详细说明
56.如图1、图2所示，本发明提供的一种可调向式传感器安装座，整体结构包括锚杆1和定位单元，定位单元包括第一模块2、第二模块3、球形基座4、定位销5、螺栓组件6和三个连接螺杆7。
57.其中，锚杆1圆柱顶部设有螺纹，与球形基座4底部的螺孔配合通过螺纹固定连接，锚杆1螺纹下部设置有圆锥形过渡段，该结构设计增大了安装座角度调节范围。
58.第一模块2和第二模块3通过螺栓组件6固定连接形成一个正方体结构，且螺栓组件6拧紧方向与第一模块2和第二模块3的相应接合面垂直。第一模块2的两个垂直侧面分别为传感器安装面；第一模块2的两个传感器安装面中心均设置有螺孔；第一模块2和第二模块3的接合面包括两个边部接合面和一个中间接合面，其中一个边部接合面垂直于正方体结构其中一个非安装侧面，另一个边部接合面垂直于正方体结构另一个非安装侧面，中部接合面与正方体结构过中心的其中一个垂直切面重合，第一模块2和第二模块3的接合面相适配并贴合接触。第一模块2顶部设置有垂直于传感器安装面的指向线。
59.第一模块2和第二模块3的接合面底部设置缺口的半球形凹槽结构，半球形凹槽结构在正方体结构内形成一个底部带通孔的球形腔体，且球形腔体的球心位于正方体结构的垂直中心线上；球形基座4位于球形腔体内并与球形腔体相适配；球形基座4通过通孔与锚杆1顶端连接，第一模块2和第二模块3的中部接合面中心位置处沿高度方向均设置有凹槽，凹槽底端与球形基座4表面相适配；两个凹槽在正方体结构中心形成定位槽，定位槽的中心线与正方体结构的垂直中心线重合，且定位槽的底端与球形基座4顶部接触；定位销5位于定位槽内并与球形基座4顶部接触，且定位销5上端面设置螺孔，用于安装连接螺杆7。
60.三个连接螺杆7分别位于第一模块2上的两个螺孔内和定位销5的螺孔内，且三个连接螺杆7的内端与球形基座4的距离一致；连接螺杆7外端用于安装传感器8。
61.第一模块2和第二模块3设置为非对称式结构，二者安装界面沿安装座对角线方向，水平方向传感器安装面均位于第一模块2，从结构设计上避免了安装配合公差导致的安装误差，降低了第二模块3的加工要求；且第一模块2和第二模块3接合面与螺栓组件6拧紧方向垂直，减少安装固化过程产生的切向力。
62.如图3和图4所示，定位销5为方形柱结构，与第一模块2和第二模块3接合面定位槽尺寸和形貌一致，其底部设置圆弧凹槽，与球形基座4尺寸和形貌相适配。
63.如图5和图6所示，连接螺杆7两端加工有一字槽，便于螺丝刀拧紧操作。
64.本发明还提供了上述传感器安装座的安装方法，包括以下步骤：
65.步骤s1，锚杆锚固；
66.将锚杆1安装至既定的测点位置，视情况采用直接插入或采用水泥、锚固剂填料等方式进行安装，确保安装大致垂直，若使用填料，需对填料进行养护，保证锚杆1安装稳定；
67.步骤s2，调平定位；
68.在锚杆1顶部的螺柱中涂上高强度胶水，随后将球形基座4拧入，待固化后将第一
模块2和第二模块3安装至球形基座4，并拧入螺栓组件6，保证第一模块2和第二模块3可自由转动，在第一模块2顶部端面指向线位置处放置指南针和水平尺，以指向线为参考调整第一模块2和第二模块3水平并指向既设测量方向，调整完成后移开指南针和水平尺，在定位销5底部弧形凹槽内涂抹少许快干胶水，随后插入第一模块2和第二模块3中部的定位槽中，使之固化至球形基座4，等待胶水固化。
69.步骤s3，固化安装；
70.拧开螺栓组件6，拆开第一模块2和第二模块3，在第一模块2、第二模块3、球形基座4以及定位销5所有相互结合表面涂抹高强度胶水，随后将第一模块2和第二模块3以定位销5为基准装回原位，拧紧螺栓组件6，等待胶水固化后使用螺丝刀将连接螺杆7拧入第一模块2和定位销5上设置的螺孔中，并在其上安装传感器8，待所有测点安装完成后即可进行实验。
71.本发明以简单的结构和低廉的成本实现传感器安装方向的调整，本发明提供的操作方法能以简单的方式实现传感器安装角度的精准调节和可靠固化；整个结构采用分体式非对称设计，保证传感器安装面位于单一模块中，降低其他部件的加工精度要求和制作成本，且分体式各部件均采用标准化设计，互换性较强，便于大批量加工。本发明结构简单，成本低廉，测量精度高，便于携带安装，操作简便。
72.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。