专利名称：Mc锚杆动态测力系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锚杆动态测力系统。
目前国内外用于岩土锚固工程的预应力锚杆的测量仪器大多数为电阻应变型和液体压力型，这两种形式的测力计体积庞大，安装困难；在恶劣的环境条件下由于电阻应变片和液体本身的性质使得测力计的可靠性低，稳定性差；后续接收机必须考虑连接电缆的性质和长度才能得到较准确的结果。振弦型测力计使用较少，振弦型测力计利用将压力变化转换为振弦的固有频率变化的原理测力，频率信号易于长距离传输，且振弦测力计可靠性和稳定性易于保证，所以用振弦式测力原理制造锚杆测力计比较理想。但目前现有的振弦测力计并不适合锚固工程的预应力测量，主要体现在1．测力计用1～3根振弦，抗载荷偏心的能力不强。当载荷偏心时振弦感受到的力误差较大。
2．配置的接收机功能不强，对现场操作人员来讲使用不便；不能测动态载荷；不能判断振弦故障(如连线由于外力断开)，容易得到错误结果；某根振弦发生故障时，整个测力系统不能继续工作。
3．测力计无定位器和防冲击保护装置，在现场安装困难，易受冲击而损坏。
4．振弦测量系统在测力计中的结构不合理，导线易损坏，不易安装和保证安装位置。
本使用新型的目的是提供一种新颖的锚杆动态测力系统，它能弥补现有系统的不足。
本实用新型的特征在于系统由锚杆测力计，联接电缆和智能接收机组成。锚杆测力计的特征在于4组振弦测量系统互成90度固定于环行载体壁中间，防载荷偏心的定位器安装在载体上方，在载体外部有防机械冲击的金属外壳和橡胶套。振弦测量系统有非导磁管固定在环行载体上，振弦完全密封在非导磁管中，管外有两个电感线圈绕在金属磁钢上，电感线圈与联接电缆联接。智能接收机特征在于有一个微处理器，键盘和显示器与微处理器的I/O口线相连接，振弦测量系统的激振电路通过连接电缆与测力计连接，其输出信号经整形电路整形后连到微处理器上，时钟日历芯片和电可擦除存储器通过I/O口线与微处理器相连。
本实用新型与现有系统比较，其可靠性高，稳定性好，使用方便，抗载荷偏心能力强，对测力计故障具有判断和纠正功能，能存储测量结果和测量时间，能测动态载荷。
下面通过附图进一步说明本实用新型。
附
图1为本实用新型结构示意图。
附图2为智能接收机的电路图。
本实用新型中，锚杆测力计可采用园桶形结构，其结构特征及工作原理如下在环形载体(4)壁中间互成90度固定有4组振弦测量系统，每个测量系统中，有一根固定在环形载体两端并且用一根非导磁圆管封闭的振弦(9)，在非导磁圆管的外侧对称地固定有两个绕有电感线圈(10)的磁钢(11),4个测量系统的电感线圈的端子集中到环形载体(4)的接线座上，用电缆与智能接收机(3)连接。环形载体(4)的外面装有防机械冲击的橡胶套(7)和金属外壳(6)，在环形载体(4)的载荷施加端固定有防载荷偏心的定位器(5)。
本实用新型突出的两大特点在于1个测力计(1)采用了4个测力系统和锚杆锚具定位器(5)，最大限度地克服了偏载所产生的测量误差；其二，动态监测锚杆的受力状态。
锚杆的锚具有由定位器(5)定位在环形载体(4)上端，锚杆的轴向拉力使环形载体(4)产生相应的应力变化，由于4个测量系统的4根振弦(9)被固定在环形载体(4)的壁中，所以4根振弦(9)产生的应力变化与环形载体(4)产生的应力变化完全相同。由振弦的振动原理可知，其机械振动频率与其所受应力成正比关系。智能接收机(3)根据测力计(1)在锚杆未施加载荷前4个振弦(9)的初始频率f0值、施加载荷后的频率f值及系统参数C计算并显示出锚杆轴向拉力的动态值。测力计(1)本身是无源的，它的4根振弦(4)、4个电感线圈(10)、4个金属磁钢(11)与智能接收机(2)中的4个激振电路(15)分别组成4个电磁振荡电路，激励振弦(9)维持等幅连续振荡，随时监测着锚杆的受力状态。目前，已有测量锚杆的振弦计只做到互为120度布有3个测量弦(即3弦式)。在现场实际测量中发现，锚杆的偏载现象非常严重，产生较大的测量误差，而且只能测量锚杆的静态力，由此3弦式测力计远不能满足工程测量的需要。
智能接收机可采用长方体形外壳，其中有一个微处理器(12)，它可采用89C52单片机，它内部有8KB EEPROM(电可擦除只读存储器)，用于存放系统程序。键盘(13)采用行列式键盘，采用4行×4列式，共16个键，89C52单片机(12)的P2口提供行扫描线和列回送线。显示器(14)采用16×2的宽温点阵字符液晶显示器，它与单片机(12)的P0口及P1.2,P1.3,P1.4口线相连接。时钟日历芯片(17)采用DS1302，它是一串行时钟日历芯片，在装置断电后由电池(BT1)提供电源以维持时钟电路工作，该芯片用于为系统提供日期和时间，DS1302由单片机(12)的P1.5,P1.6,P1.7口线控制。存储器(18)采用一片24LC16B，它是2KB的串行EEPROM，用于存放测量结果和测力计参数，它由单片机(12)的P3.0(RXD),P3.1(TXD)口线控制。在图2中，只画出了4路激振电路和整形电路中的1路，其余3路与此完全相同。激振电路(15)是由一片运算放大器LF351(U6)为核心的放大电路，放大电路的输入输出通过连接电缆(2)与测力计(1)的电感线圈(10)相连接，放大器的输出信号驱动线圈(10)对振弦(9)激振，振弦(9)的振动通过检测线圈(10)转换为电压信号并送到放大器的输入端，这样激振电路(15)与振弦(9)和电感线圈(10)组成一正反馈的放大器，振弦(9)同时起选频器作用，这样激振电路(15)的输出是与振弦(9)固有频率相同的振荡信号。激振电路(15)的输出通过整形电路(16)整形后变为符合TTL电平的方波信号，经多路开关74HC153(U5)送入单片机(12)。1路整形电路(16)由一片LM339比较器(U7)组成，LM339是4比较器，1个比较器(U7C)对信号整形，2个比较器用于检测连接电缆是否断开，如连接电缆断开则将整形电路(16)的输出强制为低电平。
在进行测试前，先将锚杆测力计(1)的参数通过键盘(13)输入接收机(3)中并存储起来。测试时将连接电缆(2)接到接收机(3)上，打开接收机(3)的电源，选择测力计(1)编号，接收机(3)自动从存储器(18)中取出测力计(1)的参数，并根据测得4根振弦(9)的频率计算出压力值，并在显示器(14)上显示出来。测得压力可手动存储，也可根据指定条件(如定时)自动存储到存储器(18)中，存储结果的同时也将测力计编号和时间存储，以便以后检索。因具有存储功能，使得系统能快速记录测量结果，因而本测力系统可测动态载荷。同时如果连接电缆或测力计中联线断开，接收机(3)中相应电路使频率为0，并通过显示器(14)提示，从而不会使测量结果出现错误。在测量过程中，接收机(3)会不断存储测力计(1)的载荷偏心信息，一旦某一路振弦测量系统出现故障时，只要有一路是好的，接收机(3)就会根据载荷偏心信息和当前完好的一路测量结果计算出正确的压力值。
权利要求1．一种锚杆动态测力系统，其特征在于锚杆测力计(1)通过联接电缆(2)与智能接收机(3)连接。
2．权利要求1所涉及锚杆测力计的特征在于4组振弦测量系统互成90度固定于环形载体(4)壁中间，防载荷偏心的定位器(5)安装在载体(4)上方，在载体(4)外部有防机械冲击的金属外壳(6)和橡胶套(7)。
3．权利要求2所涉及的振弦测量系统特征在于非导磁管(8)固定在环形载体(4)上，振弦(9)完全密封在非导磁管(8)中，管外有两个电感线图(10)绕在金属磁钢(11)上，电感线圈(10)与联接电缆(2)相联接。
4．权利要求1所涉及的智能接收机特征在于有一个微处理器(12)，键盘(13)和显示器(14)与微处理器(12)的I/O口线相连接，振弦测量系统的激振电路(15)通过连接电缆(2)与测力计的电感线圈(10)连接，其输出信号经整形电路(16)整形后送到微处理器(12)上，时钟日历芯片(17)和电可擦除存储器(18)通过I/O口线与微处理器(12)相连。
专利摘要本实用新型特征在于:系统由锚杆测力计(简称测力计)1、连接电缆2和智能接收机(简称接收机)3组成。测力计的特征在于:防止载荷偏心,提高测量精度,防止铁屑等杂物进入而导致振弦停振,避免外界的机械性冲击。接收机特征在于:除具有自动测量、数据处理、存储和显示动态测量结果的功能外,当测量系统出现故障时,四个振弦测量系统中只要有一个正常工作,接收机3会根据已存储的测量结果、偏心信息和当前正常工作的一个振弦测量系统的测量结果,计算出被测锚杆受力的正确值。
文档编号G01L1/00GK2311765SQ9724412
公开日1999年3月24日 申请日期1997年11月10日 优先权日1997年11月10日
发明者陈爱莉, 董中华 申请人:陈爱莉, 董中华