一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及模拟锚杆或锚索测力计领域，具体涉及一种地下工程物理相似模 拟实验用锚杆测力计。
【背景技术】
[0002] 在以往的物理相似模拟实验中，常用的模拟锚杆（锚索）测力方法是应变式测力 传感器，它采用电阻应变片作为敏感元件，把变形量转换为电信号，再经过一定的转换系数 转换成应力数据。它可以测拉力、压力、扭拒等力。其中电阻应变片的工作原理是基于应变 效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发 生变化。本专利也属于这种应变式测力传感器。
[0003] 应变传感器的转换电路采用电桥电路，作用是把电阻片的电阻变化率AR/R转换 成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。主要有三种电桥电路方式：单臂工作、 半桥式形式和全桥形式。目前，贴付应变片的变形材料大多是具有弹性的钢材料，具有良好 的变形恢复能力，不容易发生永久性变形。而在物理相似模拟实验中测定模拟锚杆应力时， 通常采用钢环式的贴付材料，钢环体积大，测力敏感性小。
[0004] 现有的钢环式电阻传感器没有考虑到模拟实验中巷（隧）道和硐室的空间狭小， 物理相似模拟的巷（隧）道的尺寸通常为高宽在10~30cm范围；相似模型中的模拟锚杆 和锚索应力微小。传统测力装置照搬应变式测力传感器的原理，用钢环贴付应变片（如图 1)，在C、D处加载，在A、B处内外贴四个应变片。由于空间和锚杆布置密度的限制，测力钢 环直径一般小于2cm。当应变片贴于环内外壁上时，应变片本身产生较大变形导致电阻变化 很大，而电桥电路中灵敏度最高的等臂电桥要求四个应变片电阻相同，所以这种设计的灵 敏度和准确度大大降低。 【实用新型内容】
[0005] 为解决上述问题，本实用新型提供了一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力 计，能精准测量物理相似模拟实验中模拟锚杆和锚索的锚固力。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
[0007] -种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，包括第一方型托盘和第二方型托 盘，第一方型托盘和第二方型托盘之间焊接有两个向外鼓出的测力弧壁，形成鼓环状的模 拟锚杆测力装置，所述第一方型托盘和第二方型托盘上均开设有模拟锚杆或锚索可垂直穿 过的孔洞，模拟锚杆或锚索一端从下往上依次穿过第一方型托盘、孔洞、第二方型托盘螺纹 连接有螺栓套，模拟锚杆或锚索一端穿过螺栓套，两个测力弧壁上各固定有电阻应变片，电 阻应变片包括R1、R2、R3、R4,四个电阻应变片组成等臂全桥式电路，等臂全桥式电路通过导 线连接有36路压力计算机数据采集系统。
[0008] 作为优选，所述第一方型托盘和第二方型托盘均为正方形平钢片，边长为14mm，厚 度为lmm〇
[0009] 作为优选，测力弧壁采用铝镁合金作为弹性体材料，具有强度高、弹性后效系数 小、疲劳系数高、耐化学腐蚀和一定的耐热性优点。壁厚〇. 5mm，上下两个壁为正方形，上下 两个壁边长为9mm;两个侧壁为测力弧壁，弧壁均向外鼓出，弧半径为R150mm，弦长为15mm。 采用弧壁具有大圆弧小体积的优点。
[0010] 作为优选，所述孔洞9的直径为<i> 2. 2mm。
[0011] 作为优选，所述电阻应变片通过502胶水固定于测力弧壁上，且电阻应变片和导 线与测力弧壁之间涂有绝缘胶水。
[0012] 本实用新型具有以下有益效果：
[0013] 金属盒前后两个壁设计为微弧壁，弧壁初始变形小，贴付其上的电阻应变片阻值 变化小，完全可以近似为等臂电阻；可以起到微弧壁变形导向的作用，且弧状壁更加稳定， 变形恢复性强，本实用新型能精准测量物理相似模拟实验中锚杆和锚索锚固力。
【附图说明】
[0014] 图1为现有技术中传统测力计应力环示意图。
[0015] 图2为本实用新型实施例的结构示意图。
[0016] 图3为微弧壁长方体状四面金属盒图
[0017] 图4微弧壁长方体状四面金属盒立体图。
[0018] 图5为等臂全桥式电路图
[0019] 图6为等臂全桥式电路工作图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进 行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用 于限定本实用新型。
[0021] 如图2-3所示，本实用新型实施例提供了一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆 测力计，包括第一方型托盘3和第二方型托盘10,第一方型托盘3和第二方型托盘10之间 焊接有两个向外鼓出的测力弧壁4,形成鼓环状的模拟锚杆测力装置，所述第一方型托盘3 和第二方型托盘10上均开设有模拟锚杆或锚索1可垂直穿过的孔洞9,模拟锚杆或锚索1 一端从下往上依次穿过第一方型托盘3、孔洞9、第二方型托盘10螺纹连接有螺栓套2,模 拟锚杆或锚索1 一端穿过螺栓套2,两个测力弧壁4上各固定有电阻应变片5,电阻应变片 5包括Rl、R2、R3、R4,四个电阻应变片5组成等臂全桥式电路，等臂全桥式电路通过导线8 连接有36路压力计算机数据采集系统7。
[0022] 所述第一方型托盘3和第二方型托盘10均为正方形平钢片，边长为14mm，厚度为 1mm，所述孔洞9的直径为巾2. 2mm。
[0023]测力弧壁4采用铝镁合金作为弹性体材料，具有强度高、弹性后效系数小、疲劳系 数高、耐化学腐蚀和一定的耐热性优点。壁厚0. 5mm，上下两个壁为正方形，上下两个壁边长 为9mm;两个侧壁为测力弧壁，弧壁均向外鼓出，弧半径为R150mm，弦长为15mm。采用弧壁 具有大圆弧小体积的优点。
[0024] 所述电阻应变片5通过502胶水固定于测力弧壁4外，且电阻应变片5和导线9 与测力弧壁4之间涂有绝缘胶水。左侧弧壁外贴R1应变片，左侧弧壁内贴R2应变片，右侧 弧壁外贴R3应变片，右侧弧壁内贴R4应变片如图2,且内外应变片和左右微弧壁上应变片 都对称。
[0025] 其中，等臂全桥式电路（如图4)属于电桥式电路，该电路具有如下优点：
[0026] ①当的电流一样，电源输入电压也相等，半桥式的输出功率将是全桥式的一半，采 用全桥式电路输出电信号更强。
[0027] ②全桥电路不容易产生泻流，半桥电路在振荡转换之间容易泻有电流使波形变 坏，产生干扰。
[0028] ③对于等臂电桥Rl=R2 =R3 =R4 =R，当桥臂应变片的电阻发生变化时，电桥 的输出电压也随着变化，电桥的输出电压与应变成线性关系。在桥臂电阻产生相同变化的 情况下，等臂电桥的输出电压要比其他电桥的输出电压大，灵敏度更高。
[0029] 5.等臂全桥式电路工作原理如下（对照图4、图5):
[0030] Eg为输入电压，AU为输出电压。当电压Eg输入，电桥内四个桥臂电阻应变片阻 值均相等，即Rl=R2 =R3 =R4 =R，此时电桥输出电压AU为零。加载后，桥臂应变片 阻值发生变化（外表面电阻应变片为拉伸应变，阻值变大，内表面应变片为压缩应变，阻值 变小。），其中Rl、R3阻值都增大变为R+ARl，R2、R4阻值都减小为R-AR2,电桥失去平
【主权项】
1. 一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，包括第一方型托盘（3)和第二方型 托盘（10)，第一方型托盘（3)和第二方型托盘（10)之间焊接有两个向外鼓出的测力弧壁 (4)，所述第一方型托盘（3)和第二方型托盘（10)上均开设有模拟锚杆或锚索（1)可垂直 穿过的孔洞（9)，模拟锚杆或锚索（1) 一端从下往上依次穿过第一方型托盘（3)、孔洞（9)、 第二方型托盘（10)螺纹连接有螺栓套（2)，模拟锚杆或锚索（1) 一端穿过螺栓套（2)，两个 测力弧壁（4)上各固定有电阻应变片（5)，电阻应变片（5)包括Rl、R2、R3、R4,四个电阻应 变片（5)组成等臂全桥式电路，等臂全桥式电路通过导线（8)连接有36路压力计算机数据 采集系统（7)。
2. 根据权利要求1所述的一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，其特征在 于，所述第一方型托盘（3)和第二方型托盘（10)均为正方形平钢片，边长为14mm，厚度为 Imm 0
3. 根据权利要求1所述的一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，其特征在 于，所述测力弧壁壁厚〇. 5mm，上下两个壁为正方形，上下两个壁边长为9mm ;两个侧壁为测 力弧壁，弧壁均向外鼓出，弧半径为R150mm，弦长为15mm。
4. 根据权利要求1所述的一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，其特征在 于，所述孔洞（9)的直径为（i>2.2mm 〇
5. 根据权利要求1所述的一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，其特征在 于，所述电阻应变片（5)通过502胶水固定于测力弧壁（4)上，且电阻应变片（5)和导线 (9)与测力弧壁（4)之间涂有绝缘胶水。
【专利摘要】本实用新型公开了一种地下工程物理相似模拟实验用锚杆测力计，包括第一方型托盘和第二方型托盘，第一方型托盘和第二方型托盘之间焊接有两个向外鼓出的测力弧壁，形成鼓环状的模拟锚杆测力装置，所述第一方型托盘和第二方型托盘上均开设有模拟锚杆或锚索可垂直穿过的孔洞，模拟锚杆或锚索一端从下往上依次穿过第一方型托盘、孔洞、第二方型托盘螺纹连接有螺栓套，模拟锚杆或锚索一端穿过螺栓套，两个测力弧壁上各固定有电阻应变片，电阻应变片包括R1、R2、R3、R4，四个电阻应变片组成等臂全桥式电路，等臂全桥式电路通过导线连接有36路压力计算机数据采集系统。本实用新型能精准测量物理相似模拟实验中模拟锚杆和锚索的锚固力。
【IPC分类】G01L1-22
【公开号】CN204439256
【申请号】CN201520123662
【发明人】黄庆享, 李雄峰, 陈杰, 杜君武, 董博, 沈滨和
【申请人】西安科技大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月2日