一种用于测量岩土内应力的在线监测装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量岩土内应力的在线监测装置，尤其涉及一种测量松散层土体内应力的在线监测装置。

背景技术：

软岩、冻土以及松散层中压力准确测量是土压力测量的一个难题，在线监测更为困难。测量时需要充分的考虑到对待测位置的扰动以及充分接触，实现最小扰动的情况下充分接触是一个技术难题。现有技术中没有针对性的解决这个技术难题。

中国专利申请cn201620773457.0公开了一种建筑用地应力测量装置，包括导向头、筒体和静校正器，所述导向头通过密封圈固定安装在筒体顶部外表面，在筒体顶部还安装有出胶板，所述出胶板末端连接有柱塞，在柱塞末端安装有应变计数器和空筒，所述空筒和应变计数器之间通过定向鞘连接，在空筒外侧还安装有环氧树脂筒，在空筒和环氧树脂筒末端固定安装有减震垫圈，在筒体末端还安装有静校正器，所述静校正器包括定向器和安装杆，所述定向器和应变计数器之间均连接有读数电缆，所述读数电缆连接有数据降噪处理器，将打孔和测量集于一体，且通过在数据采集过程中广泛使用校正和降噪技术。该现有技术没有涉及到如何实现对待测位置的最小扰动的情况下充分接触，易于扰动过大或者接触不充分。

中国专利申请cn201310494656.9公开了一种一种用于地应力在线监测的传感器，传感器包括有光缆、承压管和光纤应变感应体，所述光纤应变感应体为一段对应变敏感的光纤，所述光纤应变感应体的两端固定在承压管内壁上，所述光纤应变感应体的两端分别熔接于一根所述光缆上，所述光缆伸出于所述承压管外部。该现有技术也没有涉及到如何实现对待测位置的最小扰动的情况下充分接触，易于扰动过大或者接触不充分。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提出一种用于测量岩土内应力的在线监测装置，尤其涉及一种测量松散层土体内应力的在线监测装置，来实现对待测位置的最小扰动的情况下充分接触。

本发明是用于测量岩土内应力的在线监测装置，尤其涉及一种测量松散层土体内应力的在线监测装置，该测量装置能够控制水平位移和加力大小并具有自锁的功能。本发明的装置由土体压力测量单元11、横向推进机构12、加力装置13构成。土压力测量单元11是用于测量土体压力，可以采用振弦式、压阻式或者应变式，横向推进机构的作用是将土体压力测量单元推动到待测量位置，加力装置的基本作用是对推进机构施加推动机构所需的力。本发明提到的机构还具有位移锁定功能，该功能的实现可以通过独立的锁定机构14或者加力机构自身原理实现锁定。

该套装置通常放入孔26中进行在线监测，其工作基本原理是，将监测装置放置到待测量位置后，横向推进机构推动压力传感器23贴合孔壁待测土体，压力传感器采集到的数据通过电缆24传输到放置在孔外的采集设备25。在横向推进机构推进的时候未受到阻力的时候，压力传感器23不受力，当压力传感器23测量到压力已经加载后便停止加载以免松散层变形，避免测量误差。此时将位移锁定装置锁定，使得土压力发生变化的时候横向推进机构不产生位移，从而达到准确的测量到松散层内应力变化的目的。该装置的横向推进机构还能够测量出推进的位移，能够判定松散层内部空洞。

本发明的效果是：

1)解决上述现有技术中存在的问题和不足，构成了一种用于测量岩土内应力的在线监测装置，尤其涉及一种测量松散层土体内应力的在线监测装置。

2)实现了对待测位置的最小扰动的情况下充分接触，开辟了一种崭新的和先进的在线监测装置。

3)可极大地改善测量的精确度，提供了一种可精确控制的在线监测装置。

本发明是实现了对待测位置的最小扰动的情况下充分接触，这大大节省了人力、时间和投资，也提高了测量的可靠性。本发明在需要测量岩土内应力的在线监测装置的土建、电力等工程中具有极其重要的意义和重大的实际应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

图1，是本发明提供的装置的基本结构图；

图2，是本发明提供的装置的安装图；

图3，是第一个实施例；

图4，是第一个实施例推进装置；

图5，是第二个实施例；

图6，是第二个实施例推进装置；

图中11.土体压力测量单元，12.横向推进机构，13.加力装置，14.锁定机构，21.孔壁，22.装置主体，23.压力传感器，24.电缆，25.采集设备，31.压力传感器，32.推进装置，33.加力装置，34.结构架，35.液压管，36.电磁阀，37.活塞，41.动力驱动杆，42.定位支撑杆，43.杆套，44.支撑板，45.传感器安装架，46.传感器，51.压力传感器，52.驱动杆，53.步进电机，54.装置结构架，55.电缆，56.滑块，57.导轨，58.传感器安装架，59.支撑杆，61.滚珠丝杠，62.定位支撑杆，63.杆套，64.支撑板，65.丝杠螺母，66.传感器，67.电机，68.导轨，69.滑块。

本发明的保护范围不局限于下面的具体实施方式。

具体实施方式

如图3和图4所示，是本发明的一个实施例。

如图3所示，压力传感器31用于长期测量土体压力，推进装置32实现对压力传感器31的推进加力，并保证推进方向和位移，其他推进由加力装置33加力，本实施例中加力装置由液压缸和用于控制锁紧的电磁阀36构成，其中液压缸中的活塞37和加力推进装置32连接，实现加力，液压通过液压管35经过电磁阀36后进入液缸推动活塞运动。活塞和推进装置连接在一起因此能够带动压力传感器进行运动，实现压力传感器的侧向贴合。定位锁紧是通过锁紧电磁阀实现，电磁阀采用常闭，只需要通过断电即可完成液压的锁紧。推进的位移是根据进入液缸中的液体体积计算得到。该实施方式能够实现本发明所要达到的目的，准确的实现压力盒对孔壁的贴合。位移大小和液压液缸的行程相关，通常行程在100mm以内，过大的行程不易控制加力的方向。

本实施例所述的推进装置由动力驱动杆41、定位支撑杆42、杆套43以及支撑板44构成，支撑杆42、驱动杆41和传感器安装架45刚性连接在一起，传感器安装架上安装压力传感器46。动力驱动杆和动力装置相连接，当动力装置运动时会带动传感器安装架45以及安装在安装架上的传感器46一起运动，定位支撑杆42和杆套一起限定了运动方向并保持推力的均匀。

如图5和图6所示，是本发明的第二个实施例。

如图5所示，由压力传感器51、传感器安装架58、装置结构架54、以及由支撑杆59和驱动杆52构成的推进装置，动力装置采用步进电机53进行驱动，步进电机和滑块56连接在一起，并安装在导轨57上。导轨固定在装置结构架54上。装置的基本原理是，步进电机旋转带动驱动杆52转动，进而转换为电机和推进装置的一起运动，推动传感器安装架58和传感器51一起运动，推进装置的作用是将电机的旋转运动变为电机沿着导轨直线运动。从而贴合待测松散结构层。电机驱动部分通常包由电机和对应的减速箱构成，其中电机减速箱可以采用齿轮箱结构，或者涡轮蜗杆结构，这两种类型的结构都具有自锁能力，从而可以锁定传感器的位移。

如图6所示，本实施例所述的推进装置，包括，滚珠丝杠61、丝杠螺母65、定位支撑杆62、杆套63、支撑板64构成，其中滚珠丝杠61和电机67刚性连接在一起，电机67通过滑块69可以在导轨68上滑动。丝杠螺母65和支撑板64以及装置结构架固定在一起。当电机67旋转时，因丝杠螺母65固定，电机67和滚珠丝杠61就会沿着导轨68滑动，从而带动传感器安装架66运动，进而推动传感器贴合待测量的松散层。该装置采用高精度的滚珠丝杠加力控制，其推力大小由步进电机的功率、扭矩确定，其位移由滚珠丝杠的行程确定，位置精度由步进电机转角、减速箱减速比、滚珠丝杠精度等确定，通常具有很高的精度。本实施例因滚珠丝杠、减速箱都能够自动锁紧，从而从原理上完成了贴合后锁紧功能。

本发明的两个实施例都能够实现松散层压力测量的功能，第一个实施例采用液压动力装置具有驱动力大的特点，但自锁相对复杂，定位精度相对于第二差。第二个实施例具有精度高，控制方便的优点。

上述技术方案只是本发明的两种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。