一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置的制作方法

本发明涉及一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，具体运用于地应力较大区域或受地下工程开挖后应力急剧增大工程，结合云计算平台运算能力和大数据分析与预测能力，达到监测和预测预警作用，属于地质灾害监测和岩石力学稳定分析领域。

背景技术：

随着我国科学技术不断提升，矿产资源的需要量增加，深部资源的开发和自然崩落法的使用，以及其他地下工程的发展，如隧道、地铁等。国内许多大型的矿山在深部开采时，依然采用空场法，这使得地应力急剧增大，岩爆明显增多；自然崩落法开采，完全改变地应场，对今后地质灾害的监测完全属于空白区域；在地下工程开发，穿越地应力较大区域，特别是铁路和公路隧道工程，现在并没有相关监测技术手段达到预警和预报工作；历史遗留的采空区造成的地面塌陷、采空区冒落事件，对今后的生产带来安全隐患。

本发明提供一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，实现在全方位应力应变全天候监测，主要针对大应力条件的监测技术，真正达到对地质灾害的预警和预测工作，目前国内外未见与本发明相同的公开文献报道。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，包括通讯线、球体、九轴姿态仪芯片、应力应变片、上下弦支撑轴面、半圆弧、赤道面支撑轴面、数据导线孔、不锈钢管、内核球体、数据采集主板、数据信号转换模块、数据分析处理模块、数据采集模块、数据存储模块、固定台，所述通讯线与九轴姿态仪芯片连接，所述九轴姿态仪芯片位于球体内部，所述通讯线位于不锈钢管内部，所述通讯线与数据采集主板连接，所述数据采集主板内设置有数据信号转换模块、数据分析处理模块、数据采集模块和数据存储模块，所述数据采集主板固定在固定台上，所述数据采集模块与数据分析处理模块连接，所述数据分析处理模块与数据信号转换模块连接，所述数据采集模块与数据存储模块连接，所述数据采集主板、数据信号转换模块、数据分析处理模块、数据采集模块、数据存储模块、固定台均位于内核球体内，所述内核球体外部设置有半圆弧和赤道面支撑轴面，所述半圆弧与赤道面支撑轴面垂直，所述赤道面支撑轴面上设置有数据导线孔，所述半圆弧的顶部和底部均设置有上下弦支撑轴面，所述上下弦支撑轴面上设置有数据导线孔，所述半圆弧和上下弦支撑轴面的连接处设置有应力应变片，所述半圆弧和赤道面支撑轴面的连接处设置有应力应变片，所述半圆弧为六片，所述应力应变片与数据采集模块之间通过通讯线连接，所述应力应变片与数据采集模块之间连接的通讯线穿过数据导线孔进入到内核球体内。

本发明中，所述应力应变片的片数为24片。

本发明克服了国内在大应力条件监测方面的空缺，本装置采用刚性设计而提供一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，具体运用于地应力较大区域或受地下工程开挖后应力急剧增大工程。

本发明可实现对自然崩落法开采后，地应力变化后的全天候在线监测和大范围崩落时对底部结构的冲击力的监测；对历史遗留的采空区的稳定性监测，由于应力场的变化，使得空区顶底板受力情况改变，全天候监测应力变化达到预警预报工作；在深部开采矿山中，由于本身应力条件复杂，地压大，本装置的使用，为今后的矿山开采提供一个安全保障措施；在隧道工程穿越大应力条件区域，由于开挖后，造成的应力场改变，运用本装置后，可时时在线提供监测数据，确保工程在使用过程的达到预测效果；同时，本装置还可服务大的滑坡体，达到对山体滑动的监测。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明结构简洁、操作方便，安装简单；本发明利用现代信息化技术提出新型全天候在线监测装置，针对地应力较大区域或受地下工程开挖后应力急剧增大工程，实现应力监测和采集，有效地达到预测和预警工作。本发明数据采集系统准确率高，可达到实时监测技术，适用性强，成本低。本发明能运用到大数据、云计算监测技术平台，为今后地灾监测工作提供了有效地数据采集和分析技术支撑。本发明弥补了国内在大应力监测技术中的空缺，达到国际领先水平。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明局部结构示意图；

图3为本发明的另一局部结构示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

参见图1、图2、图3，一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置结构示意图、一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置局部结构示意图、一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置另一局部结构示意图，一种基于大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置，包括通讯线1、球体2、九轴姿态仪芯片3、应力应变片4、上下弦支撑轴面5、半圆弧6、赤道面支撑轴面7、数据导线孔8、不锈钢管9、内核球体10、数据采集主板11、数据信号转换模块12、数据分析处理模块13、数据采集模块14、数据存储模块15、固定台16，所述通讯线1与九轴姿态仪芯片3连接，所述九轴姿态仪芯片3位于球体2内部，所述通讯线1位于不锈钢管9内部，所述通讯线1与数据采集主板11连接，所述数据采集主板11内设置有数据信号转换模块12、数据分析处理模块13、数据采集模块14和数据存储模块15，所述数据采集主板11固定在固定台16上，所述数据采集模块14与数据分析处理模块13连接，所述数据分析处理模块13与数据信号转换模块12连接，所述数据采集模块14与数据存储模块15连接，所述数据采集主板11、数据信号转换模块12、数据分析处理模块13、数据采集模块14、数据存储模块15、固定台16均位于内核球体10内，所述内核球体10外部设置有半圆弧6和赤道面支撑轴面7，所述半圆弧6与赤道面支撑轴面7垂直，所述赤道面支撑轴面7上设置有数据导线孔8，所述半圆弧6的顶部和底部均设置有上下弦支撑轴面5，所述上下弦支撑轴面5上设置有数据导线孔8，所述半圆弧6和上下弦支撑轴面5的连接处设置有应力应变片4，所述半圆弧6和赤道面支撑轴面7的连接处设置有应力应变片4，所述半圆弧6为六片，所述应力应变片4与数据采集模块14之间通过通讯线1连接，所述应力应变片4与数据采集模块14之间连接的通讯线1穿过数据导线孔8进入到内核球体10内。所述应力应变片4的片数为24片。

使用时，通讯线1通过球体2和连接置于球体2内的九轴姿态仪芯片3，通讯线1通过不锈钢管9和米字形球体接入内核球体10连接数据采集主板11，米字形球体由半圆弧6、上下弦支撑轴面5和赤道面支撑轴面7拼接组成，数据由应力应变片4采集由通讯线1经数据导线孔8引入到球体内核球体10传送至数据采集主板11，置于主板11上的有数据信号转换模块12数据分析处理模块13、数据采集模块14及数据存储模块15，以及固定数据采集主板11的固定台16，数据采集后将返回到终端电脑或控制器。本发明采用市购零件或材料按常规方法制备。球体2外壳采用abs材质避免对地磁磁场的干扰和屏蔽，同时保证安装在地下时能够防止设备破坏，内置九轴姿态仪芯片3，采用485通讯技术，通过地磁分量计算获得装置当前的方位，通过计算重力加速度分量获得装置当前的倾角，利用装置当前的转动与装置安放时的偏差获得转角，确定装置当前的姿态。米字形球体由八片半圆弧6、一十六片八分之一圆上下弦支撑轴面5和八片半圆弧赤道面支撑轴面7拼接组成，其中半圆弧6内径为50mm，外径为100mm，赤道面支撑轴面7内径为50mm，外径为100mm。上下弦支撑轴面5和赤道面支撑轴面7上设有数据导线孔8，半圆弧6和上下弦支撑轴面5、赤道面支撑轴面7交叉位置贴有应力应变片4，应力应变片4的总片数为24片，保证监测到来自各个方向的压力和微小形变监测。半圆弧6、上下弦支撑轴面5和赤道面支撑轴面7采用5mmq325不锈钢加工而成。内核球体10外壳采用q325不锈钢材质，内置有数据采集主板11，实现数据采集和信号转换，可对预警阀值设定，达到预测和预警工作，置于数据采集主板11上的有数据信号转换模块12、数据分析处理模块13、数据采集模块14和数据存储模块15，以及固定主板11的固定台16。球体2、米字形球体和内核球体10通过不锈钢管9进行固定，确保路线的安全性和九轴姿态仪芯片3对方位的正确性。应力应变片4采集的数据通过通讯线1传入到数据采集主板11，最终返回到终端电脑或控制器。由于本装置数据采集系统基本裸露在外，必须进行防水和防腐处理。本发明的大应力条件下的应力应变全天候监测球形装置需要进行实地安装，首先进行选址，确定安装位置，本装置安放可实现水平布置和垂直下行布置。装置在组装初要在现场进行磁场校正，即手持装置，在空中旋转几圈完成磁场校正。在需要进行监测的地点打孔，孔径要大于110mm。打孔后，要进行清孔，减少装置时的阻力。设备放到指定位置后，将孔进行混凝土填埋，填埋需要分两次进行，第一次采用高质量混凝土密实填埋到米字形球体，保正数据的有效采集，第二采用一般混凝土填埋，保正球体2外壳采用abs材质在大应力条件下不受破坏。将通讯线缆1接入终端电脑或控制器，设定预警阀值和数据采集间隔。设备安装后12小时后开启设备调试，确定设备处于的初始姿态，用于后期数据分析，最终实现这个系统的搭建。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。