拟真三轴声发射场应变联合观测装置的制作方法

本实用新型涉及岩石或类岩石材料声发射场应变检测技术领域，尤其涉及一种拟真三轴声发射场应变联合观测装置。

背景技术：

声发射、场应变检测技术已经在岩石工程领域被广泛应用，用于监测岩石的损伤演化过程。进行声发射场应变监测试验时需要将声发射传感器固定于岩石表面采集声发射信号。目前并没有专门的声发射传感器的固定装置。目前，实验室中声发射传感器的固定方式主要包括机械固定、粘接固定和磁吸附固定方式。机械固定是通过固定夹具和紧固螺丝将传感器固定于岩石或类岩石试样表面，拧的太紧会影响脆性试样内部机构且会磨损传感器，拧的太松传感器和试样接触不够紧密，容易脱落；磁吸附固定是通过磁吸力固定声发射传感器，由于岩石及类岩石为不同于钢材的脆性材料，所以磁吸附固定难以适用；粘接固定是通过在传感器表面涂抹凡士林，采用医用胶带缠绕传感器与试样，将其固定，此种固定方式传感器拆装但胶水会在岩石试样表面扩散，弹性橡胶薄膜会占去较大的面积，可用于观测裂隙扩展的面积太少，阻挡其他设备的监测，且安装比较麻烦耗时，不能重复利用，以及存在易于掉落造成传感器损坏、反复粘贴安装造成试样表面损伤等问题。

真实的矿山围岩一般处于三轴状态，为更好的模拟围岩现场情况，完整的观测应变场的变化以及裂纹的扩展，必须实现三轴加载的模拟，现有技术中，还没有将三轴加载的模拟与试件前后观测面有效完整的观测结合的设备。

技术实现要素：

为了解决声发射检测实验观测面不足的问题以及模拟矿山围岩三轴受力状况，本实用新型提供了一种拟真三轴声发射场应变联合观测装置，模拟三轴受力的同时实时观测试样的表面结构变化。

为实现此技术目的，本实用新型采用如下方案：一种拟真三轴声发射场应变联合观测装置，包括可视构件固定卡座、可视构件、声发射传感器、传感器耦合固定构件和固定螺杆；待测试块前后侧面分别与可视构件紧密接触，可视构件内置在可视构件固定卡座中，可视构件固定卡座为一侧开口式的箱体结构，开口对侧的箱体结构侧壁设有观测窗口；待测试块左右侧面分别与传感器耦合固定构件接触，传感器耦合固定构件中装有声发射传感器，声发射传感器与待测试块接触；传感器耦合固定构件上部设有固定连接的悬挂板，悬挂板用于与外界施力设备连接；可视构件和可视构件固定卡座的四角分别设有贯通孔，固定螺杆穿过可视构件和可视构件固定卡座的贯通孔与螺母连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的拟真三轴声发射场应变联合观测装置将声发射传感器有规律地布置在待测试块的侧面，实现岩石破裂声发射特性及声发射定位监测，容易安装，操作简单，循环使用；可视构件既实现三轴加载，有效地模拟地下空间岩石实际所处的状态，又实现前后端面的应变场的变化以及裂纹扩展的观测。

本实用新型的优选方案为：

传感器耦合固定构件四角分别设有盲孔，盲孔中由里至外依次装有耦合加载弹簧、橡胶垫片和声发射传感器；使声发射传感器紧密贴合在待测试块表面，增加耦合程度，提高实验数据的可靠度，同时耦合加载弹簧具有遇到岩石突然破裂时缓冲保护声发射传感器的作用。

盲孔的侧壁上设有垂直侧壁的缺口，缺口中放置声发射传感器的接线柱。

缺口处设有声发射传感器的限位杆，防止声发射传感器滑落造成损失。

限位杆为销钉结构，限位销钉穿过缺口的上下壁与传感器耦合固定构件螺纹连接；单独拆卸每个声发射传感器，便于检查维修。

可视构件固定卡座下部设有支架，支架将有机玻璃可视构件支撑到适当高度。

箱体结构的左右侧面分别设有螺纹连接的固定销钉，固定销钉尾部与可视构件侧面紧密接触，固定可视构件。

固定螺杆首尾分别装有荷载缓冲弹簧和钢垫片，钢垫片位于荷载缓冲弹簧外侧，荷载缓冲弹簧与可视构件固定卡座接触；荷载缓冲弹簧为可视构件因待测试块膨胀提供变形空间，起到缓冲作用。

可视构件为有机玻璃材质，有机玻璃具有强度高、不易发生碎裂的特点，可视构件限制待测试块纵向膨胀，从而提供被动荷载。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例提供的拟真三轴声发射场应变联合观测装置的轴侧结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例提供的拟真三轴声发射场应变联合观测装置的主视结构示意图；

图3为本实用新型优选实施例提供的传感器耦合固定构件的结构示意图；

图4为本实用新型优选实施例提供的可视构件与可视构件固定卡座的结构示意图；

图中标记为：螺母1，钢垫片2，荷载缓冲弹簧3，固定销钉4，可视构件固定卡座5，可视构件6，耦合加载弹簧7，橡胶垫片8，声发射传感器9，传感器耦合固定构件10，限位销钉11，固定螺杆12，悬挂板13，待测试块14。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明，但本实用新型并不仅仅限于此。

本实用新型提供的一种拟真三轴声发射场应变联合观测装置，由可视构件固定卡座5、可视构件6、声发射传感器9、传感器耦合固定构件10和固定螺杆12等组成；待测试块14前后侧面分别与可视构件6紧密接触，可视构件6内置在可视构件固定卡座5中，可视构件固定卡座5为一侧开口式的箱体结构，开口对侧的箱体结构侧壁设有观测窗口；待测试块14左右侧面与传感器耦合固定构件10接触，传感器耦合固定构件10装有声发射传感器9，声发射传感器9与待测试块14耦合接触；传感器耦合固定构件10上部设有固定连接的悬挂板13，悬挂板13用于与外界施力设备连接；可视构件6和可视构件固定卡座5的四角分别设有贯通孔，固定螺杆12穿过可视构件6和可视构件固定卡座5的贯通孔与螺母1连接。可视构件6为高强度、有弹性的材料制成，优选地，可视构件6为有机玻璃材质。

本实用新型的优选实施例：

请参阅图1，待测试块14前后侧面分别与有机玻璃可视构件6紧密接触，有机玻璃可视构件6四周包裹在可视构件固定卡座5中，对有机玻璃可视构件6的四周起到保护作用，同时避免固定螺杆12拉力过度集中对有机玻璃可视构件6产生破坏。可视构件固定卡座5为一侧开口的箱体结构，开口对侧的箱体结构侧壁的对称中心设有观测窗口，用于后期观测待测试块的结构变化；可视构件固定卡座5下部设有支架，支架将有机玻璃可视构件6支撑到适当高度。可视构件固定卡座6的左右侧面分别设有带螺纹的圆孔，圆孔与固定销钉4螺纹连接，固定销钉4的尾端与有机玻璃可视构件6侧面紧密接触，固定有机玻璃可视构件6。有机玻璃可视构件6限制待测试块14纵向膨胀，从而提供被动荷载。

有机玻璃可视构件6的四角和可视构件固定卡座5的四角分别设有水平贯通的贯通孔。固定螺杆12穿过有机玻璃可视构件6和可视构件固定卡座5的贯通孔与螺母1连接，将有机玻璃可视构件6、可视构件固定卡座5和待测试块14前后固定。固定螺杆12首尾分别装有荷载缓冲弹簧3和钢垫片2，钢垫片2位于荷载缓冲弹簧3外侧，荷载缓冲弹簧3与可视构件固定卡座5紧密接触，两个钢垫片2分别与螺母1、固定螺杆12的螺帽接触，荷载缓冲弹簧3使有机玻璃可视构件6更好贴于待测试块14的同时，为有机玻璃可视构件6因待测试块14膨胀提供变形空间，起到缓冲作用。

请参阅图2，待测试块14的左右侧面分别与传感器耦合固定构件10的内侧面接触，传感器耦合固定构件10上端与悬挂板13固定连接，悬挂板13悬挂在外界试验机左右两侧的承压板上。传感器耦合固定构件10内侧面四角分别设有盲孔，盲孔的侧壁设有垂直于侧壁的缺口，缺口中放置声发射传感器9的接线柱，盲孔中由里至外依次装有橡胶垫片8、耦合加载弹簧7和声发射传感器9，耦合加载弹簧7使声发射传感器9紧密贴合在待测试块14表面，增加耦合程度，提高实验数据的可靠度。传感器耦合固定构件10上设有声发射传感器9的限位杆，限位杆为销钉结构，限位销钉11由传感器耦合固定构件10的上端面或下端面垂直伸入，穿过缺口的上下壁与传感器耦合固定构件10的内部螺纹连接，对声发射传感器9进行限位，防止声发射传感器9滑落造成损失。

可视构件固定卡座5是由4mm厚的不锈钢制成188mm×188mm的箱体结构，开口对侧的箱体侧壁中部设有150mm×150mm的观测窗口。有机玻璃可视构件6尺寸为180mm×180mm×40mm。有机玻璃可视构件6和可视构件固定卡座5的贯通孔尺寸分别为6mm，固定螺杆12的直径为5mm。传感器耦合固定构件10尺寸为150mm×150mm×40mm，传感器耦合固定构件10的悬挂板13为150mm×40mm×4mm的钢板。传感器耦合固定构件10四角的盲孔为直径20mm的圆孔，圆孔中心到两临边的距离分别为30mm。

在试验前按照耦合加载弹簧7、橡胶垫片8、声发射传感器9、限位销钉11的顺序依次将传感器耦合固定构件10装配好，如图3所示，并在声发射传感器9本体的压电陶瓷面涂抹凡士林或专用耦合剂，然后将两侧传感器耦合固定构件10悬挂在试验机两侧的承压板上，放置好待测试块14，再启动试验机将试验机调节好位置。

请参阅图4，在有机玻璃可视构件6的中部150mm×150mm区域内贴敷钢化膜，保护有机玻璃可视构件6。将贴好钢化膜的有机玻璃可视构件6放置可视构件固定卡座5内，并将两侧固定销钉4拧好，组成可视套件，待测试块14的前后分别放置一个可视套件，固定螺杆12将前后两个可视套件进行固定，每个固定螺杆12上依次穿置钢垫片2、荷载缓冲弹簧3，然后将可视套件在待测试块14前后依次穿装好，最后依次安装好另一侧荷载缓冲弹簧3、钢垫片2，适度拧好固定螺母1，准备开始试验。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。