一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座及其使用方法与流程

1.本发明涉及锚杆基座力学传感器的检测，具体涉及一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座及其使用方法。


背景技术：

2.准确获取爆炸产生的地冲击参数，能够为地介质波传播规律研究提供数据支撑。通常为了获取冲击参数，需要在地表或一些特定结构上安装力学传感器，一般采用锚杆基座安装方式，即将锚杆通过回填材料与地介质基岩固结，以此感应爆炸载荷作用下基岩的振动，并在顶部通过基座安装三向力学传感器(如加速度、速度、位移等传感器)，以准确测出锚杆感应到的振动参数，进而准确测出爆炸载荷作用下相应位置地介质运动信息。
3.这种安装在锚杆基座上的三向力学传感器，调试时为确认传感器及其连接线路是否正常工作，往往采用人为敲击的方式进行检测，这种检测方式存在敲击方向难以控制，每次敲击难以保证全部传感器能接受到明显的撞击信号，因此一次敲击难以完成多个方向力学传感器的共同检测，使得基于锚杆基座的力学传感器检测效率较低，且检测结果不够准确。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座及其使用方法，以解决现有技术在敲击检测时，敲击方向难以控制，导致基于锚杆基座的力学传感器检测效率较低，且检测结果不够准确的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座，包括正方体的传感器安装基座，所述传感器安装基座的侧壁中心用于安装待测的力学传感器，其特殊之处在于：还包括被撞机构和主撞机构；
6.所述被撞机构包括圆柱形的撞击台，以及沿所述传感器安装基座上相邻三边紧贴设置的三个支脚；
7.所述撞击台设置在所述传感器安装基座的一个顶点处，其端面与所述传感器安装基座的体对角线垂直，所述顶点位于所述体对角线上；
8.三个所述支脚一端分别与撞击台的固定连接，其中至少一个支脚与所述传感器安装基座可拆卸连接；
9.所述主撞机构与撞击台可拆卸连接，用于向撞击台提供定量撞击力，所述主撞机构的轴线与撞击台的端面垂直。
10.进一步地，三个所述支脚分别为两个水平支脚和一个竖直支脚；
11.所述传感器安装基座上经过所述顶点的相邻三边包括两个水平边和一个竖直边；
12.两个所述水平支脚分别沿两个所述水平边紧贴设置，并与所述传感器安装基座可拆卸连接；
13.所述竖直支脚沿所述竖直边紧贴设置。
14.进一步地，所述水平支脚及所述竖直支脚分别通过设置在其侧壁上的长条直角槽与所述传感器安装基座紧贴。
15.进一步地，所述水平支脚的另一端超出与之紧贴的水平边，且所述水平支脚的另一端设有安装台，安装台上设有紧定螺钉；所述紧定螺钉穿过所述安装台伸入所述直角槽与传感器安装基座的侧面顶紧，实现所述水平支脚与所述传感器安装基座的可拆卸连接；
16.所述竖直支脚另一端端面与所述传感器安装基座的底面齐平。
17.进一步地，所述主撞机构包括圆筒状的外壳、活塞撞击杆、驱动线圈以及供电模块；
18.所述外壳一端螺纹套装在所述撞击台的圆周面外；
19.所述活塞撞击杆同轴套装在所述外壳内，并与所述外壳间隙配合；所述活塞撞击杆靠近撞击台的一端为撞击端，所述撞击端端面与撞击台端面平行，且所述撞击端与撞击台端面之间设有撞击空间；所述活塞撞击杆具有磁性
20.所述驱动线圈卡装在所述外壳的内壁上，并套装在所述活塞撞击杆外；所述驱动线圈与所述活塞撞击杆间设有间隙；
21.所述供电模块与所述驱动线圈电连接，用于向驱动线圈提供脉冲电流，进而驱动所述活塞撞击杆撞击所述撞击台。
22.进一步地，还包括回程弹簧；
23.所述外壳包括端盖和圆筒状壳体；
24.所述壳体一端与所述撞击台螺纹连接，壳体中部设有依次连接的第一圆柱腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔；
25.所述第一圆柱腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔的内径沿远离撞击台的方向依次增大，使得所述第一圆柱腔与第二圆柱腔之间形成第一台阶面、第二圆柱腔与第三圆柱腔之间形成第二台阶面；
26.所述端盖盖装在所述第三圆柱腔远离第二圆柱腔的一端；
27.所述活塞撞击杆包括均为圆柱形的小撞击杆和大撞击杆；所述小撞击杆一端为撞击端，另一端与大撞击杆一端同轴连接；所述大撞击杆另一端与所述端盖对应；所述小撞击杆的直径小于所述大撞击杆的直径，使得所述小撞击杆与大撞击杆之间形成第三台阶面；所述小撞击杆一端位于所述第一圆柱腔内，并与所述第一圆柱腔间隙配合；所述小撞击杆另一端位于所述第二圆柱腔内，在所述小撞击杆外壁与第二圆柱腔内壁间形成弹簧安装腔；所述大撞击杆外壁与所述第二圆柱腔内壁间隙配合；
28.所述驱动线圈套装在所述大撞击杆外壁与所述第三圆柱腔内壁之间，其一端与所述端盖接触，另一端与所述第二台阶面接触；
29.所述回程弹簧位于所述弹簧安装腔内，并套装在所述小撞击杆外，其一端与所述第一台阶面抵接，另一端与所述第三台阶面抵接。
30.进一步地，所述端盖内壁上嵌装有圆形的回程缓冲垫；
31.所述大撞击杆另一端与所述回程缓冲垫对应。
32.进一步地，所述供电模块包括供电插头和供电本体；
33.所述供电插头一端嵌装在所述端盖及回程缓冲垫内，并与所述驱动线圈电连接，另一端用于与供电本体电连接；
34.所述供电本体用于通过供电插头向所述驱动线圈提供脉冲电流。
35.进一步地，所述壳体通过第四圆柱腔与撞击台螺纹连接；
36.所述第四圆柱腔内径大于所述第一圆柱腔的内径，使得第四圆柱腔与第一圆柱腔之间形成第四台阶面；
37.所述第四台阶面与所述撞击台的端面接触。
38.同时，本发明还提供了一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座的使用方法，基于任一上述的自带力学传感器检测装置的锚杆基座，其特殊之处在于：
39.步骤1、将传感器安装基座通过锚杆固定在基岩上；
40.步骤2、在传感器安装基座的顶面及侧面中心分别安装各个待测的力学传感器；
41.步骤3、启动主撞机构，通过控制电流强度及脉宽，使主撞机构以定量撞击力撞击被撞机构中的撞击台；
42.步骤4、采集各个力学传感器在撞击瞬间获取的数据，结合撞击力大小对各个力学传感器进行定性及定量评估，实现对传感器安装基座上各个待测力学传感器的检测。
43.本发明的有益效果：
44.1、本发明为传感器安装基座设置了被撞机构和主撞机构；在被撞机构中，设置了与传感器安装基座的体对角线垂直的撞击台，主撞机构提供定量撞击力以撞击该撞击台，同时，撞击力方向与传感器安装基座的体对角线位于同一直线，这样能够通过与该撞击台连接的三个支脚实现三个方向力学信号等强度输入，从而实现安装在传感器安装基座上的多个力学传感器的一次检测，提高了基于锚杆基座的力学传感器检测效率。
45.2、本发明设置了两个水平支脚和一个竖直支脚分别沿传感器安装基座上三个相邻边紧贴设置，其中至少一个水平支脚与传感器安装基座可拆卸连接，这样一方面为撞击台提供了安装支架，更好的保证撞击台端面与传感器安装基座体对角线垂直，进而保证传感器安装基座各个侧面上的力学传感器能够同时接收到等量的撞击力信号，另一方面还能够提高撞击力的传导效率。
46.3、本发明在各个支脚的侧面设置了直角槽，通过直角槽与传感器安装基座紧贴设置，能够更好的避免被撞机构在撞击瞬间晃动，从而提高检测结果的准确性。
47.4、本发明通过伸入直角槽的紧定螺钉顶紧传感器安装基座的侧壁实现被撞机构与传感器安装基座的可拆卸连接，这样无需破坏传感器安装基座(例如：开孔等)，进一步能够保证传感器安装基座整体质量均匀，使得其各个面受到的撞击力大小相同，从而提高力学传感器检测结果的准确率。
48.5、本发明的主撞机构设置了外壳、活塞撞击杆、驱动线圈及供电模块；采用电磁原理，通过供电模块向驱动线圈提供固定强度及脉宽的脉冲电流，在电磁场作用下，驱动活塞撞击杆撞击被撞机构的撞击台，通过控制电流强度及脉宽以控制撞击力的大小，实现力学传感器的定量评估，同时还能够避免撞击力过大对力学传感器造成损伤。
49.6、本发明在壳体内设置了第一圆柱腔、第二圆柱腔和第三圆柱腔，并将活塞撞击杆设置为小撞击杆和大撞击杆首尾连接的结构，这样不但为回程弹簧提供了弹簧安装腔、为驱动线圈提供了合理的安装空间，同时还实现了活塞撞击杆与外壳的间隙配合；当活塞撞击杆撞击完毕后，能够在回程弹簧的回弹力作用下自动回归初始位置，便于下次检测，从而提高检测效率。
50.7、本发明在端盖内壁上嵌装了回程缓冲垫，能够避免回程弹簧因回弹力过大而将端盖撞坏或撞掉。
51.8、本发明的自带力学传感器检测装置的锚杆基座设计紧凑，占用空间小，方便锚杆基座在各种复杂情况下实施检测，快捷且方便。
附图说明
52.图1是本发明自带力学传感器检测装置的锚杆基座实施例的结构示意图；
53.图2是本发明一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座实施例的结构分解图；
54.图3是本发明实施例中主撞机构的结构分解图；
55.图4是本发明实施例中主撞机构的剖视图。
56.附图标号：
57.1-基岩，2-锚杆，3-传感器安装基座，31-螺纹孔，4-力学传感器，41-螺纹，42-接口，5-主撞机构，51-壳体，511-第一圆柱腔，512-第二圆柱腔，513-第三圆柱腔，514-第一台阶面，515-第二台阶面，516-第四圆柱腔，517-第四台阶面，52-回程弹簧，53-活塞撞击杆，531-小撞击杆，532-大撞击杆，533-第三台阶面，54-驱动线圈，55-回程缓冲垫，56-端盖，57-供电插头，58-撞击空间，6-被撞机构，61-竖直支脚，62-水平支脚，63-撞击台，7-紧定螺钉。
具体实施方式
58.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.本发明实施例提供了一种自带力学传感器检测装置的锚杆基座；结合图1和图2所示，包括正方体的传感器安装基座3、被撞机构6和主撞机构5。
60.传感器安装基座3的顶面中心以及侧面中心分别设有螺纹孔31，用于安装待测的力学传感器4，力学传感器4通过自身的螺纹41与螺纹孔31配合，紧固于传感器安装基座3的顶面和/或侧面中心；力学传感器4测得的力学信号通过自身设置的接口42传出，可接至前置仪器或数据采集仪器。力学传感器4的底面中心用于与锚杆2上端垂直连接；锚杆2的下端通过填充材料与基岩1固结；锚杆2上设置斜向纹路，增强锚杆2与基岩1的固结效果。
61.被撞机构6包括圆柱形的撞击台63，以及沿传感器安装基座3上相邻三边紧贴设置的三个支脚，可以理解的是,三个支脚彼此相互垂直；具体的，三个支脚分别为两个水平支脚62和一个竖直支脚61，本实施例中水平支脚62及竖直支脚61均选用四方棱柱结构，侧面设置直角槽，使得其横截面为等边的“l”形。撞击台63设置在传感器安装基座3的一个顶点处，其端面与传感器安装基座3的体对角线垂直，该顶点位于该体对角线所在的直线上；传感器安装基座3上经过该顶点的相邻三边包括两个水平边和一个竖直边；两个水平支脚62及一个竖直支脚61分别沿两个水平边和一个竖直边设置,并通过设置在各自侧壁上的长条直角槽与传感器安装基座3紧贴；同时两个水平支脚62及一个竖直支脚61的一端分别与撞击台63固定连接。两个水平支脚62的另一端超出与之紧贴的水平边，且水平支脚62的另一
端设有安装台，安装台上设有紧定螺钉7；紧定螺钉7穿过安装台伸入直角槽与传感器安装基座3的侧面顶紧，实现可拆卸连接，使用时，可以采用手动拧紧紧定螺钉7；一个竖直支脚61另一端端面与传感器安装基座3的底面齐平。将被撞机构6往传感器安装基座3上安装时，可以先将竖直支脚61底部部分与传感器安装基座3相应位置紧贴，然后将整个被撞机构6从上往下推，直至两个水平支脚62同时与传感器安装基座3紧贴，然后拧紧两个紧定螺钉7，使其端部顶紧传感器安装基座3，此时，圆柱形的撞击台63轴线与传感器安装基座3的体对角线位于同一直线上，使得撞击台63的端面与传感器安装基座3的体对角线垂直，因此，当撞击台63的端面受到撞击时，撞击力沿传感器安装基座3的体对角线传递，沿三个支脚长度方向分量相等。
62.主撞机构5包括圆筒状外壳、回程弹簧52、活塞撞击杆53、驱动线圈54以及供电模块；外壳一端设置有内螺纹，撞击台63的圆周面上设置有外螺纹，外壳一端套装在撞击台63的圆周面外，并与撞击台63螺纹连接，以便将整个主撞机构5与被撞机构6连接。活塞撞击杆53具有磁性，活塞撞击杆53同轴套装在外壳内，并与外壳间隙配合。具体的，外壳包括端盖56和圆筒状壳体51；壳体51内设有依次连通的第四圆柱腔516、第一圆柱腔511、第二圆柱腔512和第三圆柱腔513；第一圆柱腔511、第二圆柱腔512和第三圆柱腔513的内径沿远离撞击台63的方向依次增大，使得第一圆柱腔511与第二圆柱腔512之间形成第一台阶面514、第二圆柱腔512与第三圆柱腔513之间形成第二台阶面515；壳体51通过第四圆柱腔516与撞击台63螺纹连接；第四圆柱腔516内径大于第一圆柱腔511的内径，使得第四圆柱腔516与第一圆柱腔511之间形成第四台阶面517；第四台阶面与撞击台63的端面边缘接触。端盖56盖装在第三圆柱腔513远离第二圆柱腔512的一端，并通过螺栓紧固，其内端面与驱动线圈54接触，避免驱动线圈54沿外壳轴线方向运动；端盖56内壁上嵌装有圆形的回程缓冲垫55，回程缓冲垫55通过螺栓固定于端盖56上，边缘设有过线槽，与端盖56前端面缺口对应，用于驱动线圈54与供电插头57连线；活塞撞击杆53包括均为圆柱形的小撞击杆531和大撞击杆532；小撞击杆531一端为撞击端，撞击端端面与撞击台63端面平行，且撞击端与撞击台63端面之间设有撞击空间58；小撞击杆531的另一端与大撞击杆532一端同轴连接，大撞击杆532另一端与端盖56内嵌装的回程缓冲垫55对应；小撞击杆531的直径小于大撞击杆532的直径，使得小撞击杆531与大撞击杆532之间形成第三台阶面533；小撞击杆531一端位于第一圆柱腔511内，并与第一圆柱腔511间隙配合；小撞击杆531另一端位于第二圆柱腔512内，在小撞击杆531外壁与第二圆柱腔512内壁间形成弹簧安装腔；大撞击杆532外壁与第二圆柱腔512内壁间隙配合；驱动线圈54套装在大撞击杆532外壁与第三圆柱腔513内壁之间，其一端与端盖56接触，另一端与第二台阶面515接触；回程弹簧52位于弹簧安装腔内，并套装在小撞击杆531外，其一端与第一台阶面514抵接，另一端与第三台阶面533抵接。
63.这样，活塞撞击杆53可在外壳内自由运动。当活塞撞击杆53向前运动时压缩回程弹簧52，形成回弹力，回程弹簧52保持自由长度时，活塞撞击杆53后端面与回程缓冲垫55接触。活塞撞击杆53内为中空结构，减小活塞重量。
64.供电模块与驱动线圈54电连接，用于向驱动线圈54提供脉冲电流，进而驱动具有磁性的活塞撞击杆53撞击撞击台63。具体的，供电模块包括供电插头57和供电本体；供电插头57一端嵌装在端盖56及回程缓冲垫55内，另一端用于与供电本体电连接；也就是说，回程缓冲垫55远离活塞撞击杆53的一端设有凹槽，端盖56上也设有与该凹槽对应的通孔，凹槽
与通孔整体形成一个空腔，该空腔同于容纳供电插头57和相关连接线缆；驱动线圈54与供电插头57电连接；供电本体用于通过供电插头57向驱动线圈54提供脉冲电流。供电插头57用于将驱动线圈54的脉冲驱动电流接入，从而形成瞬变电磁场，因电磁场相互作用驱动活塞撞击杆53急速向前运动撞击撞击台63，将撞击力传递给被撞机构6，实现多个力学传感器的同步检测。
65.本发明实施例根据传感器安装基座的立方构型，在立方结构空间对角线上设置敲击点(面)，敲击力可以同时被三个支脚均匀测出，同时敲击位置考虑撞击台的安装面；以此敲击点(面)为基准建立基于电磁驱动原理的撞击结构，撞击力度通过控制供电模块的功率放大器输入驱动线圈的电流强度和脉宽调整，敲击力量化，准确掌控，各个力学传感器均匀感应，从而实现一次撞击即可完成检测。
66.上述自带力学传感器检测装置的锚杆基座的检测方法包括以下步骤：
67.步骤1、将传感器安装基座3通过锚杆2固定在基岩1上；
68.步骤2、在传感器安装基座3的顶面及侧面中心分别安装各个待测的力学传感器4；本发明实施例中的待测力学传感器包括三向力学传感器；
69.步骤3、启动主撞机构5，通过控制电流强度及脉宽，使主撞机构5以定量撞击力撞击被撞机构6中的撞击台63；
70.步骤4、采集各个力学传感器4在撞击瞬间获取的数据，结合撞击力大小对各个力学传感器4进行定性及定量评估，实现对传感器安装基座3上各个待测力学传感器4的检测。
71.通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
72.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。