[實(shí)用新型]高溫高寒LVDT測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520829610.2
• 申請日: 2015-10-22
• 公開（公告）號: CN205049103U
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國慶;郭帆;趙聰;李天斌;裴向軍
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于室內(nèi)巖石測試領(lǐng)域，特別涉及高溫高寒LVDT測量裝置。

背景技術(shù)

高溫高寒災(zāi)害成為地下隧道和邊坡工程的一種常見災(zāi)害。隨著工程建設(shè)和人類固定的需要，大量深埋隧道將穿越地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、新構(gòu)造運(yùn)動和地?zé)帷⒌蜏氐蛪涵h(huán)境活躍的區(qū)域。通常地殼中的溫度高達(dá)1000℃，而地球表面最寒冷地方的溫度低達(dá)-90℃。所以，深埋硬巖隧道將受到高溫的影響，高原邊坡和隧道進(jìn)出口又受到高寒作用，這將導(dǎo)致測量儀器由于環(huán)境的影響存在誤差。如日本的安防公路隧道，最大埋深700m，地溫75℃；中國云南大理到瑞麗鐵路的高黎貢山隧道，最大主應(yīng)力為15～28MPa，最高溫度高達(dá)50℃；中國青海的大坂山隧道海拔3490m，冬令期長達(dá)228d，極端最低氣溫為-34℃；昆侖山隧道海拔4600m，最低氣溫為-36℃。另外，無論是室內(nèi)試驗(yàn)還是現(xiàn)場監(jiān)測，儀器都將長期處于高溫高寒環(huán)境中，因此本專利更側(cè)重長期穩(wěn)定條件下巖石位移測量的精確性。

目前在國內(nèi)巖石力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)中，除電阻應(yīng)變片外的軸向變形測試方法，基本未采用如線性可變差動變壓器(LVDT)測量等其他測試方法。而電阻應(yīng)變片的測試方法極易受溫度變化影響，在高溫高寒環(huán)境中根本無法消除溫度的影響。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會在室內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法中建議使用電阻應(yīng)變計(jì)，或LVDT傳感器等位移測量裝置，規(guī)定了軸向變形測量傳感器的精度和采集儀的分辨率的要求，但未規(guī)定或或者建議如何消除軸向LVDT傳感器受環(huán)境影響帶來的誤差的方法。如果簡單采用LVDT傳感器在高溫高寒環(huán)境中測量巖石變形，則易造成較大誤差。而目前國內(nèi)測試方法幾乎沒有涉及到測量儀器在高溫高寒環(huán)境中誤差分析及消除方法，如專利號201310172397.8公開的一種巖樣軸向變形測量方法，主要是消除系統(tǒng)變形和接觸面效應(yīng)；專利號201420145413.4公開的LVDT式位移傳感器及汽車載重測量系統(tǒng)，僅僅是采用防塵罩來保證傳感器不受灰塵干擾。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種測試精度、結(jié)果可靠的在室內(nèi)試驗(yàn)測量巖石試樣的裝置。

具體的技術(shù)方案為：

高溫高寒LVDT測量裝置，包括附加裝置和LVDT傳感器；

所述的附加裝置，包括彈簧、桿芯、活動底板、活動頂板、上半部空箱、下半部空箱?；顒拥装逦挥谏习氩靠障洹⑾掳氩靠障渲g，活動頂板在上半部空箱頂部；所述彈簧垂直安裝在上半部空箱內(nèi)，彈簧上下端分別固定在活動頂板和活動底板上；所述桿芯垂直固定在下半部空箱內(nèi)，桿芯上端固定在活動底板，下端連接在下半部空箱箱底固定裝置內(nèi)，固定裝置有消除桿芯的位移空間；

所述的LVDT傳感器，包括外管、固定桿、感應(yīng)芯、內(nèi)管、測量頭；外管頂部有測量頭，測量頭上有隔溫罩；外管和內(nèi)管之間填充有隔溫材料；內(nèi)管底部固定在外管的底部，頂部固定有彈簧壓縮回彈裝置，內(nèi)管的內(nèi)壁上有感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈的中心有感應(yīng)芯；感應(yīng)芯通過彈簧壓縮回彈裝置與固定桿連接，固定桿安裝在外管內(nèi)，固定桿另一端連接測量頭；感應(yīng)線圈通過出線端蓋與外部設(shè)備連接；外管外壁有上部固定支架和下部固定支架；

所述的LVDT傳感器垂直安裝在下半部空箱內(nèi)，測量頭和活動底板的下表面無壓力接觸。

高溫高寒LVDT測量裝置的測量方法，包括以下步驟：

(1)測量頭在彈簧的壓力和活動底板的帶動下移動，固定桿和感應(yīng)芯同時(shí)沿軸線移動，從而改變感應(yīng)線圈之間的互感量，感應(yīng)芯的位移量就變成了感應(yīng)線圈的實(shí)時(shí)差動電壓信號從出線端蓋中的線纜輸出；測量附加裝置的桿芯在室溫和特定溫度下壓縮位移ε₁、ε₂，計(jì)算出此特定溫度導(dǎo)致的感應(yīng)線圈誤差；

(2)通過上部固定支架和下部固定支架將LVDT傳感器安裝在被測巖石試樣上，使巖石試樣處于同特定溫度環(huán)境中，測量巖樣的位移ε₃；

(3)計(jì)算巖樣的絕對位移ε₄＝ε₃+(ε₁-ε₂)。

本實(shí)用新型提供的高溫高寒LVDT測量裝置及測量方法，在通用的室內(nèi)試驗(yàn)儀器上應(yīng)用，包括MTS、三軸儀、流變儀等，測試誤差可以提升到1％之內(nèi)，測試精度高，結(jié)果可靠，該方法具有可行性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型LVDT傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型LVDT傳感器工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式