[發明專利]一種單向力監測裝置及監測方法

有效

• 申請號: 201610004375.4
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105547541B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 梁義維;趙利平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 申艷玲

技術領域

本發明涉及一種單向力監測裝置及監測方法，屬于傳感技術領域。

背景技術

工程中大量存在許多需要監測或顯示單向力的場合，例如重要場合的螺栓緊固力，巖土工程中的錨桿或者錨索軸力。能夠及時、準確的顯示這些力對于工程設施的安全具有十分重要的意義。傳統的單向力監測裝置分兩類，一種使用電源，如應變片式，利用錨桿的應變來檢測錨桿的應力，但由于需要電源，安全管理復雜。另一類不需要電源，有液壓式、壓感紙式,液壓式是由液壓壓力盒和壓力表組成，通過觀察壓力表的值來顯示載荷，但其結構復雜，制造維護成本高，體積大，不宜大規模使用；壓感紙式是通過壓痕的長度來判斷軸向力，但是周向分布的壓感紙顏色長度不一，很難辨別。

因此，需要一種低成本、高可靠性、無需電源、適合大規模安裝使用的監測裝置，通過大規模安裝該裝置，可以實現人人均能檢測工程設施安全，大大提高工程設施的安全性能。

中國專利CN203452813U公開了一種通過觀察高強彈簧的位移來判斷軸向力的方案，但是由于位移太小，直接通過肉眼觀察變形量來判斷錨桿的軸向力非常困難。中國專利201410468086.0公開了一種通過觀察條紋圖像來判斷軸向力的方案，由于條紋的寬度受限，該方法適合近距離觀察。

發明內容

本發明旨在提供一種單向力監測裝置及監測方法，提出了一種由顯示裝置與均載機構組成的單向力監測裝置，通過顯示裝置將均載機構產生的均勻壓力轉化為不同的顏色，通過觀察顯示裝置的不同顏色來判斷單向力。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種單向力監測裝置，該裝置包括殼體，殼體為階梯環狀結構，殼體內側外緣為凸起，殼體包括上殼體和下殼體，上、下殼體為上下對稱設置，殼體的兩個階梯環形成凹槽，上、下殼體扣合而成的腔室內部設有承載體，承載體為內部空心的圓筒結構，上、下殼體與承載體之間分別設有彈性墊，承載反光層、變色環，位于上、下殼體之間，變色環為內部空心的圓筒結構，偏振片設置在變色環的外側；

殼體通過其中間的孔與導向柱配合從而固定在導向柱上并能上下相對移動，殼體內側上方的凸起與錨桿或螺栓接觸，導向柱為圓筒狀，套在錨桿或螺栓外側的中部。

上述裝置中，所述彈性墊為內部空心的圓柱結構，彈性墊與承載體接觸端通過密封環進行密封。

上述裝置中，所述殼體采用不銹鋼材料；彈性墊采用彈性材料，如聚氨酯、橡膠、硅膠；承載體根據變形量選擇彈性材料；如尼龍、酚醛樹脂。

上述裝置中，所述變色環選用環氧樹脂或聚碳酸酯材料，變色環具有雙折射效應，由偏振片、反光層和變色環的共同作用產生。

本發明提供了上述單向力監測裝置的監測方法，包括以下步驟：

將監測裝置安裝于螺母和固定件之間，錨桿或螺栓的外側，當用螺母擰緊后，錨桿或螺栓受拉力，整個裝置受到壓力，壓力作用于上、下殼體上，再傳導到彈性墊上，從而均勻地傳遞到承載體上，承載體受到上、下的壓力，在此壓力載荷下，產生沿徑向膨脹，導致變色環產生周向拉應力，從而顯示出不同的顏色。

上述方案中，當有不同的螺栓或錨桿力導致不同的應力，變色環則顯示不同的顏色，從而實現力的顏色指示；不同規格的螺栓或錨桿配不同的顯色裝置(顯色裝置是指反光層和變色環)，以螺栓或錨桿破斷力為100％，破斷力與顏色之間的對應關系如下：

破斷力0％，無色；

破斷力0～20％，從無色漸變成淡黃色；

破斷力20～30％，從淡黃色漸變成深黃色；

破斷力30～40％，從深黃色漸變成紫紅色；

破斷力40～50％，從紫紅色漸變成藍色；

破斷力50～70％，從藍色漸變成白色；

破斷力70～80％，從白色漸變成金黃色；

破斷力80～100％，從金黃色漸變成粉紅色。

本發明的有益效果：

通過本發明的實施，實現錨桿力原位變色顯示，即傳感器顏色可根據錨桿力的大小而發生改變，不同的錨桿力對應不同的顏色，再加上傳感器中具有增強反光效果，可以通過頭燈或其他光源實現遠距離高效觀測，這樣，利用該傳感器能夠對整個錨固工程海量布點監測，無需維護管理，無需專人點檢，人人均可成為安全員，對錨桿支護工程的施工質量管理和安全生產具有十分重要的意義。