[發明專利]一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810580100.4
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108798735B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 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: E21D21/02
• 分類號: E21D21/02;G01L5/04
• 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

本發明公開了一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置及方法，該裝置包括承載體、儲帶裝置、彈性體和反光層，所述承載體安裝在球墊與錨具的中間；承載體為圓筒形，圓筒端部設為錐臺形，錐臺外圈設有儲帶裝置，儲帶裝置為齒圈形，儲帶裝置的內孔套在錐臺外側，儲帶裝置從里到外側依次設有第一反光層、彈性體一、第二反光層、彈性體二、第三反光層、......彈性體N，第（N+1）反光層；且彈性體一、彈性體二、......彈性體N的長度為依次減小，所有的彈性體及反光層的多余部分儲存在儲帶裝置的齒槽內。本發明無需電源供電，方便巷道安全管理；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。

技術領域

本發明涉及一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置及方法，主要應用于礦山、地下工程等巷道、隧道中需要使用錨索或錨桿錨固的領域。

背景技術

工程中存在許多需要監測或顯示單向力的場合，以巖土工程中的錨索支護為例，錨索的軸向力即是一種單向力。但由于施工條件惡劣及錨索工作狀態復雜，導致對錨索軸力監測受限，從而引發冒頂等安全事故，已經造成了巨大的經濟損失和人員傷亡。在錨索支護巷道的服務年限內，及時準確地對錨索支護質量進行檢測，對錨索支護工程的正常維護和礦井安全生產具有十分重要的意義。

傳統的單向力監測裝置主要分為兩類。一種需要使用電源，如中國專利CN104913818A公開了一種利用壓力傳感器、位移傳感器和監測儀表來監測錨索錨桿變形并進行聲光報警的方法；中國專利CN204572068U公開一種由測力環、墊圈和警示器組成的錨索錨桿支護力監測預警裝置。然而，這類監測裝置需要電源且存在電線的層設和維護，不僅提高了使用成本，而且給巷道的管理帶來極大的安全隱患。

另一類不需要電源，如中國專利CN105675201A公開了一種由顯示機構和均載裝置組成，通過均載裝置均勻壓力并將之轉化為不同顏色由顯示機構輸出的單向力監測裝置；中國專利CN105547541A公開了一種由上下殼體、均載機構、顯示機構組成，通過顯示裝置顯示不同顏色來指示單向力的裝置；中國專利CN104198097A公開了一種由彈性結構和顯示裝置組成、通過顯示裝置將彈性體的變形輸出為不同黑白色條紋來指示單向力的裝置；中國專利CN106092395A公開了一種由承載裝置和顯示機構組成，利用顯示機構光學膜在不同力下顯示不同顏色的特性來指示單向力的裝置；中國專利CN106679855A公開了一種由承載機構、液控閥組和顯示機構組成，通過液體混合變色監測單向力的裝置。礦井漆黑環境下人的視覺感官較為敏感，故以上裝置采用顏色作為力的輸出變量具有很大的優越性；然而，共同存在諸如結構復雜、制造成本高等，個別存在不易分辨等問題，極大地限制了它們在實際工程中的推廣及應用。

因此，需要一種結構簡單、低成本、易分辨、無需電源、適合大規模安裝使用的監測裝置。

發明內容

本發明旨在提供一種利用逐層變色原理監測單向力的裝置及方法，該裝置通過有色彈性體的逐層彈出、逐層變色來監測單向力。

本發明的監測裝置安裝于兩個受壓體之間，力經上下兩端的受壓體傳至監測裝置的承載體上，使得承載體被壓縮而產生周向膨脹，該膨脹量使監測裝置周向層設的儲帶裝置所包圍的周長也同步膨脹，從而使彈性體趨向于繃直，直至繃緊。故當承載體的膨脹量達到某個定值時，彈性體繃緊，由于彈性體接頭強度低，彈性體接頭強度破斷，從而因自身彈性彈出。承載體外表面及彈性體外表面上均粘貼或噴涂有不同顏色的反光層，因此彈性體在彈出前后監測裝置的顏色不一，如此當力到達某個值時，彈性體向外彈出，監測裝置的顏色發生改變，從而通過顏色變化實現力的指示。