[發明專利]一種FBG測力錨桿的測力方法

在審

• 申請號: 201910549568.1
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110285900A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 郝兵元;王東亮;任興云;章嘉康;謝益盛;梁曉敏;李鐵良
• 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: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種FBG測力錨桿的測力方法，屬于錨桿監測技術領域，可解決現有錨桿監測裝置存在的監測準確度不穩定，安裝復雜的問題，該測力錨桿由錨桿、錨桿錨固劑、FBG光柵、光纖連接線、墊板、錨桿鎖緊裝置組成。錨桿表面沿軸向截面互成120°方向打磨有三條凹槽，在凹槽中布置有光纖光柵串，且沿錨桿長度方向等距布置有五個FBG傳感器。FBG全稱為Fiber Bragg Grating，即為光纖布拉格光柵。該測力錨桿采用FBG作為智能傳感元件，不僅可以檢測錨桿所受軸向載荷的情況，同時也可檢測錨桿所受徑向載荷的情況。本發明裝置結構簡單、安裝方便、準確度高、穩定性好。

技術領域

本發明屬于錨桿監測技術領域，具體涉及一種FBG測力錨桿的測力方法。

背景技術

錨桿支護應用于煤礦以來，經過大量的實踐應用表明，該方法是最經濟有效的。然而因為錨桿支護是隱蔽性工程，地下巖體的應力分布很難預先得知，影響到巖體穩定性的因素也很復雜。由于錨桿的支護期較長，隨著時間的推移在上述相關因素的共同影響下導致圍巖中錨桿的應力發生劇烈或緩慢的變化。若錨桿所承受的應力超過了錨桿本身所能承受的極限，則會導致錨桿的失效甚至斷裂，進一步有可能導致巷道塌方，造成嚴重的安全事故。為了切實有效的避免安全事故，提高錨固工程的穩定和巷道安全，對錨桿所受應力狀況的監測十分必要。

現階段對于錨桿的監測裝置主要有電阻應變片錨桿裝置、鋼弦式測力錨桿、活塞式錨桿軸力監測裝置、液壓枕式錨桿軸力監測裝置。其中電阻應變片錨桿裝置是通過錨桿受力與輸出的電壓信號應變關系曲線來獲知錨桿在支護工作中受力的大小，這種利用電阻應變片來監測錨桿受力的監測方法，容易由于應變片的電阻值過低產生的電流熱效應致使環氧樹脂膠在粘貼時凝固不均導致應變的測量誤差，以及錨桿支護巷道的潮濕環境等相關因素電阻應變片的阻值很難保持穩定等相關問題，都會影響監測的準確性；鋼弦式測力錨桿是通過轉換應力計對應的鋼弦頻率變化來獲得錨桿桿體各段軸力大小，這種測力錨桿的成本過高且其需要大規模線路安裝，難以做到防水防爆；活塞式錨桿軸力監測裝置是通過觀察壓敏顯色劑受到壓力后顯色范圍的改變來判斷錨桿所受軸力的大小，這種裝置的結構復雜加工要求高，且通過肉眼觀察可能會導致測量結果的不準確；液壓枕式錨桿軸力監測裝置是通過觀測鋼弦式壓力-頻率轉換器在經過液壓枕受力后轉換出的頻率信號來獲得對應的錨桿軸力，這種裝置結構復雜不易操作，且無法實現對錨桿質量的大規模有效檢測。

發明內容

本發明針對現有錨桿監測裝置存在的監測準確度不穩定，安裝復雜的問題，提供一種FBG測力錨桿的測力方法。

本發明采用如下技術方案：

一種FBG測力錨桿的測力方法，包括如下步驟：

第一步，制作測力錨桿，在錨桿的表面沿軸向設置三個凹槽，凹槽深度為1.5mm，寬度為2mm，三個凹槽沿軸向截面互成120°夾角，距離錨桿的兩端20cm處分別設置標記Ⅰ，兩個標記Ⅰ之前等間距設置三個標記Ⅱ，標記Ⅰ和標記Ⅱ處分別設置FBG傳感器，凹槽內分別設置FBG光柵，FBG光柵上分別等間距設置5個FBG傳感器，凹槽的空隙設置填充層，靜置12h以上備用；

第二步，錨桿上的FBG光柵通過光纖連接線與解調儀的輸入端連接，解調儀的輸出端通過光纖連接線與電腦的輸入端連接；

第三步，測定錨桿的軸向載荷：分別將每個FBG光柵所獲得的應變取均值，得錨桿上一點的應變ε，根據錨桿應變與所受軸力的線性關系得的錨桿所受軸向載荷，計算公式如下：F=SEε，其中，S為錨桿的截面面積，E為錨桿材料的彈性模量；

第四步，測定錨桿的側向載荷：