[发明专利]单向力监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单向力监测装置及监测方法，属于传感器领域。

背景技术

工程中大量存在许多需要监测或显示单向力的场合，例如重要场合的螺栓紧固力，岩土工程中的锚杆或者锚索轴力。能够及时、准确的显示这些力对于工程设施的安全具有十分重要的意义。传统的单向力监测装置分两类，一种使用电源，如应变片式，利用锚杆的应变来检测锚杆的应力，但由于需要电源，安全管理复杂。另一类不需要电源，有液压式、压感纸式,液压式是由液压压力盒和压力表组成，通过观察压力表的值来显示载荷，但其结构复杂，制造维护成本高，体积大，不宜大规模使用；压感纸式是通过压痕的长度来判断轴向力，但是周向分布的压感纸颜色长度不一，很难辨别。

因此，需要一种低成本、高可靠性、无需电源、适合大规模安装使用的监测装置，通过大规模安装该装置，可以实现人人均能检测工程设施安全，大大提高工程设施的安全性能。

中国专利CN203452813U公开了一种通过观察高强弹簧的位移来判断轴向力的方案，但是由于位移太小，直接通过肉眼观察变形量来判断锚杆的轴向力非常困难。中国专利201410468086.0公开了一种通过观察条纹图像来判断轴向力的方案，由于条纹的宽度受限，该方法适合近距离观察。

发明内容

本发明旨在提供一种单向力监测装置及监测方法，由显示装置与均载机构组成的单向力监测装置，通过显示装置将均载机构产生的均匀压力转化为不同的颜色，通过观察显示装置的不同颜色来判断受力情况。

根据以上分析综合考虑单向力监测装置，采用颜色作为显示装置的输出量。

本发明提供了一种单向力监测装置，包括上、下壳体，壳体为阶梯形圆环结构，上、下壳体扣合形成的空间内设有承载体，承载体为内部空心的圆筒结构，承载体外侧设有一圈反光层，反光层外部设有圆筒状的变色环，变色环外侧贴有偏振片，反光层与变色环之间为一环形空腔；壳体与变色环之间设有弹性过渡件，弹性过渡件为截面是双U形槽的环状结构，弹性过渡件与壳体之间留有液体腔，液体腔内灌充液体；在上、下壳体的径向靠近外缘处分别设有螺孔，该螺孔也是注液孔，注液孔分别位于弹性过渡件的上、下外侧，螺孔内设置密封件来密封液体；上壳体的上端连接螺母，下壳体的下端连接固定件。

上述方案中，所述壳体与承载体之间、壳体与弹性过渡件之间采用胶粘的方式进行连接。

上述方案中，所述密封件为螺塞压缩密封件或球涨堵头。

上述方案中，所述壳体采用钢材料，承载体根据变形量选择弹性材料；承载体选用的弹性材料为尼龙、酚醛树脂中的一种；弹性过渡件采用不锈钢或铝合金片材。

上述方案中，所述液体为水或液压油。

上述方案中，所述反光层为圆环形薄膜，所述变色环选用环氧树脂或聚碳酸酯材料；变色环为内部空心的圆筒结构，圆筒的厚度不小于5mm。

本发明提供了一种采用上述的单向力监测装置的单向力监测方法，将所述监测装置安装于螺母和固定件之间，当用螺母拧紧后，锚杆或螺栓受拉力，整个装置受到压力，压力作用于上下壳体上，一部分压力作用于承载体上，另一部分压力依次传导到液体和弹性过渡件上，弹性过渡件的力均匀地传递到变色环上，导致变色环产生轴向压应力；不同的应力使变色环显示不同的颜色，从而实现力的颜色指示。

上述监测方法，当有不同的螺栓或锚杆力导致不同的应力，变色环则显示不同的颜色，从而实现力的颜色指示；以螺栓或锚杆破断力为100％，破断力与颜色之间的对应关系如下：

破断力0％，无色；

破断力0～20％，从无色渐变成淡黄色；

破断力20～30％，从淡黄色渐变成深黄色；

破断力30～40％，从深黄色渐变成紫红色；

破断力40～50％，从紫红色渐变成蓝色；

破断力50～70％，从蓝色渐变成白色；

破断力70～80％，从白色渐变成金黄色；

破断力80～100％，从金黄色渐变成粉红色。

本发明的有益效果：

通过本发明的实施，实现锚杆力原位变色显示，即传感器颜色可根据锚杆力的大小而发生改变，不同的锚杆力对应不同的颜色，再加上传感器中具有增强反光效果，可以通过头灯或其他光源实现远距离高效观测，这样，利用该传感器能够对整个锚固工程海量布点监测，无需维护管理，无需专人点检，人人均可成为安全员，对锚杆支护工程的施工质量管理和安全生产具有十分重要的意义。