[发明专利]一种固液混合单向力监测装置及监测方法

说明书

本发明公开了一种固液混合单向力监测装置及监测方法。该装置包括上、下壳体、承载体、反光层、变色环、偏振片、导向圆筒；上、下壳体具有相同结构，为饼状圆环结构，壳体内侧壁设有向内的一层环形凹槽，凹槽内设有弹性垫，上、下壳体分别将具有弹性垫一侧安装在承载体上下表面，使得弹性垫被封闭在由壳体和承载体及密封环形成的封闭腔内；承载体为内部空心的圆筒结构，承载体及上下壳体外设有导向圆筒，导向圆筒的筒壁上设有孔，用于将导向圆筒内外连通；导向圆筒外部为环状的变色环，上、下壳体、承载体、导向圆筒及变色环形成一个密闭容腔，其内灌充硅油或酒精；变色环内侧设有一圈反光层，外侧贴有偏振片。本发明大大提高工程设施的安全性能。

技术领域

本发明涉及一种固液混合单向力监测装置及监测方法，属于传感技术领域。

背景技术

工程中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，岩石工程中锚杆或锚索的轴向力。以岩土工程中的锚杆支护为例，锚杆的轴向力是一种单向力，但由于施工条件恶劣及锚杆工作状态复杂，导致对锚杆轴力监测有限，从而引发冒顶等安全事故，这将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以及时对锚杆支护质量进行检测，测试出这些力对锚杆支护工程的正常维护和矿井安全生产具有十分重要的意义。

传统的单向力监测装置分为两类。一种使用电源，如应变片，利用锚杆的应变来监测锚杆的应力，但由于需要电源，安全管理复杂，给巷道的管理带来极大的安全隐患。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，但无法满足工程需要的远距离观测；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；还有中国发明专利CN105067169A公开了一种通过共振板听取声音的大小与频率来辨别轴向力的大小，中国发明专利

CN105067170A公开了一种通过锤击法根据不同频率的声音来判断轴向力的大小，但该方法对人员要求较高；中国实用新型专利CN203452813U公开了一种锚杆预紧力检测装置，通过高强弹簧的位移来判断轴向力，但由于位移太小，直接通过肉眼观察变形程度来判断锚杆轴向力非常困难。

因此，需要一种结构简单可靠、无需电源、适合大规模安装使用的监测装置。

中国发明专利CN105675201A公开了一种由显示机构和均载装置组成，通过将均载装置产生的均匀压力作用到显色装置上，显示不同颜色来表明单向力的装置；该装置采用液体薄垫来实现均载，从而实现显示颜色的同一性，然而该装置具有以下缺点，导致实施后难以推广：(1)载荷分两部分并行传递，一路液体9和变色环8,一路承载体10，由于液体9和变色环8的热膨胀系数大于承载体10热膨胀系数，所以在环境温度变化时该装置出现温度变化导致颜色变化的问题，无法满足工程需要；(2)为解决上述热膨胀导致温度变化问题，液体9采用微量液体，以控制其膨胀量，然而，在发生偏载时，壳体1容易与变色环8发生接触，从而导致均载效果失效，理论和试验证明，采用微量液体无法同时控制热膨胀导致的颜色指示错误和壳体1与变色环8接触两个问题。

中国发明专利CN105547541A公开了一种由上下壳体、承载体、显色机构组成,通过显色装置将承载体产生的压力转化为不同的颜色来判断单向力的装置；该装置存在以下缺点：(1)在发生偏载时，颜色均匀性差，虽然采用了弹性垫，但由于其内摩擦，导致无法实现良好的均载效果，导致承载体变形不均，从而导致变色环受力不均，结果显示颜色不均；(2)在变色环与承载体的装配过程中，其装配间隙严重影响显示颜色与载荷的关系，从而对变色环与承载体的加工精度提出了很高要求，同时加工粗糙度也影响着颜色的均匀性，若采用提高加工精度的方法解决，则导致常规加工方法无法满足要求。