[发明专利]一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置

说明书

本发明公开了可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，可实现在进行岩体应力监测的过程中对监测装置自身位姿进行检测，从而对其偏向角进行补偿，保证测试的真实性和可靠性。该测量装置主要包括空心包体应力计骨架，应变传感器，热敏电偶，电桥放大电路，温度补偿测量电路，MEMS三轴陀螺仪，本地数据采集模块组成。其中应变传感器分组粘贴于测量装置中部检测腔体内壁，电桥放大电路，温度补偿测量电路，MEMS三轴陀螺仪均集成于本地数据采集模块上，安装在尾部数据采集腔体，同时获取应变、温度、三轴倾角数据，通过融合分析进行应力大小及方向补偿计算，避免因岩层运动造成测量装置方向改变导致应力监测存在较大误差，保证测试的真实性和可靠性。

技术领域

本发明涉及岩体应力测量及监测技术领域，尤其涉及一种可检测应力计本身位姿并对其进行补偿的岩体应力测量装置及其使用方法。

背景技术

目前岩体应力测试包括原岩地应力测试与扰动应力测试。其中扰动应力测试主要监测工程开挖扰动和运移过程中岩体应力的变化情况，是进行地下工程开挖、设计、稳定性分析的关键测试参数。地应力测量目前多采用空心包体应变计法，如澳大利亚CSIRO三向空心包体应力计，中国专利公开号CN 104280167B，CN 105910531A等所公开的三维应力测试装置等。

空心包体应变计的基本原理是在监测探头腔体内部根据测量方向粘贴应变传感器，通过电桥电路将监测信号放大并进行采集，从而计算出所受岩体应力的方向和大小。通过定位推送装置，将空心包体推入测量钻孔，并标定空心包体的空间方位，从而实现测点三维应力的长期监测。但是岩层在工程开挖扰动，空心包体将跟随岩层运动发生转动，空心包体应力计产生偏向角。现有空心包体应变计均未对其检测时的位姿情况进行检测，因此在空心包体应力计偏向角较大时，所检测数据处理后与所需检测实际应力偏差较大，造成数据误差较大无法使用。因此为满足地下空间复杂环境下长期应力监测的要求，有必要研发一套可实现对空心包体自身位姿进行监测的岩体应力测量装置，在进行岩体应力监测的过程中对监测装置自身位姿进行检测，从而对其偏向角进行补偿，保证测试的真实性和可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，可在行岩体应力监测的过程中对监测装置自身位姿进行检测，从而对由应力计姿态产生的误差进行补偿，保证数据的精度和可解释性。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，包括空心包体应力计骨架1，应变传感器2，热敏电偶3，电桥放大电路4，温度补偿测量电路5，MEMS三轴陀螺仪6，本地数据采集模块组成7。

所述的空心包体应力计骨架为中空圆柱状，由导向头13，中部检测腔体12，尾部数据采集腔体11组成。所述的应变传感器2根据检测需求，设计粘贴方向，粘贴于中部检测腔体12内壁；所述的热敏电偶3粘贴于中部检测腔体12下部，用以检测应变计所处环境温度，进行温度补偿；电桥放大电路4，温度补偿测量电路5，MEMS三轴陀螺仪6均集成于本地数据采集模块7上，安装在尾部数据采集腔体11，实现本地数据采集，以及温度与姿态补偿。

所述应变传感器2分为若干组，每组互成120°粘贴，各组沿中部检测腔体12均匀粘贴。应变传感器2与电桥放大电路4相连，通过电桥放大电路4将检测应变放大及进行温度补偿。热敏电偶3与温度补偿测量电路5连接，直接对检测腔体内温度进行数据采集。MEMS三轴陀螺仪6集成在本地数据采集模块上，采集当前空心包体应力的三轴方向角度。

本地数据采集模块由AD转换模块及单片机组成，通过AD转换模块采集应变传感器，温度补偿电路数据，通过包括SPI、IIC、CAN通信在内的通信格式读取MEMS三轴陀螺仪数据，由单片机进行处理，直接传输数字量进行原位采集。本地数据采集模块可设置连续采集、间隔采集、定时采集和休眠待机等工作模式，实现钻孔孔壁三维应变短期、长期监测以及监测系统的低功耗管理。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：