一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力測(cè)量方法
【專利摘要】一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力測(cè)量方法，屬于現(xiàn)代測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的方法將渦流傳感器置于錨桿組件中的螺母表面，通過(guò)阻抗測(cè)量與分析裝置分析得出渦流傳感器阻抗值與錨桿拉力間的關(guān)聯(lián)，由此采用實(shí)際測(cè)量得到的傳感器阻抗值變化間接反映錨桿拉力水平。該方法簡(jiǎn)單易行，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，可以用于巷道支護(hù)中常用錨桿的拉力測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于現(xiàn)代測(cè)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法。該方法特點(diǎn)為:非接觸、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、線性范圍大、靈敏度高、測(cè)量多種參數(shù)。通過(guò)已標(biāo)定的渦流傳感器能監(jiān)測(cè)錨桿所受拉力。
【背景技術(shù)】:
[0002]煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)具有支護(hù)效果好、成本低等諸多特點(diǎn)，己經(jīng)成為煤礦巷道首選的、高效的支護(hù)方式。但由于煤礦井巷工程的圍巖條件復(fù)雜性以及工程的隱蔽性，施工質(zhì)量控制比較困難，且錨桿埋置于巖土介質(zhì)而無(wú)法直接進(jìn)行拉力測(cè)量的實(shí)際工況。
[0003]目前煤礦生產(chǎn)中已有幾種結(jié)構(gòu)形式的錨桿測(cè)力儀在使用，多以機(jī)械絲杠推動(dòng)液壓油缸式為多見(jiàn)。據(jù)多家用戶反映，該系列儀器還存在很多不足之處:如結(jié)構(gòu)笨重，結(jié)構(gòu)為分體式而操作不方便，由于存在液壓油的泄漏、缸筒的摩擦阻力及測(cè)量結(jié)果用指針顯示等原因，常出現(xiàn)精度偏低目保持性差、使用一段時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)較大的偏差等現(xiàn)象。
[0004]其次，測(cè)力錨桿在國(guó)內(nèi)也應(yīng)用較多，作為測(cè)力裝置，一方面對(duì)錨桿受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)還作為支護(hù)材料保護(hù)巷道，使用方便。但是這種測(cè)力裝置的缺點(diǎn)是系統(tǒng)安裝繁瑣復(fù)雜，回收、重復(fù)利用困難，一旦出現(xiàn)問(wèn)題整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都會(huì)崩塌。并且測(cè)力錨桿屬于點(diǎn)測(cè)量或區(qū)域性測(cè)量，不易于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)錨桿支護(hù)工程中的所有錨桿實(shí)行監(jiān)測(cè)。
[0005]綜上所述，有必要采用新的非接觸式錨桿測(cè)力的方法對(duì)錨桿所受拉力實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確測(cè)量。渦流檢測(cè)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)之上的一種無(wú)損檢測(cè)方法，隨著電渦流理論及其試驗(yàn)的不斷發(fā)展與完善，促使了渦流檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)的不斷發(fā)展。渦流阻抗法的基本原理為:當(dāng)金屬材料承受拉力時(shí)，材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率等參數(shù)將發(fā)生改變。對(duì)于固定的渦流傳感器而言，材料電導(dǎo)率及磁導(dǎo)率的變化將對(duì)材料表面形成的渦流場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而引起傳感器電路阻抗的變化。通過(guò)測(cè)量傳感器的電路阻抗即可反映出材料的拉力變化，該方法進(jìn)行拉力測(cè)量時(shí)還需考慮渦流場(chǎng)的集膚效應(yīng)，以確定拉力測(cè)量敏感深度。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于克服錨桿埋置于巖土介質(zhì)而無(wú)法直接進(jìn)行拉力測(cè)量的工況，與錨桿非接觸的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)其所受拉力大小進(jìn)行間接測(cè)量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0008]一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，其特征在于:采用與受力錨桿非接觸式的方法，把渦流傳感器置于位于錨桿上的外露的螺母上，通過(guò)傳感器測(cè)得阻抗值的大小反應(yīng)出錨桿所受拉力值；測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)方式為:在錨桿受拉狀態(tài)下，利用渦流傳感器測(cè)量因拉力變化引起的螺母表面阻抗值的變化，以間接反映錨桿拉力。
[0009]置于螺母的測(cè)量錨桿拉力的渦流阻抗傳感器為磁芯式的渦流阻抗傳感器；其主要結(jié)構(gòu)由U字型鐵氧體磁芯和位于U字型鐵氧體磁芯外側(cè)的線圈繞組組成。
[0010]所述的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，具體步驟如下:[0011]S1:標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；采用渦流傳感器對(duì)埋置土中錨桿進(jìn)行拉力測(cè)量時(shí)，預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；首先將渦流傳感器安裝于待測(cè)螺母表面，對(duì)錨桿進(jìn)行軸向拉伸，使用阻抗分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集從而記錄不同拉力時(shí)渦流傳感器輸出電阻抗Z ;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到阻抗值Z與拉力T的對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)測(cè)量所得結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到可表示阻抗值Z與拉力T的關(guān)系標(biāo)定方程F(Z，T)；
[0012]S2:錨桿拉力測(cè)量；在錨桿服役過(guò)程中，將已標(biāo)定好的渦流傳感器安裝于被測(cè)螺母上靠近托盤位置，將阻抗測(cè)量?jī)x所獲取電阻抗參數(shù)代入標(biāo)定方程F(Z，T)，計(jì)算出錨桿的實(shí)際拉力T。
[0013]所述拉力測(cè)量標(biāo)定方程F(Z，T)的擬合方法為線性擬合，選取具有直線方程形式的標(biāo)定方程Z=aT+b ；a為倍數(shù)系數(shù)，b為常量系數(shù)。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015](I)電渦流傳感器具有非接觸、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、線性范圍大、靈敏度高能測(cè)量多種參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，用其進(jìn)行錨桿拉力測(cè)量，很大程度上提高了測(cè)量的線性范圍和靈敏度。
[0016](2)非接觸式的測(cè)量方法更適用于實(shí)際工況中錨桿的健康監(jiān)測(cè)，便攜式的渦流傳感器免除了搬運(yùn)大型監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的麻煩。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0017]圖1本發(fā)明使用渦流傳感器測(cè)量錨桿拉力示意圖；
[0018]圖2傳感器放置示意圖；
[0019]圖3錨桿承受拉力時(shí)螺母受力狀態(tài)示意圖；
[0020]圖4渦流傳感器標(biāo)定擬合直線；
[0021]圖中:1-圍巖2-渦流傳感器3-阻抗分析儀4-錨桿5-螺母6_托盤。
【具體實(shí)施方式】:
[0022]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。下面本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0024]本發(fā)明提供一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括以下步驟:
[0025]S1:對(duì)測(cè)量錨桿拉力的渦流傳感器進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。
[0026]S1.1將渦流傳感器2安裝于被測(cè)螺母5的任意一面靠近托盤6的位置，再錨桿4安裝于拉伸試驗(yàn)機(jī)。
[0027]S1.2利用拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)錨桿4進(jìn)行軸向拉伸，在此次驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中采用渦流阻抗傳感器2的視在電感Ls作為敏感參數(shù)，使用阻抗分析儀3分別提取不同拉力條件下的測(cè)量結(jié)果，用于得到拉力測(cè)量標(biāo)定方程。
[0028]S1.3為彌補(bǔ)原始數(shù)據(jù)擬合方法中存在的不足，將無(wú)拉力時(shí)測(cè)量所得的視在電感作為基準(zhǔn)值，分別計(jì)算得出不同拉力時(shí)所測(cè)量視在電感的增量百分比ALs，再與拉力t進(jìn)行線性擬合，計(jì)算結(jié)果如圖4所示標(biāo)注為“ ALs=-0.37172t-0.54396”的曲線。
[0029]S2:對(duì)工作狀態(tài)下的錨桿進(jìn)行拉力測(cè)量。[0030]S2.1如圖1所示，在實(shí)際拉力測(cè)量過(guò)程中，將渦流傳感器2安裝于被測(cè)螺母5規(guī)定位置。
[0031]S2.2通過(guò)阻抗分析儀3采集由螺母表面應(yīng)力變化引起的阻抗值Z變化，工況中錨桿與螺母受力狀態(tài)如圖2所示。
[0032]S2.3將輸出阻抗值Z帶入測(cè)量標(biāo)定方程F (Z, T)，計(jì)算得到錨桿所受拉力大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)埋置土中的錨桿進(jìn)行拉力監(jiān)測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于渦流阻抗法的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，其特征在于:采用與受力錨桿非接觸式的方法，把渦流傳感器置于位于錨桿上的外露的螺母上，通過(guò)傳感器測(cè)得阻抗值的大小反應(yīng)出錨桿所受拉力值；測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)方式為:在錨桿受拉狀態(tài)下，利用渦流傳感器測(cè)量因拉力變化引起的螺母表面阻抗值的變化，以間接反映錨桿拉力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，其特征在于:置于螺母的測(cè)量錨桿拉力的渦流阻抗傳感器為磁芯式的渦流阻抗傳感器；其主要結(jié)構(gòu)由U字型鐵氧體磁芯和位于U字型鐵氧體磁芯外側(cè)的線圈繞組組成。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，其特征在于:具體步驟如下: S1:標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；采用渦流傳感器對(duì)埋置土中錨桿進(jìn)行拉力測(cè)量時(shí)，預(yù)先進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)；首先將渦流傳感器安裝于待測(cè)螺母表面，對(duì)錨桿進(jìn)行軸向拉伸，使用阻抗分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集從而記錄不同拉力時(shí)渦流傳感器輸出電阻抗Z ;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到阻抗值Z與拉力T的對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)測(cè)量所得結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到可表示阻抗值Z與拉力T的關(guān)系標(biāo)定方程 F(Z，T)； S2:錨桿拉力測(cè)量；在錨桿服役過(guò)程中，將已標(biāo)定好的渦流傳感器安裝于被測(cè)螺母上靠近托盤位置，將阻抗測(cè)量?jī)x所獲取電阻抗參數(shù)代入標(biāo)定方程F(Z，T)，計(jì)算出錨桿的實(shí)際拉力T。
4.如權(quán)利要求4所述的非接觸式錨桿拉力的測(cè)量方法，其特征在于:所述拉力測(cè)量標(biāo)定方程F(Z，T)的擬合方法為線性擬合，選取具有直線方程形式的標(biāo)定方程Z=aT+b ;a為倍數(shù)系數(shù)，b為常量系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01L1/14GK103868632SQ201410090742
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】吳斌, 陳蕾, 劉秀成, 何存富 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)