一種多功能智能錨桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能智能錨桿的制作方法，利用安裝在智能錨桿上的光纖光柵傳感器測(cè)量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算錨桿在不同深度的軸力，從而對(duì)錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評(píng)價(jià)，同時(shí)也能對(duì)圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；本發(fā)明的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器制作工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)相比較為低廉。本發(fā)明主要通過(guò)常用的實(shí)心錨桿和由多個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器并輔以多點(diǎn)溫度補(bǔ)償傳感器組成，制作簡(jiǎn)單，布設(shè)方便，有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】
一種多功能智能錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道、巖土和邊坡工程的錨桿軸力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體涉及一種基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的多功能智能錨桿的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采礦等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。錨桿支護(hù)是通過(guò)圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在開挖面周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)圍巖或巷道等穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護(hù)方法，是圍巖、礦山等支護(hù)的重大變革。錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡(jiǎn)單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快。因此錨桿已在很多土木、巖土、隧道、采礦等工程中被大量的使用，如基于新奧法的隧道開挖，錨桿使用量動(dòng)輒幾萬(wàn)根，另外如三峽水利工程，亦用了有十幾萬(wàn)根各式錨桿。
[0003]隨著錨桿支護(hù)的廣泛使用，對(duì)于錨桿在圍巖中的受力、承載能力、以及可能的損傷等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測(cè)，從而對(duì)于圍巖的支護(hù)情況、穩(wěn)定情況等作出判斷顯得尤為重要，且已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要課題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于錨桿在圍巖支護(hù)中的受力、承載、及損傷情況的測(cè)試方法基本可歸納為兩大類，其中一類是使用測(cè)力錨桿、錨桿拉拔計(jì)、應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變片通過(guò)錨桿“拉拔試驗(yàn)”來(lái)測(cè)試錨桿在拉拔作用下的受力情況和損傷情況;另一類則采用比較間接的方式，利用電磁波、聲波等在不同介質(zhì)層的反射差異來(lái)檢測(cè)砂漿錨固體的飽和程度，間接評(píng)價(jià)錨固的受力及損傷情況。但這些方法從總體上看，存在著受環(huán)境影響大，耐久性差，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，測(cè)試誤差大等缺點(diǎn)，對(duì)于像巖土、隧道、采礦等環(huán)境比較惡劣、施工方式粗放，但測(cè)試精度要求高的實(shí)際工程應(yīng)用，其適用性尤顯單薄。
[0004]近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的光纖傳感技術(shù)具有耐久性好，性能穩(wěn)定、抗電磁干擾、便于分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，也對(duì)錨桿軸力檢測(cè)、損傷識(shí)別等提出了新的思路。目前已有相關(guān)學(xué)者基于B0TDR、B0TDA等技術(shù)對(duì)錨桿支護(hù)進(jìn)行了檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，但是由于目前解調(diào)技術(shù)的瓶頸限制，其測(cè)試精度嚴(yán)重不足;而FBG光柵由于精度高，應(yīng)變測(cè)量能達(dá)到Ιμε，而且封裝后能防水，耐腐蝕，長(zhǎng)期性能比較好，不僅能傳感，而且也能用于傳輸數(shù)據(jù)，利于組網(wǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。大連理工大學(xué)等也將光柵測(cè)試技術(shù)在錨桿監(jiān)測(cè)方面作了很多有益的工作，但是都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)試，只能得到非常局部的應(yīng)變情況，但很難準(zhǔn)確地描述尺度比較大的錨桿全長(zhǎng)的受力和變形狀況，不能對(duì)錨桿的損傷給出有效的判斷。總的來(lái)說(shuō)，目前的測(cè)試方法存在以下幾個(gè)問題，1.單純而簡(jiǎn)單得應(yīng)用光纖和光柵技術(shù)，往往由于不僅其傳感部分，而且其引線都容易損壞，不能適應(yīng)這些實(shí)際工程粗放式的施工環(huán)境;2.錨桿結(jié)構(gòu)尺度大，損傷分布范圍廣，傳統(tǒng)的點(diǎn)式傳感很難準(zhǔn)確得捕捉到損傷;3.傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)往往都忽視錨桿不同深度的應(yīng)力應(yīng)變變化，而實(shí)際圍巖由于圍巖在荷載作用之下產(chǎn)生形變，或者是機(jī)械開挖和爆破的原因，往往在靠近開挖面的巖層會(huì)出現(xiàn)一些碎裂，在圍巖受力作用下，其內(nèi)部將出現(xiàn)內(nèi)力重分布，因此在錨桿不同深度的位置上，其應(yīng)力應(yīng)變很可能是不同的；4.目前的光纖分布式測(cè)試技術(shù)由于技術(shù)上的瓶頸問題，精度太低，實(shí)用性??；5.傳統(tǒng)的光柵測(cè)試，都是基于光柵與光柵間引線的熔接串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是光纖的熔接更易造成損壞斷裂，且大大地增加其光損，從而影響其測(cè)試性能;6.傳統(tǒng)的基于點(diǎn)式測(cè)試方式，只能獲得該點(diǎn)的應(yīng)變，無(wú)法獲得錨桿的位移。
[0005]為了提高結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)試的真實(shí)性、可靠性以及噪聲魯棒性，東南大學(xué)已開發(fā)出了長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵應(yīng)變傳感器，并成功運(yùn)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。基于光纖光柵的各類傳感器的開發(fā)正在大力推進(jìn)中，但基于光纖光柵對(duì)于錨桿及圍巖監(jiān)測(cè)的研究目前還很少。目前基于光柵的測(cè)試都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)試的方法，對(duì)于利用長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵進(jìn)行錨桿承載情況、應(yīng)力應(yīng)變情況、以及損傷探測(cè)等研究在國(guó)內(nèi)外檢索尚無(wú)相關(guān)專利及相關(guān)文獻(xiàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0000]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有尚精確度、尚耐久性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵智能錨桿的制作方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種多功能智能錨桿，包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、環(huán)氧樹脂或植筋膠、鎧裝光纜和軟塑料套管；
[0008]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器安裝在錨桿沿縱向所開的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹脂或植筋膠封裝；
[0009]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0010]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0011]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出，所述鎧裝光纜穿于軟塑料套管之中。
[0012]上述一種多功能智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0013](I)制作無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器
[0014](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵；
[0015](a2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測(cè)試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置；
[0016](a3)將光纖兩端通過(guò)牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器；
[0017](a4)對(duì)于每個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元來(lái)說(shuō)，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過(guò)固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖則與套管內(nèi)壁無(wú)接觸或雖有輕微接觸，但摩擦力極小可忽略；
[0018](a5)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器本身的一體化封裝加固；
[0019](2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器
[0020](bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對(duì)應(yīng)，或者按照沿錨桿長(zhǎng)度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長(zhǎng)不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長(zhǎng)亦不能有相同的波長(zhǎng)；
[0021](b2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會(huì)碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器。
[0022](b3)對(duì)于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動(dòng)；
[0023](b4)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行溫度補(bǔ)償輔助傳感器本身的一體化封裝加固；
[0024](3)制作多功能智能錨桿
[0025](Cl)選用實(shí)體錨桿，并沿縱向開一個(gè)小槽;準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度適中的鎧裝光纜，并穿于一根直徑與硬度適中的軟塑料套管之中，鎧裝光纜比軟塑料套管略長(zhǎng)，兩頭露出；
[0026](c2)將制作好的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器固定于錨桿所開的小槽內(nèi)，并分別用鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出;無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜進(jìn)行熔焊的熔焊接頭位于錨桿小槽內(nèi)，且鎧裝光纜在小槽內(nèi)保留具有能起到錨固作用的長(zhǎng)度，這樣封裝后外部光纜的受力不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部傳感器受力；
[0027](c3)在錨桿小槽內(nèi)注入環(huán)氧樹脂或植筋膠至填平，將無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器與錨桿封裝為一體，形成最終的多功能智能錨桿。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029](I)本發(fā)明的智能錨桿原理簡(jiǎn)單可靠，測(cè)試方法新穎巧妙。本發(fā)明主要是利用安裝在智能錨桿上的光纖光柵傳感器測(cè)量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算錨桿在不同深度的軸力，從而對(duì)錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評(píng)價(jià)，同時(shí)也能對(duì)圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；
[0030](2)本發(fā)明的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器制作工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)相比較為低廉。本發(fā)明主要通過(guò)常用的實(shí)心錨桿和由多個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器并輔以多點(diǎn)溫度補(bǔ)償傳感器組成，制作簡(jiǎn)單，布設(shè)方便，有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益；
[0031](3)本發(fā)明的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器由多個(gè)串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成，因此不僅能測(cè)量不同深度的錨桿的應(yīng)變和軸力情況，還能測(cè)量錨桿軸向的變形量，獲取圍巖等的沉降或滑移的位移
[0032](4)本發(fā)明的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器，由刻寫在一根光纖上的多個(gè)裸光柵封裝而成，因此各個(gè)傳感單元相互之間自然連接，無(wú)需熔接，避免了光纖熔接處光損大，容易斷的缺點(diǎn)；
[0033](5)由于本發(fā)明的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器本身采用了復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂封裝，其耐水防銹、耐腐蝕等性能優(yōu)越，且不怕電磁屏蔽和干擾，與錨桿一體化封裝以后更是能適用于環(huán)境侵蝕，具有很好的耐久性和廣泛的適用性；
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明的多功能智能錨桿構(gòu)造示意圖；
[0035]圖2為圖1的縱向剖視圖；
[0036]圖3為圖1的橫向剖視圖；
[0037]圖4為本發(fā)明的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明的多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040]如圖1-5所示，一種多功能智能錨桿，包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器1、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2、環(huán)氧樹脂或植筋膠3、鎧裝光纜4和軟塑料套管5;
[0041]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2安裝在錨桿6沿縱向所開的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹脂或植筋膠3封裝；
[0042]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0043]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0044]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2分別與鎧裝光纜4連接，從錨桿6內(nèi)引出，所述鎧裝光纜4穿于軟塑料套管5之中。
[0045]上述一種多功能智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0046](I)制作無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器
[0047](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵；
[0048](a2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測(cè)試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置；
[0049](a3)將光纖兩端通過(guò)牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器；
[0050](a4)對(duì)于每個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元來(lái)說(shuō)，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過(guò)固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖則與套管內(nèi)壁無(wú)接觸或雖有輕微接觸，但摩擦力極小可忽略；
[0051](a5)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器本身的一體化封裝加固；
[0052](2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器
[0053](bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對(duì)應(yīng)，或者按照沿錨桿長(zhǎng)度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長(zhǎng)不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長(zhǎng)亦不能有相同的波長(zhǎng)；
[0054](b2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會(huì)碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器。
[0055](b3)對(duì)于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動(dòng)；
[0056](b4)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行溫度補(bǔ)償輔助傳感器本身的一體化封裝加固；
[0057](3)制作多功能智能錨桿
[0058](Cl)選用實(shí)體錨桿，并沿縱向開一個(gè)小槽;準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度適中的鎧裝光纜，并穿于一根直徑與硬度適中的軟塑料套管之中，鎧裝光纜比軟塑料套管略長(zhǎng)，兩頭露出；
[0059](c2)將制作好的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器固定于錨桿所開的小槽內(nèi)，并分別用鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出;無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜進(jìn)行熔焊的熔焊接頭位于錨桿小槽內(nèi)，且鎧裝光纜在小槽內(nèi)保留具有能起到錨固作用的長(zhǎng)度，這樣封裝后外部光纜的受力不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部傳感器受力；
[0060](c3)在錨桿小槽內(nèi)注入環(huán)氧樹脂或植筋膠至填平，將無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器與錨桿封裝為一體，形成最終的多功能智能錨桿。
[0061]本發(fā)明的多功能智能錨桿的工作原理如下:是將含有多個(gè)傳感單元的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器安裝并封裝于錨桿之內(nèi)，因此錨桿因受力而引起的應(yīng)變將被長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器的所有傳感單元捕捉，由于有多個(gè)傳感單元，因此能捕捉到錨桿不同位置的應(yīng)變，繼而推算出錨桿在不同位置的應(yīng)力以及承載情況。同時(shí)，可根據(jù)錨桿長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變分布，在可不計(jì)其彎曲影響時(shí)，可以獲得其沿軸向方向的位移。對(duì)于圍巖來(lái)講，特別是對(duì)于新奧法隧道開挖等用爆破等手段開挖的時(shí)候，會(huì)使得巖層出現(xiàn)一定程度的破碎，因此加入錨桿進(jìn)行支護(hù)后，在不同深度的應(yīng)力應(yīng)變也將不同，因此本發(fā)明的智能錨桿能比較準(zhǔn)確得反映出由于巖層內(nèi)部?jī)?nèi)力重分布而引起的應(yīng)力不均情況，從而能準(zhǔn)確得反映錨桿真實(shí)的受力及承載支護(hù)情況。多個(gè)智能錨桿布置在圍巖的不同位置，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的錨桿承載情況，以及圍巖支護(hù)和穩(wěn)定情況，這對(duì)圍巖監(jiān)測(cè)非常重要。
[0062]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能智能錨桿的制作方法，其特征在于:該多功能智能錨桿包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、環(huán)氧樹脂或植筋膠、鎧裝光纜和軟塑料套管； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器安裝在錨桿沿縱向所開的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹脂或植筋膠封裝； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段； 所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出，所述鎧裝光纜穿于軟塑料套管之中； 上述一種多功能智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟: (1)制作無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器 (al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵； (a2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測(cè)試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置； (a3)將光纖兩端通過(guò)牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器； (a4)對(duì)于每個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元來(lái)說(shuō)，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過(guò)固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖則與套管內(nèi)壁無(wú)接觸或雖有輕微接觸，但摩擦力極小可忽略；(a5)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器本身的一體化封裝加固； (2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器 (bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對(duì)應(yīng)，或者按照沿錨桿長(zhǎng)度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長(zhǎng)不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長(zhǎng)亦不能有相同的波長(zhǎng)； (b2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會(huì)碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器。 (b3)對(duì)于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動(dòng)； (b4)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹脂，進(jìn)行溫度補(bǔ)償輔助傳感器本身的一體化封裝加固； (3)制作多功能智能錨桿 (Cl)選用實(shí)體錨桿，并沿縱向開一個(gè)小槽;準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度適中的鎧裝光纜，并穿于一根直徑與硬度適中的軟塑料套管之中，鎧裝光纜比軟塑料套管略長(zhǎng)，兩頭露出； (c2)將制作好的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器固定于錨桿所開的小槽內(nèi)，并分別用鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出；無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜進(jìn)行熔焊的熔焊接頭位于錨桿小槽內(nèi)，且鎧裝光纜在小槽內(nèi)保留具有能起到錨固作用的長(zhǎng)度，這樣封裝后外部光纜的受力不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部傳感器受力； (c3)在錨桿小槽內(nèi)注入環(huán)氧樹脂或植筋膠至填平，將無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器與錨桿封裝為一體，形成最終的多功能智能錨桿。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK106017523SQ201610560845
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】萬(wàn)春風(fēng), 趙學(xué)亮, 夏呈
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)