CN103868632B - 一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力测量方法,属于现代测控技术领域。本发明的方法将涡流传感器置于锚杆组件中的螺母表面,通过阻抗测量与分析装置分析得出涡流传感器阻抗值与锚杆拉力间的关联,由此采用实际测量得到的传感器阻抗值变化间接反映锚杆拉力水平。该方法简单易行,具有很好的应用价值,可以用于巷道支护中常用锚杆的拉力测量。
Description
技术领域:
本发明属于现代测控技术领域,特别是涉及一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力的测量方法。该方法特点为:非接触、环境适应性强、线性范围大、灵敏度高、测量多种参数。通过已标定的涡流传感器能监测锚杆所受拉力。
背景技术:
煤巷锚杆支护技术具有支护效果好、成本低等诸多特点,己经成为煤矿巷道首选的、高效的支护方式。但由于煤矿井巷工程的围岩条件复杂性以及工程的隐蔽性,施工质量控制比较困难,且锚杆埋置于岩土介质而无法直接进行拉力测量的实际工况。
目前煤矿生产中已有几种结构形式的锚杆测力仪在使用,多以机械丝杠推动液压油缸式为多见。据多家用户反映,该系列仪器还存在很多不足之处:如结构笨重,结构为分体式而操作不方便,由于存在液压油的泄漏、缸筒的摩擦阻力及测量结果用指针显示等原因,常出现精度偏低目保持性差、使用一段时间就会出现较大的偏差等现象。
其次,测力锚杆在国内也应用较多,作为测力装置,一方面对锚杆受力状态进行监测,同时还作为支护材料保护巷道,使用方便。但是这种测力装置的缺点是***安装繁琐复杂,回收、重复利用困难,一旦出现问题整个监测***都会崩塌。并且测力锚杆属于点测量或区域性测量,不易于实现对整个锚杆支护工程中的所有锚杆实行监测。
综上所述,有必要采用新的非接触式锚杆测力的方法对锚杆所受拉力实现快速准确测量。涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法,随着电涡流理论及其试验的不断发展与完善,促使了涡流检测与评估技术的不断发展。涡流阻抗法的基本原理为:当金属材料承受拉力时,材料的电导率、磁导率等参数将发生改变。对于固定的涡流传感器而言,材料电导率及磁导率的变化将对材料表面形成的涡流场产生扰动,进而引起传感器电路阻抗的变化。通过测量传感器的电路阻抗即可反映出材料的拉力变化,该方法进行拉力测量时还需考虑涡流场的集肤效应,以确定拉力测量敏感深度。
发明内容:
本发明的目的在于克服锚杆埋置于岩土介质而无法直接进行拉力测量的工况,与锚杆非接触的情况下实现对其所受拉力大小进行间接测量。
为实现上述发明目的,本发明提供的技术方案如下:
一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力的测量方法,其特征在于:采用与受力锚杆非接触式的方法,把涡流传感器置于位于锚杆上的外露的螺母上,通过传感器测得阻抗值的大小反应出锚杆所受拉力值;测量方法的实现方式为:在锚杆受拉状态下,利用涡流传感器测量因拉力变化引起的螺母表面阻抗值的变化,以间接反映锚杆拉力。
置于螺母的测量锚杆拉力的涡流阻抗传感器为磁芯式的涡流阻抗传感器;其主要结构由U字型铁氧体磁芯和位于U字型铁氧体磁芯外侧的线圈绕组组成。
所述的非接触式锚杆拉力的测量方法,具体步骤如下:
S1:标定实验;采用涡流传感器对埋置土中锚杆进行拉力测量时,预先进行标定实验;首先将涡流传感器安装于待测螺母表面,对锚杆进行轴向拉伸,使用阻抗分析仪进行数据采集从而记录不同拉力时涡流传感器输出电阻抗Z;对数据进行整理得到阻抗值Z与拉力T的对应关系;对测量所得结果进行数据拟合,得到可表示阻抗值Z与拉力T的关系标定方程F(Z,T);
S2:锚杆拉力测量;在锚杆服役过程中,将已标定好的涡流传感器安装于被测螺母上靠近托盘位置,将阻抗测量仪所获取电阻抗参数代入标定方程F(Z,T),计算出锚杆的实际拉力T。
所述拉力测量标定方程F(Z,T)的拟合方法为线性拟合,选取具有直线方程形式的标定方程Z=aT+b;a为倍数系数,b为常量系数。
本发明具有以下有益效果:
(1)电涡流传感器具有非接触、环境适应性强、线性范围大、灵敏度高能测量多种参数等优点,用其进行锚杆拉力测量,很大程度上提高了测量的线性范围和灵敏度。
(2)非接触式的测量方法更适用于实际工况中锚杆的健康监测,便携式的涡流传感器免除了搬运大型监测机构的麻烦。
附图说明:
图1本发明使用涡流传感器测量锚杆拉力示意图;
图2传感器放置示意图;
图3锚杆承受拉力时螺母受力状态示意图;
图4涡流传感器标定拟合直线;
图中:1-围岩2-涡流传感器3-阻抗分析仪4-锚杆5-螺母6-托盘。
具体实施方式:
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。下面本发明作进一步说明:
本发明提供一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力测量方法,所述测量方法包括以下步骤:
S1:对测量锚杆拉力的涡流传感器进行标定实验。
S1.1将涡流传感器2安装于被测螺母5的任意一面靠近托盘6的位置,再锚杆4安装于拉伸试验机。
S1.2利用拉力试验机对锚杆4进行轴向拉伸,在此次验测试过程中采用涡流阻抗传感器2的视在电感Ls作为敏感参数,使用阻抗分析仪3分别提取不同拉力条件下的测量结果,用于得到拉力测量标定方程。
S1.3为弥补原始数据拟合方法中存在的不足,将无拉力时测量所得的视在电感作为基准值,分别计算得出不同拉力时所测量视在电感的增量百分比ΔLs,再与拉力t进行线性拟合,计算结果如图4所示标注为“ΔLs=-0.37172t-0.54396”的曲线。
S2:对工作状态下的锚杆进行拉力测量。
S2.1如图1所示,在实际拉力测量过程中,将涡流传感器2安装于被测螺母5规定位置。
S2.2通过阻抗分析仪3采集由螺母表面应力变化引起的阻抗值Z变化,工况中锚杆与螺母受力状态如图2所示。
S2.3将输出阻抗值Z带入测量标定方程F(Z,T),计算得到锚杆所受拉力大小,从而实现对埋置土中的锚杆进行拉力监测。
Claims (1)
1.一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力的测量方法,其特征在于:采用与受力锚杆非接触式的方法,把涡流传感器置于位于锚杆上的外露的螺母上,通过传感器测得阻抗值的大小反应出锚杆所受拉力值;测量方法的实现方式为:在锚杆受拉状态下,利用涡流传感器测量因拉力变化引起的螺母表面阻抗值的变化,以间接反映锚杆拉力;置于螺母的测量锚杆拉力的涡流阻抗传感器为磁芯式的涡流阻抗传感器;其主要结构由U字型铁氧体磁芯和位于U字型铁氧体磁芯外侧的线圈绕组组成;
具体步骤如下:
S1:标定实验;采用涡流传感器对埋置土中锚杆进行拉力测量时,预先进行标定实验;首先将涡流传感器安装于待测螺母表面,对锚杆进行轴向拉伸,使用阻抗分析仪进行数据采集从而记录不同拉力时涡流传感器输出电阻抗Z;对数据进行整理得到阻抗值Z与拉力T的对应关系;对测量所得结果进行数据拟合,得到可表示阻抗值Z与拉力T的关系标定方程F(Z,T);
S2:锚杆拉力测量;在锚杆服役过程中,将已标定好的涡流传感器安装于被测螺母上靠近托盘位置,将阻抗测量仪所获取电阻抗参数代入标定方程F(Z,T),计算出锚杆的实际拉力T。
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