CN203216648U - 一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置 - Google Patents

Abstract

一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，属于矿井设备领域。包括固定座（10），其特征在于：所述的固定座（10）上方固定有应力感应装置，应力感应装置上方固定有外壳（5），光电监测装置固定在外壳（5）内的固定架（4）上，光电监测装置与电缆（1）相连。本实用新型将光源及CMOS图像传感器与玻璃测片固定为一体，从而具有较高的测量准确性，同时降低了成本，且性能更加稳定。通过CMOS图像传感器对光学条纹进行监测，并将光信号转换为电信号进行输出，监测结果更加直观，采用的CMOS图像传感器、闪光灯及外壳均为本安型，在井下使用更加安全。

Description

一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置

技术领域

一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，属于矿井设备领域。具体涉及一种矿井井下岩土工程领域岩体应力监测装置。

背景技术

地下岩土工程的作业空间一般处于强烈多变的应力场内，空间围岩应力的变化直接影响到支护方法的效果好坏及人员和设备的安全。在地下岩土工程施工过程中产生的再生应力与原始地应力场叠加破坏了围岩的应力平衡状态，围岩的位移和应力集中将导致围岩稳定性破坏，从而形成威胁作业空间的不稳定因素。围岩应力监测是保障地下工程施工安全的重要因素，是围岩破坏规律研究的重要手段。由于地下岩体处于特殊赋存条件下，其非均质、非线性特征使得其力学形态和本构关系体现出来复杂性和特殊性。现阶段还没有成熟的计算理论来准确得到与工程实际完全相符的定量结果，因此，必须通过现场监测来得到较为准确的应力值。

在现有的采用光电技术对岩体应力监测的传感装置中，通常将玻璃测片固定于岩体钻孔内，然后在钻孔外部对传感装置中的玻璃测片施加光源形成光学条纹，当玻璃测片受力挤压变形之后，玻璃测片所产生的光学条纹相应发生变化，通过外部的摄像装置对光学条纹的变化进行监测，从而反映出岩体内部的应力变化。但是这种光源和摄像头外置的形式不利于光源和摄像头的安装和固定，从而会导致测量不准确，同时具有制造成本高、性能不稳定以及监测结果不直观等缺点。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种将光源及CMOS图像传感器与玻璃测片固定为一体，具有较高的测量准确性，同时降低了成本，且性能更加稳定的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，包括固定座，其特征在于：所述的固定座上方固定有应力感应装置，应力感应装置上方固定有外壳，光电监测装置固定在外壳内的固定架上，光电监测装置与电缆相连。

所述的应力感应装置包括玻璃测片和固定于玻璃测片下方的防护片，玻璃测片中心开有上下联通的中心孔，玻璃测片的下端面涂有反射涂层，玻璃测片和防护片均与固定座的直径相同。

所述的玻璃测片下端面的反射涂层向上反光。

所述的光电监测装置包括固定在固定架下方中心位置的CMOS图像传感器和闪光灯，两个闪光灯对称设置于CMOS图像传感器两侧，光电监测装置向下照射。

所述的固定架为圆形，固定架的外径与外壳内径相同。

所述的玻璃测片直径为50mm，厚度为20mm，中心孔的直径为10mm。

所述的防护片厚度为1~4mm。防护片用于保护反射涂层。

所述的固定座上部为圆柱状，下部为圆锥状。

与现有技术相比，本实用新型的所具有的有益效果是：

1、本实用新型将光源及图像传感器与玻璃测片固定为一体，从而具有较高的测量准确性，同时降低了成本，且性能更加稳定；

2、采用了防水接头，可以有效避免井下潮湿的环境对装置的影响；

3、CMOS图像传感器、闪光灯以及外壳均为本安型，在井下使用更加安全；

4、通过CMOS图像传感器对光学条纹进行监测，并将光信号转换为电信号进行输出，监测结果更加直观。

附图说明

图1为一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置剖视图。

其中：1、电缆  2、防水接头  3、CMOS图像传感器  4、固定架  5、外壳  6、闪光灯  7、中心孔  8、玻璃测片  9、防护片  10、固定座。

具体实施方式

图1是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置有以下几部分组成：电缆1、防水接头2、CMOS图像传感器3、固定架4、外壳5、闪光灯6、中心孔7、玻璃测片8、防护片9以及固定座10。固定座10上端为圆柱形，下端为圆锥形，呈陀螺状。固定座10的顶端通过粘合剂与防护片9相连接，防护片9上方通过粘合剂固定有玻璃测片8，防护片9与玻璃测片8截面均为圆形且与固定座10直径相同。玻璃测片8为圆柱状，其中心开有上下联通的中心孔7，其下端与粘合剂的接触面上镀有反射涂层，反射涂层的反光面方向向上，实现光向上反射，防护片9用于保护反射涂层。

玻璃测片8上部通过粘合剂固定有外壳5，外壳5为外径与玻璃测片8直径相同的圆筒状，外壳5内固定有固定架4。在本实用新型中，固定架4为外径与外壳5内径相同的圆形，其外径周圈与外壳5的内径周圈相接触。在固定架4的下方中心位置固定有CMOS图像传感器3，在CMOS图像传感器3两侧对称设置有两个闪光灯6，两个闪光灯6同样固定于固定架4上，且照射方向竖直向下。CMOS图像传感器3和闪光灯6同时与电缆1相连，电缆1为CMOS图像传感器3和闪光灯6提供工作所需电力。CMOS图像传感器3能够保证有效捕捉光学信号，并实时转换为电信号，电信号同样经电缆1进行输出。电缆1向上从外壳5顶部引出，在电缆1的引出处安装有防水接头2。

具体工作过程如下：首先，在岩体中开出一定尺寸钻孔，然后将本实用新型的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置安装在岩体内部。然后通过电缆1为闪光灯6和CMOS图像传感器3提供工作所需要的电能。闪光灯6开始发光，光线向下穿过玻璃测片8之后照射到涂于玻璃测片8下端面的反射涂层上，光线在反射涂层的作用下向上发射并在玻璃测片8上形成光学条纹，CMOS图像传感器3对玻璃测片8上的光学条纹进行监测，并通过电缆1向外传输到地面监测***。

当岩体内的应力发生变化时，玻璃测片8发生形变，在其上形成的光学条纹也随之发生变化，CMOS图像传感器3将该变化传输到地面监测***，地面监测***进行判断，以便及时采取相应措施。

在本实用新型中，玻璃测片8直径为50mm，高度为20mm，设置在其内部的中心孔7直径为10mm，其安装位置为CMOS图像传感器3焦点处。

防护片9的厚度为2mm，可根据实际情况在1~4mm的范围内进行调整。

外壳5为本安型外壳，采用防锈金属材料制作，以满足煤矿等特殊地下工程使用要求。固定在其内的固定架4同样为金属材质，通过焊接方式固定在外壳5内部，也可以采用粘合剂粘合的方式进行固定。

CMOS图像传感器3和闪光灯6同样为本安型。其中闪光灯6可以根据需要常亮或者仅在CMOS图像传感器3进行信号采集时间隔点亮。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，包括固定座（10），其特征在于：所述的固定座（10）上方固定有应力感应装置，应力感应装置上方固定有外壳（5），光电监测装置固定在外壳（5）内的固定架（4）上，光电监测装置与电缆（1）相连。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的应力感应装置包括玻璃测片（8）和固定于玻璃测片（8）下方的防护片（9），玻璃测片（8）中心开有上下联通的中心孔（7），玻璃测片（8）的下端面涂有反射涂层，玻璃测片（8）和防护片（9）均与固定座（10）的直径相同。

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的玻璃测片（8）下端面的反射涂层向上反光。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的光电监测装置包括固定在固定架（4）下方中心位置的CMOS图像传感器（3）和闪光灯（6），两个闪光灯（6）对称设置于CMOS图像传感器（3）两侧，光电监测装置向下照射。

5.根据权利要求1或4所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的固定架（4）为圆形，固定架（4）的外径与外壳（5）内径相同。

6.根据权利要求2所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的玻璃测片（8）厚度为20mm，中心孔（7）的直径为10mm。

7.根据权利要求2所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的防护片（9）厚度为1~4mm。

8.根据权利要求2所述的一种高灵敏度地下岩体应力光电传感装置，其特征在于：所述的固定座（10）上部为圆柱状，下部为圆锥状。

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