本实用新型专利技术涉及一种高水压分体式岩体变形测量装置，该装置采用LVDT传感器原理进行分体式和防高水压设计，主要部件有金属测杆、磁性铁芯、壳体、防水线圈骨架、线圈、尾附、线夹、电缆线和信号处理仓等；主要电子部件采用全金属外壳和真空粒子密封双层密封工艺处理，具有5MPa以上防水压能力；测量信号具有集中处理、数字化和信号双利用特征，即多个传感器的数据集中一个电子仓处理后、采用数字化信号连接仓外独立读数仪或者现场实验的集中采集装置。本实用新型专利技术实现了传统手工记录到数字化数据传输、实时查看和采集的升级换代，具有耐高水压、抗干扰、精度高、适合试验总体要求、动态响应快和使用寿命长等优点。
A kind of high water pressure separate type deformation measuring device for rock mass
【技术实现步骤摘要】
一种高水压分体式岩体变形测量装置
本技术属于现场岩体力学实验
，涉及一种高水压环境下岩体现场试验的岩体变形测量装置及其构建方法和应用。
技术介绍
岩体现场试验通过在现场制备试样、通过加载试验获得岩体变形强度参数，因为是大尺寸的原位试验，因此试验结果在工程设计中占有重要的地位。岩体现场试验一般在无水勘探平洞中进行，试验中岩体变形测量主要采用千分表人工读数或光栅式传感器电脑自动采集。近年来，我国西部水利水电工程设计和建造了众多高坝水库，最大坝高已超过300m，高水压力和渗流作用下的大尺寸裂隙岩体的力学特性亟需研究，现场实验数据对于坝基岩体和库岸边坡岩体的安全运行具有重要意义。由此，高压水环境下裂隙岩体力学现场试验技术被提出，其中岩体变形测量技术获得重点研究。新型岩体力学现场试验技术测试环境为高压水环境的密闭狭小空间，传感器安装位置小，试验仓密闭后岩体变形测量无法人工复位，试验结果需要高精度变形数据。此外，新型试验技术具有数字化、集中自动采集的整体要求。因此，该测量装置需要大量程(20cm)、高精度(μm级)、易数字化、承受高水压、测量部件小和高可靠性等条件。
技术实现思路
本技术根据现有技术的不足提供一种采用LVDT传感器为原理的耐高水压、分体式岩体变形测量装置及其制备方法。该岩体变形测量装置利用LVDT传感器的无摩擦测量、高分辨率和输入/输出隔离的特性，通过分体式设计和组件的密封设计，可以完美执行新型岩体力学现场试验的变形测量任务。本技术目的在于提供一种狭小空间、高精度、数字化的耐高水压分体式岩体变形测量装置，为此，本技术提供了一种高水压分体式岩体变形测量装置，具体包括信号处理仓和一个或多个测量单元，在信号处理仓内设有电路板，一个或多个测量单元分别通过信号输出电缆与信号处理仓内的电路板信号连接；每个测量单元包括测量支架、分体式测量杆、壳体、磁性铁芯、无磁性线圈骨架和绕制在无磁性线圈骨架上的线圈，所述磁性铁芯悬置在无磁性线圈骨架的中心孔内，其中一端与测量杆连接；所述壳体包裹在无磁性线圈骨架和线圈外，壳体尾端设有尾附件和线夹，并通过尾附件将线圈密封在壳体，所述信号输出电缆通过尾附件和线夹与壳体内的线圈信号连接；所述测量支架连接在壳体上。本技术进一步的技术方案：所述测量装置在进行岩体变形试验时，其每个测量单元的测量支架固定在岩体现场试验过程中选定的不动变形测量基准点处，测量杆未连接磁性铁芯的一端固定在测量试样的表面；并通过测量杆带动磁性铁芯轴向运动切割线圈产生磁力线，并产生电压差，然后把电压变化通过信号输出电缆调解输出到信号处理仓内部的电路板内，并通过电路板将线圈的电信号数字处理后输出到外部读数仪或集中数据采集装置内。本技术较优的技术方案：所述无磁性线圈骨架为防水无磁性材料制成的圆筒状结构，其中部设有底面开口的竖向中心孔，所述线圈缠绕在无磁性线圈骨架上，并浸漆烘干；所述壳体采用无磁性不锈钢材料制成，无磁性线圈骨架的边缘与壳体采用真空粒子密封工艺进行镀膜密封形成信号采集腔，并将线圈密封在无磁性线圈骨架与壳体之间形成的信号采集腔内。本技术较优的技术方案：所述测量杆为无磁性不锈钢材料，其未连接磁性铁芯的一端设有螺纹及紧固螺帽。本技术较优的技术方案：所述信号处理仓采用无磁性不锈钢材料制作而成，电路板密封置于信号处理仓内，并在信号处理仓的两端分别设有用于连接电缆的尾附件和线夹。本技术较优的技术方案：所述测量支架通过夹具固定安装在壳体上。本技术较优的技术方案：进行岩体变形试验时，所述测量杆的测量端埋设于测量试样表面以下，并通过紧固螺帽进行固定。本专利技术以无磁不锈钢(1Cr18Ni9Ti)制成骨架，此骨架为盲孔形式，然后在其基础上绕制线圈，经测试符合要求后进行真空浸漆，按浸漆规程进行处理。以上工艺完成后进行焊接，把壳体与骨架在真空环境下进行粒子束焊接，确认焊接缝没有问题后进行水压测试，以保证防水耐压符合要求。以上流程完成后进行调试，并做老化实验，接下来再次进行真空料子束焊接，把解调电路封装进壳体，然后对防水耐压的电缆线进行硫化处理，最后将传感器输出电缆线整体放水密蔽腔进行6-7MPa水压测试，要求保压2小时以上不掉压，以满足5MPa的要求。本技术在进行岩体变形试验时，其变形测量试样的表面为岩体试样表面，其表面平整度与光洁度满足相关试验规程要求。本技术采用LVDT传感器原理，对测量装置进行分体式和防高水压设计，其主要部件有金属测杆、壳体、防水线圈骨架、尾附、线夹、电缆线和信号处理仓等；主要电子部件采用全金属外壳和真空粒子密封双层密封工艺处理，所述双层密封处理指主要电子部件采用金属外壳加真空粒子密封工艺，对于主要电子元件采用金属外壳密封后、再利用物理、化学手段对除电缆线外所有部件进行镀膜密封，电缆线采用防高水压型号，实现变形测量装置的整体防水，可靠防水压大于5MPa。所述线圈和信号处理仓内的电路板为传感器内部元件，通过电缆线电路连接；其磁性铁芯悬置于传感器线圈骨架中心孔内，通过轴向运动来切割线圈产生的磁力线并产生电压差，然后把电压变化通过调解输出，以达到对被测物变形量的如实反应；电路板等电子元件内置与无磁性不锈钢材料制作的信号处理仓内。测量信号具有集中处理、数字化和信号双利用特征，即多个传感器的数据集中一个电子仓处理后、采用数字化信号连接仓外独立读数仪或者现场实验的集中采集装置。本技术的防水线圈骨架与全金属材料壳体包裹线圈形成信号采集仓，金属材料的壳体包裹封闭内部线圈等元件，壳体密封隔水并承受高水压力，保证内部元件在高水压环境中正常工作。防水线圈骨架与全金属材料壳体接口采用真空粒子密封工艺进行镀膜密封，实现变形传感器信号采集仓的整体防水与耐磨损；所述防水线圈骨架，用于绕制线圈制造一个磁场，防水线圈骨架主体为圆柱形，与外壳一起形成密封空间即信号采集仓，用以保护内部线圈等电路。所述尾附、线夹设置于测量部件尾端，对传感器信号输出电缆线进行防水耐压保护。本技术中的铁芯与线圈彼此分离，在铁芯和线圈内壁间插入非磁性防水线圈骨架，可以把高压水或腐蚀性水与线圈隔离开，不再需要对测杆进行动态密封，只需对传感器线圈实现气密封即可；铁芯与传感器线圈为分体式的结构，不产生摩擦，因此有重复性高、动态响应快、使用寿命长等优点；防水线圈骨架、线圈、全金属材料壳体组成的信号采集仓与电路板集成的信号处理仓分体，实现现场水力耦合试验密封舱狭小空间内传感器安装。本技术中设计的分体式铁芯测杆不受水环境影响，不与传感器线圈等部位直接接触，一端连接铁芯，工作时置于传感器壳体的中心孔内；另一端工作时采用螺母固定于被测试样表面。本技术的信号处理仓与LVDT测量部件分离，方便测量部件在密闭狭小空间的安装；信号处理仓内部有电路板，该元件可接入多个传感器信号集中处理，将测量结果数字化后经电缆联络外部读数仪或集中数据采集装置，该部件采用金属外壳加真空粒子密封双层密封形式，可根据试验布置情况放置在采集部位较远处。信号处理仓两端本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高水压分体式岩体变形测量装置，其特征在于：所述测量装置包括信号处理仓(10)和一个或多个测量单元，在信号处理仓(10)内设有电路板(9)，一个或多个测量单元分别通过信号输出电缆(11)与信号处理仓(10)内的电路板(9)信号连接；每个测量单元包括测量支架(13)、壳体(5)、分体式测量杆(1)、磁性铁芯(2)、无磁性线圈骨架(4)和绕制在无磁性线圈骨架(4)上的线圈(6)，所述磁性铁芯(2)悬置在无磁性线圈骨架(4)的中心孔内，其中一端与测量杆(1)连接；所述壳体(5)包裹在无磁性线圈骨架(4)和线圈(6)外，壳体(5)尾端设有尾附件(7)和线夹(8)，并通过尾附件(7)将线圈(6)密封在壳体(5)，所述信号输出电缆(11)通过尾附件(7)和线夹(8)与壳体(5)内的线圈(6)信号连接；所述测量支架(13)连接在壳体(5)上。/n
【技术特征摘要】
1.一种高水压分体式岩体变形测量装置，其特征在于：所述测量装置包括信号处理仓(10)和一个或多个测量单元，在信号处理仓(10)内设有电路板(9)，一个或多个测量单元分别通过信号输出电缆(11)与信号处理仓(10)内的电路板(9)信号连接；每个测量单元包括测量支架(13)、壳体(5)、分体式测量杆(1)、磁性铁芯(2)、无磁性线圈骨架(4)和绕制在无磁性线圈骨架(4)上的线圈(6)，所述磁性铁芯(2)悬置在无磁性线圈骨架(4)的中心孔内，其中一端与测量杆(1)连接；所述壳体(5)包裹在无磁性线圈骨架(4)和线圈(6)外，壳体(5)尾端设有尾附件(7)和线夹(8)，并通过尾附件(7)将线圈(6)密封在壳体(5)，所述信号输出电缆(11)通过尾附件(7)和线夹(8)与壳体(5)内的线圈(6)信号连接；所述测量支架(13)连接在壳体(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种高水压分体式岩体变形测量装置，其特征在于：所述测量装置在进行岩体变形试验时，其每个测量单元的测量支架(13)固定在岩体现场试验过程中选定的不动变形测量基准点(12)处，测量杆(1)未连接磁性铁芯(2)的一端固定在测量试样(14)的表面；并通过测量杆(1)带动磁性铁芯(2)轴向运动切割线圈(6)产生磁力线，并产生电压差，然后把电压变化通过信号输出电缆(11)调解输出到信号处理仓(10)内部的电路板(9)内，并通过电路板(9)将线圈(6)的电信号数字处理后输出到...
【专利技术属性】
技术研发人员：范雷，邬爱清，樊启祥，韩晓玉，柯志泉，张宜虎，刘元坤，钟作武，余美万，邬昆，胡伟，陈冲，向前，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：新型
国别省市：湖北;42
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