一种震动应力变形监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及震动应力变形监测装置，用于勘察孔，包括：相互连接的震动监测单元、监测控制单元及应力变形监测单元。该装置通过监测控制单元调整本装置的直径；通过震动监测单元及应力变形监测单元采集勘察孔全方位、全深度的震动、应力及变形数据；基于光纤波长漂移量提出了震动、应力及变形指标的表征算法，并结合该装置的操作流程，形成了震动、应力及变形的监测方法；该装置解决了已有装置监测方位小、功能单一、灵敏度不高、易受环境电磁干扰的问题，同时具有低能耗、低成本及操作便捷等优点。低成本及操作便捷等优点。低成本及操作便捷等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种震动应力变形监测装置及监测方法


[0001]本专利技术涉及道路环境地下病害监测
，尤其涉及一种震动应力变形监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国城镇道路塌陷事故频发，造成了巨大的社会财产损失，并严重威胁人民群众的出行安全。在道路两侧布置勘察孔能及时观测道路地下岩土体的动载扰动特征、受力特征及变形特征，为研判道路地下岩土体是否处于稳定状态提供了预警信息，但目前道路勘察孔监测装置的监测方位小、功能单一、灵敏度不高、易受到环境电磁干扰，在远离电网线路的区域还需安装太阳能设备提供电能，极大的增加了道路地下病害的监测成本。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本专利技术旨在提供一种震动应力变形监测装置及监测方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
[0004]本专利技术的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
[0005]一种震动应力变形监测装置，用于勘察孔，包括：相互连接的震动监测单元、监测控制单元及应力变形监测单元；其中，所述震动监测单元用于对所述勘察孔的震动进行监测；
[0006]所述应力变形监测单元用于对所述勘察孔的应力及变形进行监测；
[0007]所述监测控制单元用于调整所述监测装置的尺寸；
[0008]所述震动监测单元包括刚性空心圆柱外壳、弹簧组、横隔板、隔层、惯性质量块、横向通道及第一监测光纤；
[0009]所述弹簧组的一端固定在所述刚性空心圆柱外壳的内表面顶部，所述弹簧组的另一端与横隔板相连；
[0010]所述隔层与所述刚性空心圆柱外壳的底部内表面固定连接；所述惯性质量块设置在所述隔层的上表面；
[0011]所述隔层的下表面与所述横向通道固定连接，所述横向通道内设置所述第一监测光纤。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述监测控制单元包括第一环形超弹性层、第二环形超弹性层、第一闭气锁、弹性空腔及第二闭气锁；所述第一环形超弹性层与第二环形超弹性层的两端分别与所述刚性空心圆柱外壳外表面及应力变形监测单元的聚氨酯弹性层的内表面的两端固定连接；所述第一闭气锁与所述第二环形超弹性层的外表面贯通连接；所述弹性空腔位于刚性空心圆柱外壳外表面、聚氨酯弹性层内表面、第一环形超弹性层及第二环形超弹性层内表面之间；所述第二闭气锁贯通固定于第二环形超弹性层的外表面，第二闭气锁中心与第一闭气锁中心所在的直线与所述刚性空心圆柱外壳的轴线平行。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，应力变形监测单元包括第一光纤顺位孔、第二光纤顺位孔、第一光纤限位器、第二光纤限位器、若干第一纵向通道、若干第二纵向通道、若干环向通道、聚氨酯弹性层、第二监测光纤、第三监测光纤及第四监测光纤；所述第一光纤顺位孔及第二光纤顺位孔的一端分别与所述第一光纤限位器及第二光纤限位器固定连接，另一端与所述第二环形超弹性层贯通连接；所述第一光纤限位器和第二光纤限位器分布在所述第一环形超弹性层的外表面；所述横向通道的两端穿过所述刚性空心圆柱外壳分别与所述第一光纤顺位孔和第二光纤顺位孔垂直贯通连接，所述横向通道内的第一监测光纤的一端依次穿过第一光纤顺位孔及第一光纤限位器延伸至所述震动应力变形监测装置外部，另一端依次穿过所述第二光纤顺位孔及第二光纤限位器延伸至所述震动应力变形监测装置外部；所述若干第一纵向通道、若干第二纵向通道、若干环向通道位于所述聚氨酯弹性层中；所述若干第一纵向通道的两端分别与所述第一光纤顺位孔的两端贯通连接，若干所述第一纵向通道内调设置若干第二监测光纤，若干第二监测光纤的两端依次穿过若干所述第一纵向通道的两端、第一光纤顺位孔和第一光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外；所述若干第二纵向通道的两端与第二光纤顺位孔的两端贯通连接，所述若干第二纵向通道内设置若干第三监测光纤，若干第三监测光纤的两端依次穿过若干第二纵向通道的两端、第二光纤顺位孔和第二光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外部；所述若干环向通道的两端均与第一光纤顺位孔贯通连接，所述若干环向通道内设置若干第四监测光纤，若干第四监测光纤的两端依次穿过若干环向通道的两端、第一光纤顺位孔和第一光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外部。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述监测装置通过接长的方式增加其监测深度，即通过上一监测装置的所述第二闭气锁与下一监测装置的所述第一闭气锁固定连接。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述监测装置的高度为400
‑
600mm；所述惯性质量块为圆锥形，其直径略小于所述刚性空心圆柱外壳的直径，所述惯性质量块的高度等于刚性空心圆柱外壳高度的1/4；所述横向通道的直径略大于所述第一监测光纤的直径；所述第一纵向通道的直径略大于第二监测光纤的直径；所述第二纵向通道的直径略大于第三监测光纤的直径；所述环向通道的直径略大于第四监测光纤的直径；所述第一光纤顺位孔与第二光纤顺位孔的直径等于所述横向通道、第一纵向通道、第二纵向通道和环向通道直径的总和。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述若干第一纵向通道及若干第二纵向通道的通道数量均为8个，各通道间的距离相等且与所述刚性空心圆柱外壳的轴线平行；所述若干环向通道间的距离与若干第一纵向通道间的距离相等，所述若干环向通道与若干第一纵向通道互相垂直；所述横向通道的外壳采用聚氨酯弹性材料。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一闭气锁与第二闭气锁的外表面设置有螺纹，所述上一监测装置的所述第二闭气锁通过螺栓与螺纹的配合与所述下一监测装置的所述第一闭气锁连接。
[0018]本专利技术还提供了一种采用本专利技术的所述震动应力变形监测装置进行监测的方法，
包括如下步骤：
[0019]S1.根据所需监测的勘察孔深度确定监测装置的数量，开启所有监测装置的第一闭气锁、第一光纤限位器及第二光纤限位器，处于所述勘察孔底部的监测装置的第二闭气锁处于关闭状态，剩余监测装置的第二闭气锁处于开启状态；将监测装置顺次放置在勘察孔内，并通过上一监测装置的第二闭气锁与下一监测装置的第一闭气锁固定连接；
[0020]S2.标定所有监测光纤的位置坐标；
[0021]S3.通过勘察孔顶部监测装置的第一闭气锁向其弹性空腔内注入空气，注入的空气通过第二闭气锁进入到其它监测装置的弹性空腔内，所述流入的空气使得所有监测装置的第一环形超弹性层、第二环形超弹性层及聚氨酯弹性层产生扩张，同时导致所有监测装置中若干第一监测光纤、第二监测光纤、第三监测光纤、第四监测光纤的长度增加；在所述聚氨酯弹性层与勘察孔孔壁接触时停止注入空气并关闭顶部监测装置的第一闭气锁、第一光纤限位器及第二光纤限位器，此时监测装置中若干第一监测光纤、第二监测光纤、第三监测光纤、第四监测光纤的长度固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种震动应力变形监测装置，用于勘察孔，其特征在于，包括：相互连接的震动监测单元、监测控制单元及应力变形监测单元；其中，所述震动监测单元用于对所述勘察孔的震动进行监测；所述应力变形监测单元用于对所述勘察孔的应力及变形进行监测；所述监测控制单元用于调整所述监测装置的尺寸；所述震动监测单元包括刚性空心圆柱外壳、弹簧组、横隔板、隔层、惯性质量块、横向通道及第一监测光纤；所述弹簧组的一端固定在所述刚性空心圆柱外壳的内表面顶部，所述弹簧组的另一端与横隔板相连；所述隔层与所述刚性空心圆柱外壳的底部内表面固定连接；所述惯性质量块设置在所述隔层的上表面；所述隔层的下表面与所述横向通道固定连接，所述横向通道内设置所述第一监测光纤。2.根据权利要求1所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，所述监测控制单元包括第一环形超弹性层、第二环形超弹性层、第一闭气锁、弹性空腔及第二闭气锁；所述第一环形超弹性层与第二环形超弹性层的两端分别与所述刚性空心圆柱外壳外表面及应力变形监测单元的聚氨酯弹性层的内表面的两端固定连接；所述第一闭气锁与所述第二环形超弹性层的外表面贯通连接；所述弹性空腔位于刚性空心圆柱外壳外表面、聚氨酯弹性层内表面、第一环形超弹性层及第二环形超弹性层内表面之间；所述第二闭气锁贯通固定于第二环形超弹性层的外表面，第二闭气锁中心与第一闭气锁中心所在的直线与所述刚性空心圆柱外壳的轴线平行。3.根据权利要求2所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，应力变形监测单元包括第一光纤顺位孔、第二光纤顺位孔、第一光纤限位器、第二光纤限位器、若干第一纵向通道、若干第二纵向通道、若干环向通道、聚氨酯弹性层、第二监测光纤、第三监测光纤及第四监测光纤；所述第一光纤顺位孔及第二光纤顺位孔的一端分别与所述第一光纤限位器及第二光纤限位器固定连接，另一端与所述第二环形超弹性层贯通连接；所述第一光纤限位器和第二光纤限位器分布在所述第一环形超弹性层的外表面；所述横向通道的两端穿过所述刚性空心圆柱外壳分别与所述第一光纤顺位孔和第二光纤顺位孔垂直贯通连接，所述横向通道内的第一监测光纤的一端依次穿过第一光纤顺位孔及第一光纤限位器延伸至所述震动应力变形监测装置外部，另一端依次穿过所述第二光纤顺位孔及第二光纤限位器延伸至所述震动应力变形监测装置外部；所述若干第一纵向通道、若干第二纵向通道、若干环向通道位于所述聚氨酯弹性层中；所述若干第一纵向通道的两端分别与所述第一光纤顺位孔的两端贯通连接，若干所述第一纵向通道内调设置若干第二监测光纤，若干第二监测光纤的两端依次穿过若干所述第一纵向通道的两端、第一光纤顺位孔和第一光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外；所述若干第二纵向通道的两端与第二光纤顺位孔的两端贯通连接，所述若干第二纵向通道内设置若干第三监测光纤，若干第三监测光纤的两端依次穿过若干第二纵向通道的两端、第二光纤顺位孔和第二光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外部；所述若干环向通道的两端均与第一光纤顺位孔贯通连接，所述若干环向通道内设置若干第四监测光纤，若干第四监测光纤的两端依次穿过若干环向通道的两
端、第一光纤顺位孔和第一光纤限位器，并延伸至所述震动应力变形监测装置外部。4.根据权利要求1所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，所述监测装置通过接长的方式增加其监测深度，即通过上一监测装置的所述第二闭气锁与下一监测装置的所述第一闭气锁固定连接。5.根据权利要求3所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，所述监测装置的高度为400
‑
600mm；所述惯性质量块为圆锥形，其直径略小于所述刚性空心圆柱外壳的直径，所述惯性质量块的高度等于刚性空心圆柱外壳高度的1/4；所述横向通道的直径大于所述第一监测光纤的直径；所述第一纵向通道的直径大于第二监测光纤的直径；所述第二纵向通道的直径大于第三监测光纤的直径；所述环向通道的直径大于第四监测光纤的直径；所述第一光纤顺位孔与第二光纤顺位孔的直径等于所述横向通道、第一纵向通道、第二纵向通道和环向通道直径的总和。6.根据权利要求3所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，所述若干第一纵向通道及若干第二纵向通道的通道数量均为8个，各通道间的距离相等且与所述刚性空心圆柱外壳的轴线平行；所述若干环向通道间的距离与若干第一纵向通道间的距离相等，所述若干环向通道与若干第一纵向通道互相垂直；所述横向通道的外壳采用聚氨酯弹性材料。7.根据权利要求4所述的震动应力变形监测装置，其特征在于，所述第一闭气锁与第二闭气锁的外表面设置有螺纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕祥锋，曹立厅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
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