【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井巷道施工，具体涉及一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统。
技术介绍
1、地下开采活动中，锚杆以其高度的可靠性和优越的经济性，是最常见的支护材料，由于锚杆主要安装在围岩内部，其自身的变形以及受力状态难以判断，在危险发生之前难以做出准确预判。因此，在传感检测过程中，灵敏度和稳定性是其主要的技术影响因素，同时制备工艺和成本也是大规模生产的重要影响因素。
2、光纤光栅锚杆锚固传感器是利用外界信号调制于光纤布拉格光栅，导致光纤布拉格光栅中应变发生变化，从而导致反射光的中心波长发生变化,通过探测中心波长的变化探测装置锚固情况的传感器。光纤光栅锚杆锚固效果传感器相对于常规的电磁类传感器，在灵敏度、大动态范围、可靠性、等方面具有明显的优势,可应用于锚杆的锚固情况监测、围岩安全加固等领域,成为高性能锚固效果传感器发展的一个重要方向。
3、目前在锚杆锚固效果传感器各有其优点，能解决现有的锚杆受力点不足、锚固段受力点容易损坏最终导致锚杆效果不佳且不能对岩体变形进行不同层级的监测的难题。但是也存在下列问题：现有部分锚杆锚固效果监测传感器结构较为复杂；线位移传感器因为存在电刷与电阻膜摩擦的状况，因此需要较大的输入能量，由于磨损会影响使用寿命和降低可靠性，会降低测量精度；光纤光栅在受拉应力时拉力难以控制容易出现断裂，增加了测量难度；仅局限于实验中使用，当在现场施工中使用时，若遇到突发的地质灾害，锚杆本身不能进一步提升锚固效果，导致工作人员的安全不能确保。因此，现有技术需要进一步改进。
技术
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术目的在于提出一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，解决现有的锚固效果监测传感器结构较为复杂、可靠性差、测量精度低，利用光纤受拉力难以控制容易出现断裂，遇到突发的地质灾害时，锚杆的锚固效果难以保障的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，包括套筒、锚杆体、底座、支撑杆组、光纤光栅传感器组件、凸轮制动装置、锁止机构及信号检测单元，锚杆体穿设在套筒内部且与套筒过盈配合，锚杆体两端均穿出套筒。
4、底座与锚杆体的一端同轴固定相连，锚杆体的另一端设有托盘和锁紧螺母，另外，底座通过呈环形均匀布置在锚杆体外围的多个支撑杆组与套筒的对应端活动相连。
5、锚杆体外侧设有与支撑杆组数量相等且位置一一对应的光纤光栅传感器组件，光纤光栅传感器组件包括布拉格光栅、磁力块和光纤线，布拉格光栅嵌设于锚杆体侧壁，磁力块设在对应的支撑杆组上，与布拉格光栅正向对应，布拉格光栅具有磁性涂层。
6、套筒的圆周外壁上开设有多个窗口，所有窗口均匀布置在以套筒轴线为圆心的圆周上，每个窗口内均设有凸轮制动装置，凸轮制动装置包括制动凸轮、齿轮及齿条，齿轮与制动凸轮同轴固定相连成一体。
7、制动凸轮转动设在套筒内，齿条设置在齿轮一侧且与套筒滑动配合，每个齿条均通过传动机构与底座相连，底座通过传动机构驱动制动凸轮转动。
8、信号检测单元包括盒体、光纤解调仪、无线数据发射器和电源，布拉格光栅通过所述光纤线与光纤解调仪的信号端口通讯相连，光纤解调仪通过数据线与无线数据发射器相连，无线数据发射器与终端设备通讯相连。
9、进一步地，所述底座为圆柱体结构，底座与所述套筒同轴布置，底座的直径小于套筒的外径。
10、进一步地，支撑杆组包括上支撑杆和下支撑杆，上、下支撑杆均竖向布置，所述上支撑杆的上端通过一个单向轴承与套筒的下端面转动相连。
11、下支撑杆的下端与通过另一个单向轴承与底座的上端面转动相连，下支撑杆的上端通过转轴与上支撑杆的下端转动相连，磁力块设置在转轴靠近锚杆体的一侧。
12、进一步地，所述下支撑杆的下端固定有轴套一，下支撑杆的上端固定有轴套二，转轴的外壁具有凸起部，轴套一和轴套二转动套设在转轴上，且位于凸起部的两侧。
13、轴套一和轴套二相互靠近的一侧均具有沿其周向的槽口，凸起部位于转轴周向的两侧分别位于两个槽口内，磁力块以内嵌的方式固定于凸起部上。
14、进一步地，锚杆体的圆周侧壁上具有凹槽，布拉格光栅固定粘接在凹槽内部，锚杆体的圆周侧壁上开设有与凹槽数量相等且一一对应的线槽。
15、线槽的一端与对应的凹槽相通，另一端延伸至锚杆体的端面，光纤线位于线槽内，其一端与对应的布拉格光栅，另一端穿出锚杆体的端面与光纤解调仪相连。
16、进一步地，所述套筒的筒壁上开设有与窗口数量相等且位置一一对应的轴向安装孔，套筒的筒壁上还开设有与窗口数量相等且位置一一对应的法向安装孔。
17、各法向安装孔的一端与对应的窗口相通，另一端通过位于筒壁内的空腔与该窗口对应的轴向安装孔的上端相通。
18、进一步地，所述传动机构包括第一套管、第一传动杆、z型联轴器、第二套管和第二传动杆，所述第一套管设置在轴向安装孔内，与所述套筒的筒壁转动配合，第一传动杆滑动穿设在第一套管内，其一端与底座固定相连。
19、第一传动杆相对于第一套管沿其轴向运动时，驱动第一套管转动。
20、所述第二套管设置在法向安装孔内，与所述套筒的筒壁转动配合，第二套管靠近套筒轴线的一端通过位于空腔内的z型联轴器与第一套管的一端相连，第二传动杆滑动穿设在第二套管内，其一端与齿条的一端固定相连。
21、第一套管通过z型联轴器带动第二套管转动时，第二套管驱动第二传动杆和齿条沿其轴线运动。
22、进一步地，所述轴向安装孔的内侧壁上具有沿其轴向的第一直线槽，第一套管的侧壁上开设有第一螺旋槽和直线滑槽，直线滑槽沿第一套管的轴向布置，其一端与第一螺旋槽靠近底座的一端相连通。
23、第一传动杆的侧壁上固定有第一销杆，第一销杆的端部穿过直线滑槽，伸至与第一直线槽内并与其内壁滑动配合。
24、法向安装孔的内侧壁上具有沿其轴向的第二直线槽，第二套管的侧壁上开设有第二螺旋槽，第二传动杆的侧壁上固定有第二销杆，第二销杆的端部穿过第二螺旋槽，伸至第二直线槽内并与其内壁滑动配合。
25、进一步地，锚杆体位于套筒内侧部分的侧壁上开设有容纳槽，锁止机构包括锁止块和弹簧，所述锁止块滑动设置在容纳槽内，弹簧设置在锁止块与容纳槽的内壁之间。
26、套筒的内侧壁上开设有卡槽，卡槽与锁止块沿锚杆体的轴线方向错位布置。
27、通过采用上述技术方案，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术使用光纤光栅传感组件，相对于线位移传感器精度大幅提高，利用磁极之间作用力监测岩层状态变化及锚杆的锚固状况，不同于传统光纤受拉来观测锚固状况，避免了光纤受到高强拉力而拉坏，可靠性更高。实际应用中，在遇到突发的高应力情况，可以自发的提高锚固效果，保障了工人的安全。本专利技术提供的锚杆系统稳定性好，内部结构简单、体积小、抗冲击能力更强，适用范围更广。
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1.一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，其特征在于，包括套筒、锚杆体、底座、支撑杆组、光纤光栅传感器组件、凸轮制动装置、锁止机构及信号检测单元，锚杆体穿设在套筒内部且与套筒过盈配合，锚杆体两端均穿出套筒；
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，其特征在于，所述底座为圆柱体结构，底座与所述套筒同轴布置，底座的直径小于套筒的外径。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，其特征在于，支撑杆组包括上支撑杆和下支撑杆，上、下支撑杆均竖向布置，所述上支撑杆的上端通过一个单向轴承与套筒的下端面转动相连；
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，其特征在于，所述下支撑杆的下端固定有轴套一，下支撑杆的上端固定有轴套二，转轴的外壁具有凸起部，轴套一和轴套二转动套设在转轴上，且位于凸起部的两侧；
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅锚固监测的锚杆系统，其特征在于，锚杆体的圆周侧壁上具有凹槽，布拉格光栅固定粘接在凹槽内部，锚杆体的圆周侧壁上开设有与凹槽数量相等且一一对应的线槽；
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