专利名称：一种半固定组合的测量岩体应变装置的制作方法
技术领域：
本实用新型的技术领域属于一种对岩体应变进行测量的技术。更具体地说是将测 标环通过其支撑管以单位长度间距嵌入被测岩体地质孔或人工预留孔内并将其喷浆固定， 当岩体受到自身重力、外部荷载、环境温度等物理因素变化时，测标环间距会发生改变，通 过测试这种变化量值，我们将其称为岩体应变的测量技术。这里表述的岩体，不仅包括地质 地貌概念中的岩体，还应包括人工浇筑的各类混凝土工程结构体。这种应变测量技术在岩 土工程中有着广泛地应用。
背景技术：
通常测试岩体内部应变的装置是使用一种埋入式应变计，这种应变计可以是钢筋 应变计，也可以是振弦式应变计，根据工程检测需要，将多个应变计埋入岩体孔内或结构内 固定，并逐个将其信号线引出孔外或结构外并通过二次仪表对其进行读数或测试。对于埋 入式应变计测试安装方式而言，所有埋入式应变计都是分别固定安装在岩体孔内或结构之 内的，属于固定式的安装方式。它至少有三个缺点，一是应变计在岩体孔内或其支撑固定物 在与周围岩体灌浆固定时，会直接受到较大的砂浆流动冲击力从而致使应变计及其引出信 号线受损，应变计成活率低，信号质量导出不佳。注入砂浆与应变计周围接合时，在应变计 周围局部结合面会形成气泡或因骨料材质不均而产生应变计与砂浆实际粘合接触等效面 积呈随机个异状态，这些因素都会使得埋入的应变计其实际等效工作标距与理论标距率定 值之间存在较大差异，使得埋入应变计的实际应变测试值失准。二是受岩体孔径或构造限 制，引出信号线过多过长也会给应变计喷浆固定带来相当困难，从而不能按工程需要数目 在有限的岩孔内安置应变计。三是埋入式应变计只能一次性使用，不可回收重复使用，使用 价格并不经济。此外，还有一种测试岩体应变的装置，即滑动测微计，它也采用测标环及其 间距支撑管预埋置入被测岩体孔内，通过检测测标环间的距离变化来测试岩体应变量值。 由于测标环受到其间距支撑管约束，在喷浆固定时，测标环之间相对位置不会改变，测标环 周围与砂浆粘合相对完好，测试时只需将滑动测微计滑入岩体孔内逐一对各测标环间的轴 向位移变化值进行测量即可得出岩体应变值。对于滑动测微计的测试安装方式而言，滑动 测微计相对在各测标环之间滑动测试，属于非固定式的安装方式。这种测试得出的应变值， 信号干扰�。葜眯哦雀�。虽然，滑动测微计相对于埋入式应变计而言其优点更为明显， 但仍具有以下不足一是对同一岩体孔内的岩体应变测试不可进行长期连续性的，不间断 的检测，即针对工程、自然灾害、环境变化要求，要对岩体应变值进行连续性的、不间断的实 时监测费时费力，在使用上具有一定局限性。二是由于滑动测微计在测试时，需反复逐一 对所有相邻测标环之间进行测试，会对测标环发生摩擦或碰撞，重复这种接触和碰撞会导 致接触面之间发生磨损或损伤变形，因此滑动测微计对测标环及测微计测头相互接触面的 机械加工精度、材质要求较高且只能单件加工成型。而测标环又是只能一次性埋入使用且 用量较大的易损零件，导致了在整个滑动测微计及其配套测标环的制造和使用上，成本昂 贵。三是在岩体受到不同荷载变化，或不同时间段的自然变化，滑动测微计需反复或分别进入各测点岩孔之内对岩体应变发生改变状况进行测试，由于岩孔内、外、上、下温差较大，滑 动测微计也会因工作环境温差变化而使其自身长度发生微小改变，这也足以可能影响到应 变测试精度及测试效果。滑动测微计以上的三点不足，使得其在岩土工程中的广泛应用受 到了较大限制。
发明内容旨在提出一种半固定组合的岩体应变测量装置，它针对上述埋入式应变计及滑动 式测微计在测试安装方式的不足作了很大改进，既保留了埋入式应变计可进行长期连续、 不间断地实时监测的优点，又可避免埋入式应变计，安装调试繁杂，成活率低，不可回收重 复使用，信号质量不佳或失准，及滑动测微计不可进行长期的，持续的，实时监测或因温差、 测标环接触面损伤带来的测试误差等缺点。这种半固定组合的岩体应变测量装置中的各独 立应变测试单元组合应能方便灵活地被安置于各测标环之间固定，其间的数据传送无需用 电缆线直接相互连接，工作环境十分稳定，整个测试过程中也不会象使用滑动测微计那样， 需在各测标环对之间重复移动测试，不会发生接触头与测标环接触面之间的反复摩擦碰撞 导致损坏或误差，本实用新型对接触固定部位的机械加工精度、材质要求不高，可采用价格 低廉的铅锌合金开模压铸批量制造，从而提高了测试质量，降低了测试成本。本实用新型除 测标环及其间距支撑管是一次性固定安装使用外，其它部分均可回收，重复使用，遂将本实 用新型称之为一种半固定组合的岩体应变测量装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是利用测标环以等间距嵌入岩体 孔内，通过安装有测微计的若干独立应变测试单元感测各测标环间距离变化的半固定组合 的测量岩体应变装置即本实用新型，是由测标环、测标环间距支撑管、若干带有非有线数据 通讯收发器的独立应变测试单元和一个带有非有线数据通讯收发器的应变读数缓存控制 器组成；在测标环轴向位置中部，其径向面装有二个互为背向的上、下圆锥形座，测标环二 端分别与测标环间距支撑管连接，并以等间距嵌入岩体孔内；独立应变测试单元外壳为一 圆管结构，其轴向二端分别为一个球面形状的接触头，二个非有线数据通讯收发器分别安 装在其球面形状的接触头头顶端部，置于岩体孔内各独立应变测试单元外壳二端的球面形 状的接触头可分别与相邻二个测标环上、下圆锥形座面相互接触，相邻二个独立应变测试 单元之间的非有线数据通讯收发器则首尾面面相对，各独立应变测试单元依序由岩孔底 部从下而上分别在测标环之间组合排列，直至排列距岩体孔内顶部最后一个测标环的下圆 锥形座面之下，应变读数缓存控制器外壳底部也做成为一个球面形状的接触头状并安装在 距岩体孔内顶部最后一个测标环的上圆锥形座面之上，应变读数缓存控制器中有二个非有 线数据通讯收发器，其中一个安装在其外壳底部球面形状接触头的头顶端部，并与距岩体 孔内顶部的独立应变测试单元的非有线数据通讯收发器面面相对，另一个与位于应变读数 缓存控制器外壳上部的无线通讯天线相连接。本实用新型的独立应变测试单元由单元外壳二端球面形状的接触头、独立应变测 试单元外壳支撑、伸缩弹簧、接触头转动关节、挂钩插销、测微计、电子信号调理及数字信号 采集电路板、供电电源、二个非有线数据通讯收发器组成；独立应变测试单元外壳支撑由多 个圆管分段连接而成，伸缩弹簧随测微计外壳、测微计活动测杆分别与独立应变测试单元 外壳支撑固定连接，独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头分别安装在独立应变测试单元外壳支撑圆管轴向二头的端部，其中一头直接连向接触头转动关节一端，其头顶端 部径向平面沿轴向向内开有一孔，孔内装有挂钩插销及一个非有线数据通讯收发器，转动 关节的另一端连向独立应变测试单元外壳支撑圆管，独立应变测试单元外壳二端球面形状 接触头的另一头直接同独立应变测试单元外壳支撑圆管另一端相连接，其头顶端部径向平 面沿轴向向内也开有一孔，孔内装有另一个非有线数据通讯收发器；供电电源分别与测微 计、电子信号调理及数字信号采集板、非有线数据通讯收发器相连接并供电，测微计的应变 信号输出端同电子信号调理及数字信号采集板的信号输入端相连接，电子信号调理及数字 采集板数字输出端分别同二个非有线数据通讯收发器相连接；位于测标环间的各独立应变 测试单元测微计感测的应变信号在电子信号调理及数字信号采集电路板内转换成数字信 号并在驻留在电路板内的软件控制下，均由其首尾位置面面相对的非有线数据通讯收发器 逐一由内向外传送到位于岩体孔外的应变读数缓存控制器中。本实用新型的控制器是由二个非有线数据通讯收发器、CPU及缓冲存储器、供电电 源、无线通讯天线组成；供电电源分别同二个非有线数据通讯收发器、CPU及缓冲存储器相 连接，CPU及缓冲存储器分别与二个非有线数据通讯收发器数据收发的输入端相连接，其中 一个非有线数据通讯收发器与无线通讯天线相连接；在驻留在CPU及缓冲存储器的软件控 制下，完成对岩体孔内所有独立应变测试单元的应变测试数据的转储及数据向外传送的功 能。本实用新型的测标环是一个圆形筒体，测标环间距支撑管二端径向外侧分别插入 相邻测标环筒体二端径向内侧，测标环与测标环间距支撑管轴向相互连接支撑并预埋或置 于岩体孔内喷浆固定，测标环上、下圆锥形接触座面互为背向且分别位于测标环筒体轴向 内侧轴向二分之一处的二边，在其径向位置上被分割为多个呈花瓣状的锥形面宽槽支承 台，每个锥形面宽槽支承台中间二分之一处开有一个窄槽，测标环上、下圆锥形接触座面的 二个圆锥大口径面分别朝向测标环圆形筒体轴向二端，其径向平面上呈花瓣状的宽、窄槽 则分别与测标环筒体轴线方向平行。本实用新型的独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头其径向平面上被分 割为多个呈花瓣状的宽键，多个呈花瓣状的宽键其轴向平面朝其径向平面形成一个球面使 独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头端部分别呈现为一个花瓣状分布的球状面， 每个位于呈球面形状的接触头的宽键，在其径向二分之一位置处其轴向再凸起一窄键延至 球面形状接触头的轴向端部，径向呈多个花瓣状分布的宽、窄键分别与独立应变测试单元 二端球面形状的接触头的外壳支撑管体轴线方向平行，其球状面可分别与测标环上、下接 触座呈圆锥形面宽槽支承台相互接触，其窄键则可分别滑入测标上、下圆锥形接触座面的 窄槽之中并与之配合接触。本实用新型的有益效果是1、利用伸缩弹簧、转动关节、挂钩插销、接触头呈花瓣状分布的宽窄键、测标环圆 锥形接触座面、呈花瓣状的宽窄槽及其宽槽支承台这些机构配合工作，很好地解决了各独 立应变测试单元与各测标环在接触部位之间可靠地接触固定的问题，实现了各独立应变测 试单元可自由进出岩体孔内，按序组合半固定安装目的。2、利用首尾面面相对安装的非有线数据通讯收发器，无需在岩体岩孔内、孔外布 置电缆线，通过使用非直接接触式数据传输技术，简便易行的就使得各独立应变测试单元 能够按序组合，协同应变测试工作，很好地解决了深埋于岩体孔内各独立应变测试单元之间数据可靠传输、转储、及向其它计算机传送信息的问题。实现了对岩体应变测量的数字化 测试，数字化处理，网络化监测管理的目的。3、各独立应变测试单元在岩体孔内测标环对之间排序组合，自由进出，测试位置 固定，不易损坏，自成独立测试体系，不受环境温度变化影响，测试信号稳定可靠，操作安装 安全方便，实现了对岩体应变测量可进行连续长期的实时监测的目的。各独立应变测试单 元还可回收重复利用，降低了测试成本。
根据本实用新型提供的说明书附图之顺序对附图说明如下图1为本实用新型的总体工作示意图；图2为本实用新型的独立应变测试单元之机械结构及应变读数缓存控制器与测 标环之间相互连接关系的示意图；图3为本实用新型应变读数缓存控制器电原理示意图；图4为本实用新型测标环三维侧向半剖视图；图5为本实用新型测标环三维轴向俯视图；图6为本实用新型独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头三维轴向俯视 图；图7、图8、图9、图10分别为本实用新型测标环与独立应变测试单元外壳二端球面 形状的接触头之间进入安装接触前后的相互侧视、俯视位置关系示意图；图11为本实用新型应变读数缓存控制器、独立应变测试单元与岩体孔内顶部最 后测标环相互安装接触的位置示意图；图12为本实用新型独立应变测试单元电原理示意图。上述12个示意图均表述了本实用新型的最佳实施例的组成方式、工作原理及各 部位安装、连接、接触的相互关系。
具体实施方式
图1、图2中，(1)为测标环、(2)为测标环间距支撑管、(3)为独立应变测试单元、 (4)为非有线数据通讯收发器、( 为应变读数缓存控制器、(6)为在测标环轴向位置中部， 其径向面装有二个互为背向的上、下圆锥形座、(7)为岩体孔内、(8)为独立应变测试单元 外壳支撑圆管、(9)为独立应变测试单元轴向二端分别为一个球面形状接触头、(10)为无 线通讯天线、(11)为应变读数缓存控制器外壳。图1、图2中，应变读数缓冲控制器( 在岩体孔外上部，岩体孔内(7)各测标环之 间可依序排列若干独立应变测试单元(3)。本实用新型提出了这样一种半固定组合的岩体应变测量装置，该装置由测标环 ⑴、测标环间距支撑管O)、若干带有非有线数据通讯收发器⑷的独立应变测试单元⑶ 和一个带有非有线数据通讯收发器的应变读数缓存控制器( 组成；在测标环(1)轴 向位置中部，其径向面装有二个互为背向的上、下圆锥形座(6)，测标环(1) 二端分别与测 标间距支撑管⑵连接，并以等间距嵌入岩体孔内⑵；独立应变测试单元外壳为一圆管结 构，这种起支撑作用的圆管结构称为独立应变测试单元外壳支撑圆管(8)，其轴向二端分别为一个球面形状的接触头(9)，二个非有线数据通讯收发器(4)分别安装在其球面形状的 接触头(9)头顶的端部，置于岩体孔内(7)各独立应变测试单元外壳二端的球面形状的接 触头(9)可分别与相邻二个测标环上、下圆锥形座(6)面相互接触，相邻二个独立应变测试 单元C3)之间的非有线数据通讯收发器(4)则首尾面面相对，各独立应变测试单元(3)依 序由岩孔底部从下而上分别在测标环(1)之间组合排列，直至排列距岩体孔内(7)顶部最 后一个测标环的下圆锥形座(6)面之下，应变读数缓存控制器外壳(11)底部也做成为一个 球面形状的接触头状，其与独立应变测试单元二端球面形状的接触头(9)的外形机械尺寸 一致，参见图11，并安装在距岩体孔内(7)顶部最后一个测标环(1)的上圆锥形座(6)面 之上，应变读数缓存控制器(5)中有二个非有线数据通讯收发器G)，其中一个安装在其外 壳(11)底部球面形状接触头头顶的端部，并与距岩体孔内(7)顶部的独立应变测试单元 (3)的非有线数据通讯收发器(4)面面相对，另一个与位于应变读数缓存控制器外壳(11) 上部的无线通讯天线(10)相连接。图2，图11，图12中，(9)为独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头、⑶ 为独立应变测试单元外壳支撑圆管、(1 为伸缩弹簧、(14)为接触头转动关节、(1 为挂 钩插销、(16)为测微计、(17)为电子信号调理及数字信号采集电路板，(18)为供电电源、 (19)为测微计活动测杆、(20)为测微计外壳、(21)为测微计应变信号输出端、(22)为电子 信号调理及数字信号采集板的信号输入端、(23)为电子信号调理及数字采集板数字信号输 出端。本实用新型的独立应变测试单元(3)由独立应变测试单元外壳二端球面形状的 接触头(9)、独立应变测试单元外壳支撑(8)、伸缩弹簧(1 、接触头转动关节(14)、挂钩插 销(15)、测微计(16)、电子信号调理及数字信号采集电路板(17)、供电电源(18)、二个非 有线数据通讯收发器(4)组成；测微计(16)采用位置编码式磁性位移传感器为宜，它具有 分辨率高，稳定可靠性好的优点，独立应变测试单元外壳支撑由多个圆管分段连接而成，伸 缩弹簧随测微计外壳、测微计活动测杆分别与独立应变测试单元外壳支撑固定连接，测微 计外壳00)与测微计活动测杆(19)及伸缩弹簧(1 分别固定连接于相邻的二段支撑圆 管(8)之内，这二段支撑圆管(8)之间以套叠滑动方式连接固定，其轴向方向可以在一定范 围内自由伸缩移动，其它部分的分段圆管(8)之间均采用同轴固定式连接，独立应变测试 单元外壳二端球面形状的接触头(9)分别在独立应变测试单元外壳支撑圆管(8)轴向二 头的端部，其中一头直接连向接触头转动关节(14) 一端，其头顶端部径向平面沿轴向向内 开有一孔，参见图6，孔内装有挂钩插销(1 及一个非有线数据通讯收发器G)，转动关节 (14)的另一端连向独立应变测试单元外壳支撑圆管(8)，与支撑圆管为同一轴心，转动关 节(14)可以绕其轴心在一定范围内左右转动，参见图7、图8、图11中旋转箭头所示，伸缩 弹簧(1 可以使得独立应变测试单元( 二端之间长度可伸缩变化并在二测标环之间提 供恒定的支撑力，长度变化范围一般大于一个测标环筒体高度为宜，独立应变测试单元外 壳二端球面形状的接触头(9)的另一头直接同独立应变测试单元外壳支撑圆管(8)另一端 相连接，其头顶端部径向平面沿轴向向内也开有一孔，孔内装有另一个非有线数据通讯收 发器⑷；供电电源(18)分别与测微计(16)、电子信号调理及数字信号采集板(17)、非有 线数据通讯收发器(4)相连接并供电，测微计(16)的应变信号输出端同电子信号调 理及数字信号采集板(17)的信号输入端0 相连接，电子信号调理及数字采集板数字信号输出端分别同二个非有线数据通讯收发器相连接；位于测标环(1)间的各独立应 变测试单元C3)测微计感测的应变信号在电子信号调理及数字信号采集电路板(17)内转 换成数字信号并在驻留在电路板内的软件控制下，均由其首尾位置面面相对的非有线数据 通讯收发器(4)逐一由内向外传送到位于岩体孔外的应变读数缓存控制器(5)中。图3中“4)为非有线数据通讯收发器、(24)为CPU及缓冲存储器、(25)为供电电 源、(10)为无线通讯天线、06)为非有线数据通讯收发器数据收发的输入端。本实用新型中的应变读数缓存控制器( 是由二个非有线数据通讯收发器(4)、 CPU及缓冲存储器(M)、供电电源(25)、无线通讯天线(10)组成；供电电源0 分别同二 个非有线数据通讯收发器G)、CPU及缓冲存储器04)相连接，CPU及缓冲存储器04)分 别与二个非有线数据通讯收发器数据收发的输入端06)相连接，其中一个非有线数据通 讯收发器(4)直接与无线通讯天线(10)相连接；在驻留在CPU及缓冲存储器04)的软件 控制下，完成对岩体孔内所有独立应变测试单元(3)的应变测试数据的转储及数据向外传 送，与其它微机连通后，可对测试数据进行网络化监测与管理。图4，图5，图6，图7，图8，图9，图10，图11中，(1)为测标环圆形筒体，(8)为独 立应变测试单元外壳支撑圆管，(30)为测标环筒体二端径向内侧，(6)为测标环上、下圆锥 形接触座，(XT)为呈花瓣状宽槽，(28)为宽槽支撑台，(31)为窄槽，(15)为挂钩插销，⑷ 为非有线数据通讯收发器，(29)为窄键，(32)为呈花瓣状宽键。参见图4、图5，其中(6)为 测标环上、下圆锥形接触座，08)为宽槽支撑台，均为同一部件的二种不同的描述，前者强 调的是虽被宽窄槽分割，但还是圆锥型接触座整体，后者强调的是圆锥型接触座被宽窄槽 分割的一部分作为支撑台，它们在径向为同一工作接触面。图1、图2、图4、图5、图7、图8、图9、图10、图11中，测标环(1)是一个圆形筒体，
在工程使用中不可回收，且用量较大，本实用新型采用铅锌合金开模压铸制造会使其价格 低廉，测标环间距支撑管( 为普通PVC塑料管，其二端径向外侧分别插入相邻测标环筒体 二端径向内侧(30)，测标环(1)与测标环间距支撑管( 轴向相互连接支撑并预埋或置于 岩体孔内(7)喷浆固定，测标环上、下圆锥形接触座(6)面互为背向且分别位于测标环筒体 轴向内侧轴向二分之一处的二边，在其径向位置上被分割为多个呈花瓣状的锥形面宽槽支 承台( )，每个锥形面宽槽支承台08)中间二分之一处开有一个窄槽(31)，测标环上、下 圆锥形接触座(6)面的二个圆锥大口径面分别朝向测标环圆形筒体轴向二端，其径向呈花 瓣状的宽槽(27)、窄槽(31)则分别与测标环筒体轴线方向平行。图1、图2、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12中，独立应变测试单元外壳二
端球面形状接触头(9)外形复杂，采用铅锌合金开模压铸制造价格低廉，其径向平面上被 分割为多个呈花瓣状的宽键(32)，多个呈花瓣状的宽键(3 其轴向平面朝其径向平面形 成一个球面使独立应变测试单元外壳二端球面形状接触头(9)端部分别呈现为一个花瓣 状分布的球状面，每个位于呈球状面接触头的宽键(32)，在其径向二分之一位置处其轴向 再凸起一窄键09)延至球面形状接触头(9)的轴向端部，径向呈多个花瓣状分布的宽键 (32)、窄键09)分别与独立应变测试单元二端球面形状接触头(9)的外壳支撑管体轴线方 向平行，其球状面可分别与测标环上、下接触座(6)呈圆锥形面宽槽支承台08)相互接触， 其窄键09)则可分别滑入测标环上、下圆锥形接触座面(6)的窄槽(31)之中并与之配合 接触。宽键(3 的作用在于其端部的球面状与宽槽支承台08)相接触，使得进入测标环对之间的独立应变测试单元的一端不会上下移动，窄键09)的作用在于滑入窄槽(31)后， 会使得独立应变测试单元的一端不会左右转动。由此可见，本发明实现了各独立应变测试 单元C3)得以非常稳定可靠的方式被安置固定于各测标环(1)对之间的目的。被测岩体在 外力作用下，安装固定于岩体孔内(7)的各测标环(1)对之间相对距离发生的微小变化可 通过独立应变测试单元二端球面形状的接触头(9)传递到各独立应变测试单元( 中的测 微计(16)中，各测微计(16)感测得到的应变信号又可通过非有线数据通讯收发器(4)逐 一将这些测试信息通过应变读数缓存控制器(5)以无线通讯方式转储传送到计算机中进 行监测处理，从而完成了本实用新型对该岩体应变所有的既定检测功能。 本实用新型所说的一种半固定组合的岩体应变测量装置在使用时，各独立应变测 试单元(3)需安放于二个测标环(1)之间，为了对安放过程进行叙述的方便，将这二个测标 环(1)分别称为上或下部位测标环(1)。测试前，先必需用带有插头的连接杆插入独立应变 测试单元C3)外壳二端球面形状的接触头(9)，沿其头部开孔与孔内挂钩插销(1 连接，再 送入岩体孔内(7)指定位置。连接杆可根据岩体孔深分段加长，连接杆上刻有记号与岩体 孔内预埋的测标环深度位置相对应。在自由状态下，由于伸缩弹簧(13)的伸张作用，独立 应变测试单元二端的长度大于上、下部位测标环之间的间距，也就是说当独立应变测试单 元二端球面形状的接触头(9) 一头已与指定位置下部位测标环(1)接触时，另一头还在上 部位测标环(1)位置的上方。送入前，需调整好接触头转动关节(14)角度位置，使独立应 变测试单元二端外壳球面形状的接触头(9)沿轴线平行的呈花瓣状的宽键(3 在同一角 度位置上。送入时，独立应变测试单元二端外壳球面形状的接触头(9)上呈花瓣状分布的 宽键(3 可以穿行通过测标环上、下接触座(6)中呈圆锥形面呈花瓣状分布的宽槽(27)， 当连接杆上的记号接近送入指定测标环(1)对应位置时，再顺时针转动连接杆，使独立应 变测试单元二端球面形状的接触头(9)径向呈多个花瓣状分布的宽键(3 、窄键09)分别 与下部位的测标环上、下接触座(6)呈圆锥形面宽槽支承台08)相互接触，其窄键09)则 可分别滑入下部位测标环圆锥形接触座面(6)的窄槽(31)之中并与之配合接触。此时，再 将连接杆向下压住并同时逆时针转动连接杆，它会使独立应变测试单元中的转动关节(14) 沿其轴心按一定角度转动，伸缩弹簧(1 被压缩后，分段连接这些内部机械构件的独立应 变测试单元外壳的部分支撑圆管(8)之间沿其轴线套叠滑动，独立应变测试单元二端相对 长度缩短，该独立应变测试单元上端球面形状的接触头(9)上端球状面分布的宽键(32) 能够穿行通过上部位测标环上、下接触座(6)呈圆锥形面呈花瓣状的宽槽(27)，到达该上 部位测标环(1)的下方，然后顺时针转动连接杆并让伸缩弹簧(13)向上自由伸张，则该独 立应变测试单元二端球面形状的接触头(9)上端径向呈多个花瓣状分布的宽键(32)、窄键 (29)分别与上部位测标环(1)的下接触座(6)呈圆锥形面宽槽支承台08)相互接触，其窄 键09)则可分别滑入该上部位测标环(1)下圆锥形接触座面(6)的窄槽(31)之中并与之 配合接触，此时，该独立应变测试单元(3)在伸缩弹簧(13)的伸张力作用下已牢固支撑安 置固定于二个测标环(1)之间，只要逆时针转动连接杆并向上拔出，即可脱离独立应变测 试单元内的挂钩插销(15)，从而完成一个将独立应变测试单元C3)置入岩体孔内(7)指定 位置的安放动作。这一点从图7、图8、图9、图10中可以看出，图7、图9分别表示了独立应 变测试单元C3)的一端接触头未进入测标环(1)接触座(6)侧视、俯视位置的状态，图8、图 10分别表示了独立应变测试单元(3)的一端已进入测标环(1)接触座(6)侧视、俯视位置CN 201917329 U
说明书
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的状态。只要不断重复上述动作过程，即可将所有独立应变测试单元(3)逐一由下而上安 放固定在岩体孔内(7)预置的各测标环(1)之间。若按上述动作过程逆向操作，也可将各 独立应变测试单元C3)逐一置出岩体孔外，使各独立应变测试单元C3)可重复使用，实现了 本实用新型所说的半固定组合安装，这样单次使用成本将大为降低。置入后的各独立应变测试单元，只要是在测试工作状态就不会被移出岩体孔外， 一直在固定的位置工作，岩体孔内环境温度变化不大，对测试误差影响很小。各独立应变测 试单元自带有电源系统，一般采用锂电池，充电一次应能保证连续工作期限长达数月乃至 一年之上更好，这样有利于对岩体应变信息进行长期、连续性、不间断地实时监测。如果岩 体孔内(7)有水或泥浆，非有线数据通讯收发器(4)将不会采用数字红外串行通讯或数字 无线串行通讯收发器，此时应采用本实用新型非有线数据通讯收发器(4)另表述的一种数 字声频串行通讯收发器来完成独立应变测试单元之间的数据传送工作。数字声频技术是一 种将数字信号转换为声波振动信号，或再由声波振动信号转换为数字信号的技术，声波信 号是可以在水或泥浆中传播的，而红外和无线信号则不能。本实用新型仅只要求声波信号 在水或泥浆中传播不到十个厘米远的距离，所以采用数字声频串行通讯收发器在技术上实 现起来并不难。采用数字声频串行通讯收发器可能更适于在岩体孔内复杂环境下的数据 传送。这种半固定组合的应变测试装置对基桩轴力、桩周摩阻分布的测试更显优点。所谓 基桩轴力、桩周摩阻分布测试，是在基桩竖向依序埋入测标环(1)及其之间的间距支撑管 (2)并灌浆固定，各独立应变测试单元C3)依序由下而上置入测标环对之间固定，直至基桩 上方顶部，安放好应变读数缓存控制器( 及无线通讯天线(10)后便可对基桩逐级施加荷 载，各独立应变测试单元C3)测试的数据经非有线数据通讯收发器G)、应变读数缓存控制 器( 传输转储后不断传入微机，即可实时得出基桩在逐级荷载状况下，不同深度位置与 应变的对应关系图，也就是从位置、荷载、应变三者关系得出基桩轴力、桩周摩阻分布示意 图。测试完成后，各独立应变测试单元C3)又可沿孔口从上而下依序逐个取出，下次重复使 用。在本实用新型中，只要是采用非有线或非直接接触在各独立应变测试单元之间实 现数据传输功能的串行数据通讯收发器均在本实用新型保护范围之内，它可以是一种数字 红外串行通讯收发器，可以是一种含有内藏式天线的数字无线串行通讯收发器，也可以是 一种数字声频串行通讯收发器。故在本实用新型中，只有通过上述数字串行通讯收发方式 即通过非有线数据通讯收发器(4)才能在各独立应变测试单元之间逐一传递完成测试数 据向地面发送的任务，而无需连接电缆完成，提高了工作可靠性。由于工作时，安装于各独 立应变测试单元二端的非有线数据通讯收发器(4)之间距离仅数厘米，其首尾又面面相 对，故对上述这些收发器芯片功能技术指标要求不高，况且以上都是现有的成熟技术，其芯 片可直接在市场上买到，从而实现其技术功能容易，价格低廉。以上是本实用新型最佳的实施例。综上所述，本实用新型提出的这种半固定组合的测量岩体应变装置相对于埋入式 应变计及滑动式测微计而言，无论是在固定安装方式上，工作测试效果上，还是在信息化管 理与控制方面，技术上有所突破，更具显著优点，尤其应用在工程灾害，地质灾害预警预报， 施工监测管理，工程质量监督与管理等领域中意义重大，相信本实用新型有着更为广泛地 应用前景。
权利要求1.利用测标环以等间距嵌入岩体孔内，通过安装有测微计的若干独立应变测试单元感 测各测标环间距离变化的一种半固定组合的测量岩体应变装置，其特征在于该装置由测标 环、测标环间距支撑管、若干带有非有线数据通讯收发器的独立应变测试单元和一个带有 非有线数据通讯收发器的应变读数缓存控制器组成；在测标环轴向位置中部，其径向面装 有二个互为背向的上、下圆锥形座，测标环二端分别与测标环间距支撑管连接，并以等间距 嵌入岩体孔内；独立应变测试单元外壳为一圆管结构，其轴向二端分别为一个球面形状的 接触头，二个非有线数据通讯收发器分别安装在其球面形状的接触头头顶端部，置于岩体 孔内各独立应变测试单元外壳二端的球面形状的接触头可分别与相邻二个测标环上、下圆 锥形座面相互接触，相邻二个独立应变测试单元之间的非有线数据通讯收发器则首尾面面 相对，各独立应变测试单元依序由岩孔底部从下而上分别在测标环之间组合排列，直至排 列距岩体孔内顶部最后一个测标环的下圆锥形座面之下，应变读数缓存控制器外壳底部也 做成为一个球面形状的接触头状并安装在距岩体孔内顶部最后一个测标环的上圆锥形座 面之上，应变读数缓存控制器中有二个非有线数据通讯收发器，其中一个安装在其外壳底 部球面形状接触头的头顶端部，并与距岩体孔内顶部的独立应变测试单元的非有线数据通 讯收发器面面相对，另一个与位于应变读数缓存控制器外壳上部的无线通讯天线相连接。
2.根据权利要求1所述的测量岩体应变装置，其特征在于独立应变测试单元由单元 外壳二端球面形状的接触头、独立应变测试单元外壳支撑、伸缩弹簧、接触头转动关节、挂 钩插销、测微计、电子信号调理及数字信号采集电路板、供电电源、二个非有线数据通讯收 发器组成；独立应变测试单元外壳支撑由多个圆管分段连接而成，伸缩弹簧随测微计外壳、 测微计活动测杆分别与独立应变测试单元外壳支撑固定连接，独立应变测试单元外壳二端 球面形状的接触头分别安装在独立应变测试单元外壳支撑圆管轴向二头的端部，其中一头 直接连向接触头转动关节一端，其头顶端部径向平面沿轴向向内开有一孔，孔内装有挂钩 插销及一个非有线数据通讯收发器，转动关节的另一端连向独立应变测试单元外壳支撑圆 管，独立应变测试单元外壳二端球面形状接触头的另一头直接同独立应变测试单元外壳支 撑圆管另一端相连接，其头顶端部径向平面沿轴向向内也开有一孔，孔内装有另一个非有 线数据通讯收发器；供电电源分别与测微计、电子信号调理及数字信号采集板、非有线数据 通讯收发器相连接并供电，测微计的应变信号输出端同电子信号调理及数字信号采集板的 信号输入端相连接，电子信号调理及数字采集板数字输出端分别同二个非有线数据通讯收 发器相连接；位于测标环间的各独立应变测试单元测微计感测的应变信号在电子信号调理 及数字信号采集电路板内转换成数字信号并在驻留在电路板内的软件控制下，均由其首尾 位置面面相对的非有线数据通讯收发器逐一由内向外传送到位于岩体孔外的应变读数缓 存控制器中。
3.根据权利要求1所述的测量岩体应变装置，其特征在于该控制器是由二个非有线数 据通讯收发器、CPU及缓冲存储器、供电电源、无线通讯天线组成；供电电源分别同二个非 有线数据通讯收发器、CPU及缓冲存储器相连接，CPU及缓冲存储器分别与二个非有线数据 通讯收发器数据收发的输入端相连接，其中一个非有线数据通讯收发器与无线通讯天线相 连接；在驻留在CPU及缓冲存储器的软件控制下，完成对岩体孔内所有独立应变测试单元 的应变测试数据的转储及数据向外传送的功能。
4.根据权利要求1所述的测量岩体应变装置，其特征在于测标环是一个圆形筒体，测标环间距支撑管二端径向外侧分别插入相邻测标环筒体二端径向内侧，测标环与测标环间 距支撑管轴向相互连接支撑并预埋或置于岩体孔内喷浆固定，测标环上、下圆锥形接触座 面互为背向且分别位于测标环筒体轴向内侧轴向二分之一处的二边，在其径向位置上被分 割为多个呈花瓣状的锥形面宽槽支承台，每个锥形面宽槽支承台中间二分之一处开有一个 窄槽，测标环上、下圆锥形接触座面的二个圆锥大口径面分别朝向测标环圆形筒体轴向二 端，其径向平面上呈花瓣状的宽、窄槽则分别与测标环筒体轴线方向平行。
5.根据权利要求1所述的测量岩体应变装置，其特征在于独立应变测试单元外壳二端 球面形状的接触头其径向平面上被分割为多个呈花瓣状的宽键，多个呈花瓣状的宽键其轴 向平面朝其径向平面形成一个球面使独立应变测试单元外壳二端球面形状的接触头端部 分别呈现为一个花瓣状分布的球状面，每个位于呈球面形状的接触头的宽键，在其径向二 分之一位置处其轴向再凸起一窄键延至球面形状接触头的轴向端部，径向呈多个花瓣状分 布的宽、窄键分别与独立应变测试单元二端球面形状的接触头的外壳支撑管体轴线方向平 行，其球状面可分别与测标环上、下接触座呈圆锥形面宽槽支承台相互接触，其窄键则可分 别滑入测标上、下圆锥形接触座面的窄槽之中并与之配合接触。
专利摘要该装置由测标环、测标环间距支撑管、带有非有线数据通讯收发器的独立应变测试单元和应变读数缓存控制器组成。各独立应变测试单元分别依序组合置入岩体孔内相邻的二测标环间，独立应变测试单元外壳二端球面状接触头与相邻测标环上、下圆锥接触座面分别相互接触固定，各独立应变测试单元外壳二端接触头的端部，分别安装有非有线数据通讯收发器，并与相邻独立应变测试单元非有线数据通讯收发器首尾面面相对，测标环间各独立应变测试单元感测的应变值经单元内电子信号调理及数字信号采集板处理后，在软件控制下由其首尾对应的非有线数据通讯收发器逐一从内向外传送到位于岩体孔外的应变读数缓存控制器中，并通过无线通讯方式与计算机连接传数。
文档编号G01B21/32GK201917329SQ20102029565
公开日2011年8月3日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者崔文, 程乐平, 程红, 程肯, 罗玉林, 胡聪 申请人:武汉华岩电子有限责任公司
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