[发明专利]检测锚杆锚固力的光纤光栅检测系统装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及对锚杆的锚固质量进行检测和控制的检测装置，具体涉及通过光纤光栅对锚杆锚固质量进行检测的一种检测锚杆锚固力的光纤光栅检测系统装置及检测方法。

背景技术

国内外地下或地上对洞室围岩和边坡的稳定，大量巷道、隧道、边坡的稳定采用锚杆锚固围岩，尤其是煤矿井下开采，需要在井下开掘大量巷道。据不完全统计，国有大中型煤矿每年新掘进的巷道总长度高达8000km 左右，80%以上是开掘在煤层中的巷道，保持巷道畅通与围岩稳定对煤矿建设与安全生产具有重要意义。同时，冶金矿山、水利、铁路、公路、国防等开挖的隧道，基本上都采用锚杆支护，是维护巷道稳定中最常用的一种主动支护方式，对巷道围岩强度具有强化作用，可以显著提高围岩的稳定性，加之具有支护成本低、成巷速度快、经济效益好等优点。

锚杆的锚固质量直接关系到洞室围岩和边坡的稳定，必须对锚杆的锚固质量进行检测、控制。锚杆锚固质量的好坏不但跟锚杆的整体抗拨力有关，而且还跟各段的锚固力有关。只有确定出各个部段的锚固力，才能对锚杆的锚固质量作出正确的评价。同时，锚杆支护现代理念的动态信息法，也要求能够迅速地将锚杆支护后的信息反馈给工作人员，以便工作人员可以及时的做出调整，指导往后的支护。

传统的检测手段比较多，主要有电阻应变计式、差动电阻应变计式、钢弦式和液压枕式等几类传感器，同时国内外有学者采用声频应力波检测的方法和探地雷达，小波分析等方法。这些机电类敏感元器件已大量使用，并已有成熟的技术，尤其是电阻应变计的长期稳定性、温度漂移、零点稳定和长距离传输问题得到较好的解决。但这些传感器仍存在防潮、防水、抗干扰性能差，不能实现分布式测量等缺点，同时，还存在不能很好满足工程的实时检测需要，加之具有整个检测过程周期较长、设备安装极其繁琐，无法对整个过程进行长期有效的检测的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、安装方便、检测速度快，远距离监控，重复使用、易于保护和维护，能够对锚杆受力进行实时检测，并能够实现分布式测量的一种检测锚杆锚固力的光纤光栅检测系统装置。

本发明的另一目的在于提供检测方法。

为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种检测锚杆锚固力的光纤光栅检测系统装置包括螺母、锚杆测力计、光纤光栅锚杆测力计、承压板、第一光纤光栅传感器、筒体、第二光纤光栅传感器、锚杆、第三光纤光栅传感器、电阻应变仪、机算机、光纤光栅解调仪、弹性体、光纤引出线、第一光纤光栅、第二光纤光栅，本发明的特殊之处在于所述锚杆一端依次分别连接一个螺母、一个锚杆拉力机、一个光纤光栅锚杆测力计，所述光纤光栅锚杆测力计与承压板连接，所述锚杆另一端穿过承压板与筒体连接，所述筒体内腔依次分别与第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器，第三光纤光栅传感器连接，所述光纤光栅锚杆测力计、光纤光栅传感器一端通过光纤引出线与光纤光栅解调仪连接，所述光纤光栅解调仪与机算机连接，所述机算机与电阻应变仪连接，所述电阻应变仪另一端通过光纤引出线与光纤光栅传感器另一端连接，所述光纤光栅传感器一端面上连接有弹性体和光纤引出线，光纤光栅传感器内腔设有第一光纤光栅和第二光纤光栅。

所述筒体内腔间隔置有至少3个光纤光栅传感器。

所述光纤光传感器为光纤光栅传感器依次串联连接构成1根线性阵列，其每根线性阵列并联连接后至少构成三个阵列。 

4、—种所述的检测系统装置的检测方法，按下述步骤进行：

（1）、光纤光栅解调仪内置的宽带光源通过光缆施加光源给第三光纤光栅传感器和光纤光栅锚杆测力计，第三光纤光栅传感器和光纤光栅锚杆测力计返回的光信号由光纤光栅解调仪装换成传感器的波长值输入给计算机，通过计算波长漂移量，将波长值转换成锚杆端部的应力值；

（2）、准分布的第一光纤光栅传感器、第二光纤光栅传感器、第三光纤光栅传感器通过不同光纤光栅的反射光波长                                                、、，与锚索、锚杆沿各测量点相对应，分别感受锚索、锚杆沿线各分布测点的应力，使其反射光的波长发生改变，改变的反射光经传输光纤从测量现场传出，由光纤光栅解调仪探测其波长的大小，通过计算波长漂移量，将波长值转换成锚杆杆身的各个测点的应变大小及锚索、锚杆的应力分布状态；