一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置的制作方法

1.本发明涉及岩体应力测量及监测技术领域，尤其涉及一种可检测应力计本身位姿并对其进行补偿的岩体应力测量装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前岩体应力测试包括原岩地应力测试与扰动应力测试。其中扰动应力测试主要监测工程开挖扰动和运移过程中岩体应力的变化情况，是进行地下工程开挖、设计、稳定性分析的关键测试参数。地应力测量目前多采用空心包体应变计法，如澳大利亚csiro三向空心包体应力计，中国专利公开号cn 104280167b，cn 105910531a等所公开的三维应力测试装置等。
3.空心包体应变计的基本原理是在监测探头腔体内部根据测量方向粘贴应变传感器，通过电桥电路将监测信号放大并进行采集，从而计算出所受岩体应力的方向和大小。通过定位推送装置，将空心包体推入测量钻孔，并标定空心包体的空间方位，从而实现测点三维应力的长期监测。但是岩层在工程开挖扰动，空心包体将跟随岩层运动发生转动，空心包体应力计产生偏向角。现有空心包体应变计均未对其检测时的位姿情况进行检测，因此在空心包体应力计偏向角较大时，所检测数据处理后与所需检测实际应力偏差较大，造成数据误差较大无法使用。因此为满足地下空间复杂环境下长期应力监测的要求，有必要研发一套可实现对空心包体自身位姿进行监测的岩体应力测量装置，在进行岩体应力监测的过程中对监测装置自身位姿进行检测，从而对其偏向角进行补偿，保证测试的真实性和可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于，提供一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，可在行岩体应力监测的过程中对监测装置自身位姿进行检测，从而对由应力计姿态产生的误差进行补偿，保证数据的精度和可解释性。
5.为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，包括空心包体应力计骨架1，应变传感器2，热敏电偶3，电桥放大电路4，温度补偿测量电路5，mems三轴陀螺仪6，本地数据采集模块组成7。
6.所述的空心包体应力计骨架为中空圆柱状，由导向头13，中部检测腔体12，尾部数据采集腔体11组成。所述的应变传感器2根据检测需求，设计粘贴方向，粘贴于中部检测腔体12内壁；所述的热敏电偶3粘贴于中部检测腔体12下部，用以检测应变计所处环境温度，进行温度补偿；电桥放大电路4，温度补偿测量电路5，mems三轴陀螺仪6均集成于本地数据采集模块7上，安装在尾部数据采集腔体11，实现本地数据采集，以及温度与姿态补偿。
7.所述应变传感器2分为若干组，每组互成120
°
粘贴，各组沿中部检测腔体12均匀粘贴。应变传感器2与电桥放大电路4相连，通过电桥放大电路4将检测应变放大及进行温度补偿。热敏电偶3与温度补偿测量电路5连接，直接对检测腔体内温度进行数据采集。mems三轴
陀螺仪6集成在本地数据采集模块上，采集当前空心包体应力的三轴方向角度。
8.本地数据采集模块由ad转换模块及单片机组成，通过ad转换模块采集应变传感器，温度补偿电路数据，通过包括spi、iic、can通信在内的通信格式读取mems三轴陀螺仪数据，由单片机进行处理，直接传输数字量进行原位采集。本地数据采集模块可设置连续采集、间隔采集、定时采集和休眠待机等工作模式，实现钻孔孔壁三维应变短期、长期监测以及监测系统的低功耗管理。
9.本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明提供一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置及其使用方法，在进行岩层应力监测的同时，对当前应力计的三轴方向偏角进行监测，从而消除应力计因岩层运动造成方向改变导致应力监测存在较大误差。本发明有效实现对应力计偏向角补偿，满足岩层应力原位监测的需求，保证了数据的真实性和可靠性，在矿山、隧道、边坡等复杂环境中使用具有广阔的应用前景。
附图说明
10.为了更清洗涤说明本发明中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图做出简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明提供的岩体应力测量装置系统组成方框示意图；图2是本发明提供的岩体应力测量装置结构示意图；图3是本发明装置进行应力计位姿检测与补偿示意图；其中：1空心包体应力计骨架，2应变传感器，3热敏电偶，4电桥放大电路，5温度补偿测量电路，6 mems三轴陀螺仪，7本地数据采集模块,11尾部数据采集腔体,12中部数据采集腔体,13导向头。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.本发明提供了如图1所示的一种可进行位姿补偿的岩体应力测量装置，包括空心包体应力计骨架1，应变传感器2，热敏电偶3，电桥放大电路4，温度补偿测量电路5， mems三轴陀螺仪6，本地数据采集模块7组成。所述的空心包体应力计骨架为中空圆柱状，由导向头13，中部检测腔体12，尾部数据采集腔体11组成。所述的应变传感器粘贴于中部检测腔体内壁，所述的热敏电偶粘贴于中部检测腔体下部，所述的电桥放大电路，温度补偿测量电路，mems三轴陀螺仪均集成于本地数据采集模块上，安装在尾部数据采集腔体，实现本地数据采集，以及温度与姿态补偿。本发明提供的岩体应力测量装置结构如图2所示。
14.所述的应变传感器分为若干组，各组互成120
°
粘贴，每组内依据检测需求沿不同方向粘贴；所述的热敏电偶与温度补偿测量电路连接，直接对检测腔体内温度进行数据采
集；mems三轴陀螺仪集成在本地数据采集模块上，采集当前空心包体应力的三轴方向角度。
15.所述的本地数据采集模块由ad转换模块及单片机组成，通过ad转换模块采集应变传感器，温度补偿电路数据，通过包括spi、iic、can通信在内的通信格式读取mems三轴陀螺仪数据，由单片机基于所采集的应变计温度及三周方向角度对所采集的应变数据进行补偿处理，计算岩体准确应力大小与方向。
16.本地数据采集模块可设置连续采集、间隔采集、定时采集和休眠待机等工作模式，实现钻孔孔壁三维应变短期、长期监测以及监测系统的低功耗管理。
17.如图3所示，采用本应力计进行应力监测时包括以下步骤：1.在检测岩壁打孔，通过推送杆将本发明所述应力计推送至安装位置，通过推进注胶使应变计与孔壁紧密胶结；2.通过应变传感器检测原始地应力，通过mems三轴陀螺仪检测当前应变计三轴方向倾角，记录初始偏向角并标定；3.设置采集间隔，进行连续监测；4.探头监测应变变化，同时通过热敏电偶与温度补偿测量电路检测应变计温度，通过mems三轴陀螺仪检测当前应变计三轴方向倾角。
18.4.本地数据采集模块基于温度补偿电路对应变传感器数据进行补偿，根据应变计算应力变化值与当前应力方向；5.本地数据采集模块根据mems三轴陀螺仪所检测的应变计三轴方向倾角对应力变化值和方向进行标定，计算当前实际的应力变化值，并与原始地应力相加，得到当前应力状态，实现应力准确检测。
19.以上所述仅为本发明较佳具体实施，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。