Датчик-зонд тензометрический для измерения деформаций горного массива

Датчик-зонд предназначен для измерения деформаций горного массива. Содержит пластинчатый чувствительный тензометрический элемент с тензорезисторами, анкерными зонами и кабель. Для обеспечения возможности правильной установки в скважине, выполненной в толще горного массива и повышения достоверности измерения деформаций, пластинчатый чувствительный тензометрический элемент замоноличен в закладном узле, выполненном в виде параллелепипеда, размеры чувствительного тензометрического элемента и закладного узла удовлетворяют соотношениям:

0,3l/L0,9,

0,2<w/W0,9,

где обозначено:

l - длина чувствительного тензометрического элемента, мм,

L - длина закладного узла, мм, w - ширина чувствительного тензометрического элемента, мм,

W - ширина закладного узла, мм, закладной узел изготовлен из композитного материала, содержащего:

цемент марки Д0, 25-30%,

песок кварцевый, фракция 0,315-0,630 мм, 56-61%

натриевое жидкое стекло, 1%

остальное вода,

при этом на закладной узел нанесен защитный слой - натриевое жидкое стекло с инертным наполнителем.

1 пункт патентной формулы, илл.1.

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения деформаций и напряжений в толще горного массива.

Известен датчик для измерения деформаций в бетоне (патент США 4730497, G01N 3/00, 1988 г.), содержащий тензометрический датчик для измерения деформаций горного массива, содержащий чувствительный элемент с анкерными элементами, кабель.

Недостатком аналога является использование в качестве чувствительного элемента колеблющейся струны с нелинейной характеристикой преобразования деформации в частоту, что снижает точность и достоверность измерений.

Наиболее близким к предложенной полезной модели по совокупности существенных признаков является датчик-зонд по патенту Японии JP 2009192319, "Buried type strain meter", G01B, 7/16, 2009 г., для измерения деформаций горного массива, содержащий чувствительный тензометрический элемент с анкерными элементами, кабель.

К числу недостатков прототипа относятся следующие.

В лабораторных условиях невозможно проверить, каковы реальные параметры датчика, замоноличенного в породе. Градировочная характеристика датчика, полученная в лабораторных условиях, на стендах, не может быть использована в реальных условиях эксплуатационных условияхгорных выработок, шахт и т.п., что приводит к недостаточной достоверности результатов измерений, так как механические характеристики датчика и породы различны.

Кроме того, из-за сложной формы датчика практически невозможно правильно установить его в скважине таким образом, чтобы окружающая его порода полностью заполнила все углубленные места и тем самым было обеспечено плотное прилегание к породе и правильная передачи ее деформации на датчик.

Прототип является чувствительным прибором и требует бережного обращения, а это трудно обеспечить в полевых условиях открытых горных выработок и в подземных условиях шахт.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков прототипа, а именно обеспечение возможности правильной установки в скважине, выполненной в толще горного массива и повышения достоверности измерения деформаций.

Для достижения указанных целей в прототип введен закладной узел, выполненный в виде параллелепипеда, чувствительный тензометрический элемент выполнен в виде пластины и замоноличен в закладном узле, при этом размеры чувствительного тензометрического элемента и закладного узла удовлетворяют соотношениям:

0,3l/L0,9

0,2w/W0,9,

где обозначено:

l - длина чувствительного тензометрического элемента, мм,

L - длина закладного узла, мм,

w - ширина чувствительного тензометрического элемента, мм,

W - ширина закладного узла, мм,

кабель выведен за пределы закладного узла,

закладной узел изготовлен из композитного материала, содержащего:

цемент марки Д0, 25-30%,

песок кварцевый, фракция 0,31-0,63 мм, 56-61%

натриевое жидкое стекло, 1%

остальное вода,

при этом на закладной узел нанесен защитный слой - натриевое жидкое стекло с инертным наполнителем.

Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан датчик-зонд тензометрический для измерения деформаций горного массива, и его проекции в разрезе.

Для достижения указанных целей в датчик-зонд введен закладной узел 1, выполненный в виде параллелепипеда, чувствительный тензометрический элемент выполнен в виде пластины 2 и замоноличен в закладном узле 1, при этом размеры чувствительного тензометрического элемента и закладного узла удовлетворяют соотношениям:

0,3l/L<0,9,

0,2w/W0,9,

где обозначено:

l - длина чувствительного тензометрического элемента, мм,

L - длина закладного узла, мм,

w - ширина чувствительного тензометрического элемента, мм,

W - ширина закладного узла, мм,

кабель 3 выведен за пределы закладного узла 1.

Закладной узел 1 изготовлен из композитного материала, содержащего:

цемент марки Д0, 25-30%,

песок кварцевый, фракция 0,315-0,630 мм, 56-61%

натриевое жидкое стекло, 1%

остальное вода.

На закладной узел 1 нанесен защитный слой 7 - натриевое жидкое стекло с инертным наполнителем.

На пластине 2 размещены тензорезисторы 4, защищенные герметиком 5. Анкерные элементы 6 размещены на концах пластины 2.

Устройство работает следующим образом.

Датчик-зонд помещают в скважину и замоноличивают в заданном положении заливкой скважины материалом, схожим или совпадающим по механическим характеристикам с окружающей горной породой.

Деформация ± окружающей горной породы передается на закладной узел 1, и, через анкерные элементы 6, на пластину 2.

Тензорезистор 4 преобразует деформацию ± в изменение сопротивления. Через кабель 3 к тензорезистору 4 подключена вторичная аппаратура (на чертеже не показана), которая преобразует изменение сопротивления тензорезистора 4 в нужную форму.

Соотношения размеров пластины 2, чувствительного тензометрического элемента и закладного узла 1 подобраны экспериментальным путем, исходя из условия минимизации общего размера датчика-зонда, что облегчает его ориентацию при установке в скважине.

Для защиты тензорезисторов от влаги служит герметик 5.

Проникновению воды также препятствует защитный слой 7 из натриевого жидкого стекла с инертным наполнителем.

Перед размещением датчика-зонда в скважине, в эксплуатационных условиях, его градуируют на силозадающей машине, в лабораторных условиях. Полученная в лабораторных условиях характеристика преобразования датчика-зонда может быть использована в эксплуатационных условиях, поскольку благодаря закладному узлу 1 условия работы пластины 2 и тензорезистора 4 в лабораторных и эксплуатационных условиях идентичны.

Наличие закладного узла 1 обеспечивает достаточную прочность датчика-зонда. Поэтому, в отличие от прототипа, он выдерживает грубое обращение, обычное для работ в шахтах и горных выработках. Это позволяет использовать его в любых производственных условиях, и надежно замоноличивать его в скважинах.

Анкерные элементы 6 могут быть выполнены в виде двухсторонних отгибов пластины 2, приклепанных или припаянных уголков и т.п.

Тензорезистор 4 может быть дополнен другими тензорезисторами до полумоста или полного моста, в зависимости от вторичной аппаратуры.

В закладном узле 1 можно разместить несколько чувствительных тензометрических элемента, ориентированных под разными углами, что позволяет одновременно измерить деформацию по разным направлениям.

Датчик-зонд тензометрический для измерения деформаций горного массива, содержащий чувствительный тензометрический элемент с анкерными зонами, кабель, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности правильной установки в скважине, выполненной в толще горного массива, и повышения достоверности измерения деформаций, в него введен закладной узел, выполненный в виде параллелепипеда, чувствительный тензометрический элемент выполнен в виде пластины и замоноличен в закладном узле, размеры чувствительного тензометрического элемента и закладного узла удовлетворяют соотношениям

0,3l/L0,9,

0,2w/W0,9,

где l - длина чувствительного тензометрического элемента, мм,

L - длина закладного узла, мм,

w - ширина чувствительного тензометрического элемента, мм,

W - ширина закладного узла, мм,

кабель выведен за пределы закладного узла,

а закладной узел изготовлен из композитного материала, содержащего:

при этом на закладной узел нанесен защитный слой - натриевое жидкое стекло с инертным наполнителем.