Устройство для измерения напряжений в массиве горных пород

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включакадее последовательно расположенные цилиндрические фотоупругие датчики с осевыми отверстиями и зеркальным слоем на задней торцовой поверхности , отличакщееся тем, что/ с целью повышения точности измерения напряжений стенок различных участков прямолинейных и криволинейных цилиндрических скважин, оно снабжено гибким зондом с возможностью осевого перемещения его в отверстиях фо оупругих датчиков и коническими зеркалами с внутренней зеркгшьной поверхностью, установленными перед Q прозрачными торцами цилиндрических S фотоупругих датчиков. СО

СОЮЗ С(:6ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (Н) 3(59 Е 21 С 39 00 с

ОЛИСАНИК ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOtAf СВИДЕТЕЛЬСТВМ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛКРЫТИЙ (21)3500347/22-03 (22)15.10.82 (46)15.01.84. Бюл. Р 2 (72)Н,И ° Сартаков, В.Н. Ковалев и В.К. Сифоркин (71)Сибирский государственный проектный и научно-исследовательский институт цветной металлургии (53)622.23.05(088.8) (56)1. Измерение деформаций и напряжения с помощью микрометренной. стойки и фотоупругих датчиков. Методические рекомендации. Сост. Кулаков Г.И., Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1980, с. 10.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 735773, кл. Е 21 С 39/00, 1977 (прототип)..(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающее последовательно расположенные цилиндрические фотоупругие датчики с осевыми отверстиями и зеркальным слоем на задней торцовой поверхности, о т л и ч а к щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения напряжений стенок различных участков прямолинейных и криволинейных цилиндрических скважин, оно снабжено гибким зондом с возможностью осевого перемещения его в отверстиях фоФоупругих датчиков и коническими зеркалами с внутренней зеркальной поверхностью, установленными перед прозрачными торцами цилиндрических 5 фотоупругих датчиков.

10б7212

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем,,что гибкий зонд выполнен из оптически прозрачного наконечника с направляющим конусом

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам для исследования напряжений в горных породах.

Известно устройство для измерения 5 напряжений в массиве горных пород, содержащее микрсметренную стойку, реперы и фотоупругие датчики C1$.

Однако это устройство не позволяет определять концентрации напряжений на разных участках цилиндрических включений скважины, штуцеры и пр.1. и особенно при искривлен./ ных включениях, Известно также устройство для .измерения напряжений в массиве горных пород, включающее последовательно расположенные цилиндрические фотоупругие датчики с осевыми отверстиями и зеркальным слоем на задней торцо вой поверхности. Датчики во включении располагаются так, чтобы зеркальные участки разных элементов не перекрывали друг друга 2 .

Недостатки известного устройства заключаются в том, что с увеличением количества устанавливаемых фотоупругих датчиков резко усложняются наблюдения и, соответственно, расчет напряжений, наружный диаметр элементов и диаметр осевых отверстий в них должен быть строго одинаков, элементы не допускают перекосов при их установке в.цилиндрических включениях, невозможны наблюдения в искривленных цилиндрических включени- 3 ях, .обязательна установка датчиков так, чтобы зеркальные. участки разных

- элементов не перекрывали друг друга., Все это существенно снижает точность измерения напряжений. 40

Цель изобретения - повышение точности измерения напряжений стенок различных участков прямолинейных и криволинейных цилиндрических скважин. 45

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для измерения напряжений в массиве горных пород, включающее последовательно расположенные цилиндрические фотоупругие датчики с осевыми отверстиями и зеркальным слоем на задней торцовой поверхности, снабжено гибким зондом с возможностью осевого перемещеи с неподвижно размещенным в нем коническим зеркалом с наружной зеркальной поверхностью, жестко соединенного с гибким световодом. ния его в отверстиях цилиндрических фотоупругих датчиков и коническими, зеркалами с внутренней зеркальной поверхностью, установленными перед прозрачными торцами цилиндрических фотоупругих датчиков.

Кроме того, гибкий зонд выполнен из оптически прозрачного наконечника с направляющим конусом и с неподвижно размещенным в нем коническим зеркалом с наружной зеркальной поверхно-. стью, жестко соединенного с гибким световодом.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — фотоупругий элемент с коническим зеркалом и направляющим конусом, на фиг. 3 — головная часть подвижного зонда.

Устройство состоит из серии цилиндрических фотоупругих датчиков 1, выполненных с диаметром осевого отверстия, несколько превышающим наружный диаметр гибкого зонда 2. Цилиндрические фотоупругие датчики 1 состоят. из элементов 3, выполненных из оптически чувствительного материала, например полистирола СД-5. Задняя торцовая часть элемента 3 (фиг.2) покрыта зеркальным слоем 4. Перед элементом 3 вплотную к нему на эластичной кольцевой прокладке 5 установлено коническое зеркало б с. внутренней зеркальной поверхностью,Для направленного движения и ориентировки в .устройстве гибкого зонда передняя торцовая часть конического зеркала также выполнена в виде конуса.

Все цилиндрические фотоупругие датчики совместно с коническими зеркалами с внутренним зеркальным покрытием закрепляются внутри гибкой тонкостенной трубы 7, которая вводится s цилиндрическое включение.

Головная часть гибкого зонда — оптически прозрачный наконечник 8 рмеет конусообразную поверхность.

Внутри оптически прозрачного наконечника 8 неподвижно установлено коническое зеркало 9 с наружной зеркальной поверхностью.

Оптически прозрачный наконечник жестко соединен с гибким светово- дом 10, размещенным в трубе 11 из эластичного материала.

1067212

1g f1

Составитель И. Наэаркина

Техред Л. Пилипенко КорректорtO. Макаренко

Редактор В. Ковтун

Заказ 11169/38 Тираж 569. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство работает следующим образом.

Гибкая тонкостенная труба 7 с установленными в ней датчиками 1 устанавливается в цилиндрическом включении, образованном в исследуемом материале, напрймер в горной породе, и укрепляется к стенкам включения с помощью самотвердеющего клея. При нагружении массива горных пород в датчиках 1 за счет совместного их деформирования с породами возникают напряжения, которые различны по своей величине в каждом датчике вследствие неоднородности пород и неравномерности распределения напряжений IS в породе по длине включения. для снятия показаний гибкий зонд 2 вводят в осевое отверстие датчиков 1 и устанавливают таким образом, чтобы была видна оптическая картина в 20 датчике 1. Это достигается тем, что луч поляризованного света проходит по световоду 10, последовательно отражаясь от зеркал 9 и 6, сквозь фотоупругий элемент 3, отражаясь от зеркальной поверхности, вновь проходит через фотоупругий элемент 3 и, отражаясь от зеркал 6 и .9,проходит по световоду к наблюдателю.

По оптическим картинам, полученным с датчиков 1, определяется концентрация напряжений в каждом датчике 1 по отношению, например, к внешней нагрузке. Чем больше число датчиков 1 в скважине, тем точнее и ка чественнее определяется распределеwe напряжений в массиве горных по род по длине включения.

Применение устройства позволяет улучшить работы по исследованию напряженного состояния массива горных пород, получать более полную качественную картину распределения напряжений в массиве, как при прямолинейных, так и при искривленных включениях.