一種多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能frp智能錨桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿的制作方法，利用安裝在智能FRP錨桿上的光纖光柵傳感器以及點(diǎn)對點(diǎn)的多點(diǎn)溫補(bǔ)傳感器測量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算FRP錨桿在不同深度的軸力，從而對FRP錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評價(jià)，同時(shí)也能對圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；本發(fā)明的長標(biāo)距光纖光柵傳感器制作工藝簡單，造價(jià)相比較為低廉。本發(fā)明主要通過常用的實(shí)心纖維復(fù)合材料錨桿主體和由多個(gè)長標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器并輔以多點(diǎn)溫度補(bǔ)償傳感器組成，制作簡單，布設(shè)方便，有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
一種多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦、隧道、巖土和邊坡工程的錨桿軸力監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種基于長標(biāo)距多光柵的FRP智能錨桿的生產(chǎn)及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是在煤礦、邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采礦等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。錨桿支護(hù)是通過圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在開挖面周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)圍巖或巷道等穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護(hù)方法，是圍巖、礦山等支護(hù)的重大變革。錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快。因此錨桿已在很多土木、巖土、隧道、采礦等工程中被大量的使用，如基于新奧法的隧道開挖，錨桿使用量動輒幾萬根，另外如三峽水利工程，亦用了有十幾萬根各式錨桿。
[0003]纖維增強(qiáng)塑料(Fiber Reinforced Plastics，F(xiàn)RP)，是以樹脂為基體材料，用纖維增強(qiáng)的一種復(fù)合材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)，力學(xué)性能佳;材料可設(shè)計(jì)性好，加工、成型工藝靈活；耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，因此已被廣泛于很多土木實(shí)際工程中，而纖維增強(qiáng)塑料由于其抗靜電性，碰撞不會產(chǎn)生火星等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦等井下應(yīng)用更是具有很大的優(yōu)勢，目前纖維增強(qiáng)塑料的錨桿進(jìn)行在實(shí)際煤礦等井下大量使用。
[0004]隨著錨桿支護(hù)的廣泛使用，對于錨桿在圍巖中的受力、承載能力、以及可能的損傷等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測，從而對于圍巖的支護(hù)情況、穩(wěn)定情況等作出判斷顯得尤為重要，且已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要課題。目前國內(nèi)外對于錨桿在圍巖支護(hù)中的受力、承載、及損傷情況的測試方法基本可歸納為兩大類，其中一類是使用測力錨桿、錨桿拉拔計(jì)、應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變片通過錨桿“拉拔試驗(yàn)”來測試錨桿在拉拔作用下的受力情況和損傷情況;另一類則采用比較間接的方式，利用電磁波、聲波等在不同介質(zhì)層的反射差異來檢測砂漿錨固體的飽和程度，間接評價(jià)錨固的受力及損傷情況。但這些方法從總體上看，存在著受環(huán)境影響大，耐久性差，長期穩(wěn)定性差，測試誤差大等缺點(diǎn)，對于像巖土、隧道、采礦等環(huán)境比較惡劣、施工方式粗放，但測試精度要求高的實(shí)際工程應(yīng)用，其適用性尤顯單薄。
[0005]近年來發(fā)展起來的光纖傳感技術(shù)具有耐久性好，性能穩(wěn)定、抗電磁干擾、便于分布式測量等優(yōu)點(diǎn)，也對錨桿軸力檢測、損傷識別等提出了新的思路。目前已有相關(guān)學(xué)者基于B0TDR、B0TDA等技術(shù)對錨桿支護(hù)進(jìn)行了檢測和監(jiān)測，但是由于目前解調(diào)技術(shù)的瓶頸限制，其測試精度嚴(yán)重不足;而FBG光柵由于精度高，應(yīng)變測量能達(dá)到Ιμε，而且封裝后能防水，耐腐蝕，長期性能比較好，不僅能傳感，而且也能用于傳輸數(shù)據(jù)，利于組網(wǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中。大連理工大學(xué)等也將光柵測試技術(shù)在錨桿監(jiān)測方面作了很多有益的工作，但是都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測試，只能得到非常局部的應(yīng)變情況，但很難準(zhǔn)確地描述尺度比較大的錨桿全長的受力和變形狀況，不能對錨桿的損傷給出有效的判斷?？偟膩碚f，目前的測試方法存在以下幾個(gè)問題，1.單純而簡單得應(yīng)用光纖和光柵技術(shù)，往往由于不僅其傳感部分，而且其引線都容易損壞，不能適應(yīng)這些實(shí)際工程粗放式的施工環(huán)境;2.錨桿結(jié)構(gòu)尺度大，損傷分布范圍廣，傳統(tǒng)的點(diǎn)式傳感很難準(zhǔn)確得捕捉到損傷;3.傳統(tǒng)的監(jiān)測往往都忽視錨桿不同深度的應(yīng)力應(yīng)變變化，而實(shí)際圍巖由于圍巖在荷載作用之下產(chǎn)生形變，或者是機(jī)械開挖和爆破的原因，往往在靠近開挖面的巖層會出現(xiàn)一些碎裂，在圍巖受力作用下，其內(nèi)部將出現(xiàn)內(nèi)力重分布，因此在錨桿不同深度的位置上，其應(yīng)力應(yīng)變很可能是不同的；4.目前的光纖分布式測試技術(shù)由于技術(shù)上的瓶頸問題，精度太低，實(shí)用性??；5.傳統(tǒng)的光柵測試，都是基于光柵與光柵間引線的熔接串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的，但是光纖的熔接更易造成損壞斷裂，且大大地增加其光損，從而影響其測試性能;6.傳統(tǒng)的基于點(diǎn)式測試方式，只能獲得該點(diǎn)的應(yīng)變，無法獲得錨桿的位移。
[0006]為了提高結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試的真實(shí)性、可靠性以及噪聲魯棒性，東南大學(xué)已開發(fā)出了長標(biāo)距光纖光柵應(yīng)變傳感器，并成功運(yùn)用于結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中?；诠饫w光柵的各類傳感器的開發(fā)正在大力推進(jìn)中，但基于光纖光柵對于錨桿及圍巖監(jiān)測的研究目前還很少。目前基于光柵的測試都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測試的方法，對于利用一體化多個(gè)長標(biāo)距光纖光柵進(jìn)行FRP錨桿承載情況、應(yīng)力應(yīng)變情況、以及損傷探測等研究在國內(nèi)外檢索尚無相關(guān)專利及相關(guān)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有尚精確度、尚耐久性、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的基于纖維增強(qiáng)塑料和長標(biāo)距光纖光柵的智能錨桿的制作方法。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于長標(biāo)距光纖光柵的多功能FRP智能錨桿，該多功能FRP智能錨桿包括無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、FRP錨桿主體、引出光纖和軟塑料套管；
[0009]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器經(jīng)封裝后植入在FRP錨桿主體生產(chǎn)過程中，制成一體化多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿；
[0010]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0011]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0012]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的引出光纖引從FRP錨桿主體內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管內(nèi)；
[0013]上述一種具有多點(diǎn)溫補(bǔ)多功能FRP智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0014](I)制作無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器
[0015](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵；
[0016](a2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0017](a3)將光纖兩端通過牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長標(biāo)距多光柵傳感器；
[0018](a4)對于每個(gè)長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計(jì)；
[0019](2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器
[0020](bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對應(yīng)，或者按照沿錨桿長度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長亦不能有相同的波長；
[0021](b2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0022](b3)對于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動；
[0023](3)制作一體化多功能FRP智能錨桿
[0024](Cl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的尾纖端，分別將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并分別在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉；
[0025](c2)將制作好的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器并列對應(yīng)放置，并用膠略作固定，但在尾纖部位不固定；
[0026](c3)在并列放置的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器外面(可包括尾纖的一部分)進(jìn)一步包裹一層纖維復(fù)合材料合股層，并浸潤環(huán)氧樹脂，實(shí)現(xiàn)核心傳感器的封裝；
[0027](c4)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體。
[0028](c5)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時(shí)，剪斷纖維，余下的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能錨桿。
[0029](c6)在錨桿使用時(shí)，將尾纖在端頭剪掉一小截，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷(但其中的光纖不能剪斷)，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
[0030]本發(fā)明的有益效果:
[0031](I)本發(fā)明的具有多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿原理簡單可靠，制作方法新穎巧妙。本發(fā)明主要是利用與FRP錨桿于一體的光纖光柵傳感器測量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算錨桿在不同深度的軸力，從而對錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評價(jià)，同時(shí)也能對圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；
[0032](2)本發(fā)明的長標(biāo)距光纖光柵傳感器制作工藝簡單，造價(jià)相比較為低廉。本發(fā)明主要通過FRP錨桿本體和由多個(gè)長標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器并輔以多點(diǎn)溫度補(bǔ)償傳感器組成，制作簡單，布設(shè)方便，有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益；
[0033](3)本發(fā)明的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器由多個(gè)串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成，因此不僅能測量不同深度的錨桿的應(yīng)變和軸力情況，還能測量錨桿軸向的變形量，獲取圍巖等的沉降或滑移的位移
[0034](4)本發(fā)明的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器，由刻寫在一根光纖上的多個(gè)裸光柵封裝而成，因此各個(gè)傳感單元相互之間自然連接，無需熔接，避免了光纖熔接處光損大，容易斷的缺點(diǎn)；
[0035](5)本發(fā)明采用了點(diǎn)對點(diǎn)的多點(diǎn)溫補(bǔ)機(jī)制，使得沿錨桿縱向分布的長標(biāo)距光柵傳感單元能得到準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償，有利于提高測試精度，可適用于如施工監(jiān)測等溫度場比較復(fù)雜的情況；
[0036](6)由于本發(fā)明的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器本身采用了復(fù)合材料和環(huán)氧樹脂封裝，其耐水防銹、耐腐蝕等性能優(yōu)越，且不怕電磁屏蔽和干擾，與FRP錨桿一體化封裝以后更是能適用于環(huán)境侵蝕，具有很好的耐久性和廣泛的適用性;本發(fā)明的多功能FRP智能錨桿其抗靜電性能和不會因碰撞等產(chǎn)生火星等特性，更是有利于煤礦、油氣等井下加固使用。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿構(gòu)造示意圖；
[0038]圖2為圖1的縱向剖視圖；
[0039]圖3為圖1的橫向剖視圖；
[0040]圖4為本發(fā)明無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器示意圖；
[0041 ]圖5為本發(fā)明光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器示意圖；
[0042]圖6為本發(fā)明的多功能FRP智能錨桿變形量計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0044]如圖1-5所示，一種基于長標(biāo)距光纖光柵的多功能FRP智能錨桿，包括無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器1、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2、FRP錨桿主體3、引出光纖4和軟塑料套管5;
[0045]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器1、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2經(jīng)封裝后植入在FRP錨桿主體3生產(chǎn)過程中，制成一體化多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿；
[0046]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器I包括多個(gè)依次串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0047]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0048]所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器1、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2的引出光纖4引從FRP錨桿主體3內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管5內(nèi)。
[0049 ]上述一種多功能智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0050](I)制作無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器
[0051](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵；
[0052](a2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0053](a3)將光纖兩端通過牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長標(biāo)距多光柵傳感器；
[0054](a4)對于每個(gè)長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計(jì)；
[0055](2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器
[0056](bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對應(yīng)，或者按照沿錨桿長度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長亦不能有相同的波長；
[0057](b2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖；
[0058](b3)對于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動；
[0059](3)制作一體化多功能FRP智能錨桿
[0060](Cl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的尾纖端，分別將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并分別在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉；
[0061](c2)將制作好的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器并列對應(yīng)放置，并用膠略作固定，但在尾纖部位不固定；
[0062](c3)在并列放置的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器外面(可包括尾纖的一部分)進(jìn)一步包裹一層纖維復(fù)合材料合股層，并浸潤環(huán)氧樹脂，實(shí)現(xiàn)核心傳感器的封裝；
[0063](c4)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體。
[0064](c5)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時(shí)，剪斷纖維，余下的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能錨桿。
[0065](c6)在錨桿使用時(shí)，將尾纖在端頭剪掉一小截，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷(但其中的光纖不被剪斷)，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
[0066]本發(fā)明的基于長標(biāo)距光纖光柵的多功能FRP智能錨桿的工作原理如下:是將含有多個(gè)傳感單元的長標(biāo)距光纖光柵傳感器安裝并封裝于錨桿之內(nèi)，因此錨桿因受力而引起的應(yīng)變將被長標(biāo)距光纖光柵傳感器的所有傳感單元捕捉，由于有多個(gè)傳感單元，因此能捕捉到錨桿不同位置的應(yīng)變，繼而推算出錨桿在不同位置的應(yīng)力以及承載情況。同時(shí)，可根據(jù)錨桿長度方向的長標(biāo)距應(yīng)變分布，在可不計(jì)其彎曲影響時(shí)，可以獲得其沿軸向方向的位移。變形量的計(jì)算可如下進(jìn)行:先求出經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的每個(gè)長標(biāo)距傳感單元標(biāo)距內(nèi)的應(yīng)變值，然后乘以其標(biāo)距長度得到該長標(biāo)距傳感單元的變形量，然后累計(jì)整個(gè)錨桿上的變形量。如圖6所示，通過測出標(biāo)距L1、L2和L3之間的平均應(yīng)變ε1、ε2和ε3，則可根據(jù)公式Δ =ε1.Ll+ε2.L2+e3.L3求出錨桿兩端的總位移量Δ。而且，由于本發(fā)明采用了多點(diǎn)溫度補(bǔ)償，可以對各不同位置的傳感器精確溫補(bǔ)，可適用于溫度場比較復(fù)雜的環(huán)境。對于圍巖來講，特別是對于新奧法隧道開挖等用爆破等手段開挖的時(shí)候，會使得巖層出現(xiàn)一定程度的破碎，因此加入錨桿進(jìn)行支護(hù)后，在不同深度的應(yīng)力應(yīng)變也將不同，因此本發(fā)明的智能錨桿能比較準(zhǔn)確得反映出由于巖層內(nèi)部內(nèi)力重分布而引起的應(yīng)力不均情況，從而能準(zhǔn)確得反映錨桿真實(shí)的受力及承載支護(hù)情況。多個(gè)智能錨桿布置在圍巖的不同位置，可以用來監(jiān)測該區(qū)域的錨桿承載情況，以及圍巖支護(hù)和穩(wěn)定情況，這對圍巖監(jiān)測非常重要。
[0067]應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿的制作方法，其特征在于:該多功能FRP智能錨桿包括無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、FRP錨桿主體、弓丨出光纖和軟塑料套管； 所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器經(jīng)封裝后植入在FRP錨桿主體生產(chǎn)過程中，制成一體化多點(diǎn)溫補(bǔ)的多功能FRP智能錨桿； 所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段； 所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉； 所述無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的引出光纖引從FRP錨桿主體內(nèi)引出，并設(shè)在軟塑料套管內(nèi)； 上述一種多功能多點(diǎn)溫補(bǔ)智能FRP錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟: (1)制作無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器 (al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵； (a2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖； (a3)將光纖兩端通過牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒有熔接點(diǎn)的長標(biāo)距多光柵傳感器； (a4)對于每個(gè)長標(biāo)距光纖光柵傳感單元來說，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無接觸，或在后期隨錨桿變形后雖有少許接觸但摩擦力極小可忽略不計(jì)； (2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器 (bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫多個(gè)一定間距且不同波長的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對應(yīng)，或者按照沿錨桿長度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長亦不能有相同的波長； (b2)選用一個(gè)細(xì)的耐高溫套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器;套管具有一定的長度，穿入套管的光纖應(yīng)包括一定長度的尾纖； (b3)對于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動； (3)制作一體化多功能FRP智能錨桿 (Cl)在無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器的尾纖端，分別將尾纖沿細(xì)套管端口剪斷，并分別在端口涂上一薄層膠或樹脂進(jìn)行端口封閉； (c2)將制作好的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器并列對應(yīng)放置，并用膠略作固定，但在尾纖部位不固定； (c3)在并列放置的無熔接長標(biāo)距多光柵傳感器與多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器外面進(jìn)一步包裹一層纖維復(fù)合材料合股層，并浸潤環(huán)氧樹脂，實(shí)現(xiàn)核心傳感器的封裝； (c4)將封裝好的核心傳感器和纖維在生產(chǎn)線上分別就位傳送，核心傳感器置于中心軸位置，而纖維則以核心傳感器為中心進(jìn)行放線浸膠、纏裹，并通過拉擠模具進(jìn)行擠壓成型，形成纖維復(fù)合材料錨桿桿體； (c5)當(dāng)纖維放線至錨桿體形成至尾纖部分時(shí)，剪斷纖維，余下的纖維繼續(xù)在生產(chǎn)線上浸膠、纏裹，在錨桿尾纖套管處形成保護(hù)錐，形成最終的一體化纖維復(fù)合材料多功能智能錨桿； (c6)在錨桿使用時(shí)，將尾纖在端頭剪掉一小截，然后用剝線鉗將尾纖的套管剪斷，抽出剪下的套管，露出引出光纖，再與傳輸光纖連接。
【文檔編號】G01L1/24GK106092160SQ201610560841
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】萬春風(fēng), 夏呈, 吳智深, 吳剛
【申請人】東南大學(xué)