專利名稱：一種滑坡多參量管式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種滑坡傳感器，特別是一種使用了電阻應(yīng)變片的滑坡多參量管式傳感器。
滑坡是一種經(jīng)常發(fā)生而又非常嚴(yán)重危害國(guó)家建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的自然現(xiàn)象，對(duì)滑坡的監(jiān)測(cè)和防治，國(guó)內(nèi)外都十分重視。目前在對(duì)滑坡監(jiān)測(cè)的儀器中普遍使用管式傳感器，這種傳感器一般都使用了電阻應(yīng)變片，所能感應(yīng)的滑坡參量很少。例如，我國(guó)已生產(chǎn)的ZRJ－1型鉆孔多點(diǎn)撓度計(jì)中的傳感器，它能感應(yīng)巖層側(cè)向滑移參量，但不能對(duì)滑坡的滑動(dòng)方向、滑體間的相對(duì)扭轉(zhuǎn)等參量進(jìn)行感應(yīng)。又如我國(guó)已生產(chǎn)的HRG60型滑面計(jì)，所采用的傳感器雖然可對(duì)滑坡滑面深度和個(gè)數(shù)等參量進(jìn)行感應(yīng)，但對(duì)滑坡滑體相對(duì)扭轉(zhuǎn)等參量不能感應(yīng)。日本共和電業(yè)公司生產(chǎn)的以塑料管作為彈性體的SP－A型滑坡傳感器，也為電阻應(yīng)變片的管式傳感器，雖然可對(duì)滑坡滑動(dòng)面的深度和滑移量進(jìn)行感應(yīng)，但對(duì)滑動(dòng)方向、滑體相對(duì)扭轉(zhuǎn)等參量不能感應(yīng)。此外，采用塑料管作為滑坡變形的傳遞體，雖然能降低成本，但塑料管的力學(xué)性能不如鋼管，塑料管長(zhǎng)久埋設(shè)于巖層中，會(huì)隨時(shí)間增長(zhǎng)而發(fā)生變化，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性。本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有管式傳感器作了重要改進(jìn)，采用了多個(gè)電阻應(yīng)變片按一定方式排列在圓管壁上。圓管中段部位的外壁為異形形狀，用鋼管制作而成。本傳感器可對(duì)滑坡滑動(dòng)面深度、個(gè)數(shù)、滑移量、滑動(dòng)方向、滑體相對(duì)扭轉(zhuǎn)、滑動(dòng)面的剪切力以及力的作用方向等八項(xiàng)滑坡參量均可感應(yīng)。而且對(duì)任意方向發(fā)生的滑坡，本傳感器均可感應(yīng)。與本實(shí)用新型技術(shù)性能相同的多參量管式傳感器未見有公開報(bào)導(dǎo)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種具有多個(gè)電阻應(yīng)變片以一定方式電連接并排列于具有異形外壁的圓管壁上，能感應(yīng)滑坡多項(xiàng)參量的管式傳感器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的設(shè)有一個(gè)圓管，該圓管的中段部位具有異形外壁，即在圓管中段部位有沿圓管外壁周圍均等分布的四個(gè)相截平面(S1，S2，S3，S4)，其中平面S1與平面S3平行且對(duì)稱于圓管軸線，平面S2與平面S4平行且對(duì)稱于圓管軸線，四個(gè)平面的法線與圓管軸線垂直，且各平面至圓管軸線距離相等，電阻應(yīng)變片(2，3，4)位于圓管的平面S1上，電阻應(yīng)變片(5，6，7)位于圓管的平面S2上，電阻應(yīng)變片(8，9，10)位于圓管的平面S3上，電阻應(yīng)變片(11，12，13)位于圓管的平面S4上，電阻應(yīng)變片排列方式是，電阻應(yīng)變片(2，5，8，11)的長(zhǎng)軸線與圓管軸線垂直，電阻應(yīng)變片(3，6，9，12)的長(zhǎng)軸線與圓管軸線平行，電阻應(yīng)變片(4)與(10)平行且分別與電阻應(yīng)變片(3)與(9)的長(zhǎng)軸線的夾角為－45°，電阻應(yīng)變片(7)與(13)平行且分別與電阻應(yīng)變片(6)與(12)的長(zhǎng)軸線夾角為45°，電阻應(yīng)變片(2，5，8，11)按全橋電連接，電阻應(yīng)變片(3，9)按半橋電連接，電阻應(yīng)變片(6，12)按半橋電連接，電阻應(yīng)變片(4，7，10，13)按全橋電連接。當(dāng)作為滑坡變形的傳遞體的圓管埋入巖層之后，上述按惠斯頓電橋全橋和半橋連接的12個(gè)電阻應(yīng)變片將隨滑坡引起的圓管變形而發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變。由于電阻應(yīng)變片分為四組(每組三個(gè))分布在圓管中段的四個(gè)正交方位的平面之上，而每組的電阻應(yīng)變片又采用了上述特殊的排列方式，因此，無(wú)論發(fā)生任何方向的滑坡移動(dòng)均能感應(yīng)。
本實(shí)用新型具有對(duì)滑坡多項(xiàng)參量感應(yīng)功能，用此設(shè)備可以起到一物多用，節(jié)約開支，減少滑坡監(jiān)測(cè)的工作量，更重要的是它能感應(yīng)滑體間發(fā)生的相對(duì)扭轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度)和滑動(dòng)面(帶)的剪切力以及作用方向，這是目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有管式傳感器所沒有的功能。因此，在滑坡的研究與予測(cè)方面，本實(shí)用新型有重要意義。此外，該傳感器可與常用的“多通道電阻平衡箱”和“電阻應(yīng)變儀”配合使用，可實(shí)現(xiàn)定量測(cè)定任意方向發(fā)生的滑坡參量。本傳感器除主要用于滑坡監(jiān)測(cè)外，還可用于鉆孔、勘探平硐，勘探豎井、巖質(zhì)或土質(zhì)滑坡等多種場(chǎng)合，可以單個(gè)使用，也可以連成串使用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1為本實(shí)用新型正視圖；圖2為本實(shí)用新型俯視圖；圖3為本實(shí)用新型后視圖；圖4為本實(shí)用新型仰視圖；圖5為本實(shí)用新型電阻應(yīng)變片電連接示意圖。
圖中，圓管(1)由鋼管材制作而成，長(zhǎng)度可設(shè)計(jì)為1000毫米，外徑φ40～60毫米，壁厚為5～6毫米。在圓管(1)中段部位的外壁上，可用銑床加工四個(gè)沿圓周均等分布的平面(S1，S2，S3，S4)，使圓管(1)中段外壁為異形管狀。其中平面S1與S3平行且對(duì)稱于圓管(1)軸線，平面S2與S4平行且對(duì)稱于圓管(1)軸線，每個(gè)平面的法線與圓管(1)軸線垂直，各平面(S1，S2，S3，S4)至圓管軸線的距離相等。圓管(1)上的各個(gè)平面(S1，S2，S3，S4)設(shè)計(jì)為矩形，面積均可設(shè)計(jì)為100×21mm2。圖中的(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，(10)，(11)，(12)，(13)，均表示電阻應(yīng)變片，可采用型號(hào)BA350－6AA，350Ω的箔式聚酰亞胺單軸應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片(2)、(3)、(4)設(shè)在平面S1上；電阻應(yīng)變片(5)、(6)、(7)設(shè)在平面S2上；電阻應(yīng)變片(8)、(9)、(10)設(shè)在平面S3上；電阻應(yīng)變片(11)、(12)、(13)設(shè)在平面S4上。應(yīng)變片用粘結(jié)劑粘結(jié)在上述相應(yīng)的平面之上。在圓管(1)的一頭設(shè)有扭力釘孔A和孔B，該孔A和孔B同心軸，其同心軸線與圓管(1)的軸線相正交，在另一頭設(shè)有扭力釘孔C和孔D，該孔C和孔D同心軸，其同心軸線與圓管(1)的軸線相正交。設(shè)計(jì)扭力釘孔的目的是使埋入巖體中的傳感器，便于測(cè)試滑坡滑體間相對(duì)扭轉(zhuǎn)的參量。為操作使用方便，在圓管(1)的外壁上，與平面(S1)，(S2)，(S3)，(S4)對(duì)應(yīng)分別設(shè)有定位標(biāo)記(F1)，(F2)，(F3)，(F4)。在圓管(1)外壁接近平面(S1，S2，S3，S4)的地方，可車削加工一個(gè)環(huán)形引線槽，供敷設(shè)電阻應(yīng)變片引出線用。在本實(shí)用新型中電阻應(yīng)變片(2)、(5)、(8)、(11)為全橋電連接；電阻應(yīng)變片(3)、(9)為半橋電連接；電阻應(yīng)變片(6)、(12)為半橋電連接，電阻應(yīng)變片(4)、(7)、(10)、(13)為全橋電連接。圖5中的A1，B1，C1，D1，A2，B2，C2，A3，B3，C3，A4，B4，C4，D4均表示電阻應(yīng)變片電連接的引出線端頭，(5－2)、(5－3)、(5－4)、(5－5)、(5－6)、(5－7)、(5－8)、(5－9)、(5－10)、(5－11)、(5－12)、(5－13)表示電阻應(yīng)變片。由電阻應(yīng)變片(4)、(7)、(10)、(13)所構(gòu)成的全橋，可感應(yīng)測(cè)量順時(shí)針方向和反時(shí)針方向的滑坡轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角，其引線為A1，B1，C1，D1。由電阻應(yīng)變片(6)、(12)電連接構(gòu)成半橋，可測(cè)量由于滑坡運(yùn)動(dòng)使圓管(1)產(chǎn)生的彎曲變形，以得到圓管(1)兩端點(diǎn)軸線相對(duì)位移，從而測(cè)得滑坡的滑移量、滑動(dòng)面的位置、個(gè)數(shù)、滑動(dòng)方向等參量，其引線為A2，B2，C2；由電阻應(yīng)變片(3)、(9)電連接構(gòu)成半橋，其作用與上述電阻應(yīng)變片(6)與(12)形成半橋相同，僅方向?yàn)楸舜苏坏膬蓚€(gè)半橋。它的引線為A3，B3，C3。由電阻應(yīng)變片(2)、(5)、(8)、(11)電連接構(gòu)成的全橋，可感應(yīng)測(cè)量滑動(dòng)面(帶)處剪切力方向和大小，當(dāng)滑坡滑動(dòng)時(shí)圓管(1)受某方向下滑而變形，呈非圓形斷面，該全橋可測(cè)得由此產(chǎn)生的變形參數(shù)，其引線為A4，B4，C4，D4。在電阻應(yīng)變片上可覆蓋環(huán)氧樹脂，起防護(hù)作用。
本實(shí)用新型經(jīng)檢測(cè)，主要技術(shù)指標(biāo)如下扭轉(zhuǎn)靈敏系數(shù)4.500～6.000×10－4度／微應(yīng)變.米；允許測(cè)扭轉(zhuǎn)應(yīng)變范圍±2500微應(yīng)變；使用量程±1度；精確度10(角)秒；位移靈敏系數(shù)5～8微米／微應(yīng)變；允許測(cè)位移應(yīng)變范圍±1500微應(yīng)變；使用量程±5毫米；精確度10微米；電阻應(yīng)變片標(biāo)稱阻值350歐姆；各電橋電阻應(yīng)變片阻值誤差±0.2％；使用溫度0～45℃；使用濕度高濕度或水下(常壓)；絕緣電阻1500兆歐以上(常壓水下試驗(yàn))；工作壽命一年以上(常壓水下試驗(yàn))；外形尺寸長(zhǎng)1000毫米，外徑40～60毫米；重量2.5～5公斤。
本傳感器的問世能較好地解決滑坡研究和國(guó)家建設(shè)工程中的滑坡問題，能在水利、礦山、公路、鐵路建筑等部門和山區(qū)建設(shè)中廣泛應(yīng)用。可完全采用國(guó)產(chǎn)化原材料，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)制造，是一種能普及有相當(dāng)社會(huì)效益的傳感器。
權(quán)利要求1.一種滑坡多參量管式傳感器，由圓管(1)和位于圓管(1)外壁的應(yīng)變片所組成，其特征在于該圓管(1)中段部位有沿圓管外壁周圍均等分布的四個(gè)相截平面(S1，S2，S3，S4)，其中平面S1與平面S3平行且對(duì)稱于圓管(1)的軸線，平面S2與平面S4平行且對(duì)稱于圓管(1)的軸線，該四平面的法線與圓管(1)軸線垂直，且各平面至圓管(1)軸線的距離相等，電阻應(yīng)變片(2，3，4)位于圓管(1)的平面S1上，電阻應(yīng)變片(5，6，7)位于圓管(1)的平面S2上，電阻應(yīng)變片(8，9，10)位于圓管(1)的平面S3上，電阻應(yīng)變片(11，12，13)位于圓管(1)的平面S4上，電阻應(yīng)變片(2，5，8，11)的長(zhǎng)軸線與圓管(1)軸線垂直，電阻應(yīng)變片(3，6，9，12)的長(zhǎng)軸線與圓管(1)的軸線平行，電阻應(yīng)變片(4)與(10)平行且分別與電阻應(yīng)變片(3)與(9)的長(zhǎng)軸線的夾角為-45°，電阻應(yīng)變片(7)與(13)平行且分別與電阻應(yīng)變片(6)與(12)的長(zhǎng)軸線夾角為45°，電阻應(yīng)變片(2，5，8，11)按全橋電連接，電阻應(yīng)變片(3，9)按半橋電連接，電阻應(yīng)變片(6，12)按半橋電連接，電阻應(yīng)變片(4，7，10，13)按全橋電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于圓管(1)的一端管壁上設(shè)有扭力釘孔A和孔B，該孔A和孔B同心軸，其同心軸線與圓管(1)的軸線相正交，在圓管(1)的另一端管壁上設(shè)有扭力釘孔C和孔D，該孔C和孔D同心軸，其同心軸線與圓管(1)的軸線相正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于圓管(1)用鋼管材制作而成，其長(zhǎng)度為1000毫米，外徑為40～60毫米。
專利摘要本實(shí)用新型是一種滑坡多參量管式傳感器，由中段外壁具有異形的圓管和位于圓管中段外壁平面上的按一定方式電連接的多個(gè)電阻應(yīng)變片構(gòu)成。該傳感器可對(duì)滑坡滑動(dòng)面深度、個(gè)數(shù)、滑移量、滑動(dòng)方向、滑體相對(duì)扭轉(zhuǎn)、滑動(dòng)面的剪切力以及力的作用方向等滑坡參量均可感應(yīng)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK2031918SQ88212730
公開日1989年2月1日 申請(qǐng)日期1988年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月20日
發(fā)明者胡康寧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院成都地理研究所