礦用機(jī)械式鉆孔應(yīng)力計(jì)?135?0538?5101工作原理詳解
HCZ-2型嵌入式鉆孔應(yīng)力計(jì)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)感知巖體應(yīng)力變化，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)，其核心原理涉及應(yīng)力傳遞、物理量轉(zhuǎn)換及信號(hào)輸出三個(gè)環(huán)節(jié)。以下結(jié)合具體技術(shù)類(lèi)型與結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析：
一、應(yīng)力傳遞機(jī)制：感知巖體變形
剛性包裹體結(jié)構(gòu)
適用于硬巖環(huán)境，量程可達(dá)0-60MPa，分辨率0.1MPa。
需通過(guò)楔體結(jié)構(gòu)固定，確保與孔壁緊密接觸，避免應(yīng)力傳遞損失。
工作原理：采用金屬材質(zhì)（如鎳鐵合金）制成剛性包裹體，直接嵌入巖體鉆孔中。當(dāng)巖體應(yīng)力變化時(shí)，鉆孔產(chǎn)生微小變形，包裹體通過(guò)機(jī)械耦合將應(yīng)力傳遞至傳感器。
特點(diǎn)：
液壓枕式結(jié)構(gòu)
耐腐蝕、抗沖擊，適合煤礦井下惡劣環(huán)境。
量程0-60MPa，分辨率0.1MPa，支持無(wú)線(xiàn)傳輸（如SSS20W(C)型）。
工作原理：壓力枕內(nèi)填充液壓油，外部包裹彈性體。巖體應(yīng)力變化導(dǎo)致鉆孔變形，擠壓彈性體使液壓油壓力升高，通過(guò)導(dǎo)壓管傳遞至壓力轉(zhuǎn)換器。
特點(diǎn)：
二、物理量轉(zhuǎn)換：機(jī)械信號(hào)→電信號(hào)
壓磁式轉(zhuǎn)換
原理：基于磁致伸縮效應(yīng)，鎳鐵合金磁芯的磁導(dǎo)率隨應(yīng)力變化。應(yīng)力增加時(shí)，磁芯磁導(dǎo)率降低，通過(guò)電磁感應(yīng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
應(yīng)用：高精度科研監(jiān)測(cè)（如YG-73型），精度達(dá)0.1%FS。
振弦式轉(zhuǎn)換
鋼弦壓力盒直徑38.1mm，適配標(biāo)準(zhǔn)鉆孔。
頻率接收儀精度高（如KSE-1型頻率計(jì)，誤差±1Hz）。
原理：鋼弦振動(dòng)頻率與張力平方根成正比。巖體應(yīng)力變化通過(guò)金屬?gòu)椥酝矀鬟f至鋼弦，改變其張力，頻率變化經(jīng)接收儀轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值。
特點(diǎn)：
液壓-電信號(hào)轉(zhuǎn)換
原理：液壓枕內(nèi)壓力變化通過(guò)導(dǎo)壓管傳遞至壓力轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)電位器或應(yīng)變片產(chǎn)生電信號(hào)。
示例：SSS20W(C)型無(wú)線(xiàn)應(yīng)力計(jì)，壓力信號(hào)經(jīng)430MHz無(wú)線(xiàn)模塊傳輸，功耗≤80mA。
三、信號(hào)輸出與數(shù)據(jù)處理
手動(dòng)讀取模式
設(shè)備：數(shù)顯儀表（如YHY30(A)型）直接連接應(yīng)力計(jì)，顯示實(shí)時(shí)應(yīng)力值。
流程：安裝后10分鐘記錄初始頻率，后續(xù)讀數(shù)自動(dòng)計(jì)算應(yīng)力變化量。
自動(dòng)監(jiān)測(cè)模式
數(shù)據(jù)傳輸距離達(dá)100m（井下可視無(wú)遮擋）。
睡眠模式降低功耗，電池續(xù)航30天。
系統(tǒng)組成：無(wú)線(xiàn)分站+云計(jì)算平臺(tái)，支持遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)分析。
優(yōu)勢(shì)：
定向測(cè)力功能
實(shí)現(xiàn)方式：通過(guò)楔體結(jié)構(gòu)或安裝桿調(diào)整測(cè)力方向，確保與巖層主應(yīng)力方向一致。
校準(zhǔn)方法：使用窺視儀檢驗(yàn)方向誤差，確保測(cè)量精度。
四、技術(shù)特性總結(jié)
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 量程與分辨率 | 0-60MPa，分辨率0.1MPa，覆蓋軟巖至硬巖應(yīng)力范圍 |
| 環(huán)境適應(yīng)性 | 耐腐蝕、防水設(shè)計(jì)，工作溫度0-40℃，濕度≤95%RH |
| 安裝孔徑 | Φ38-75mm，適配多數(shù)鉆孔直徑 |
| 數(shù)據(jù)傳輸 | 有線(xiàn)（RS485）或無(wú)線(xiàn)（430MHz），支持遠(yuǎn)程監(jiān)控 |
| 功耗 | 無(wú)線(xiàn)型號(hào)睡眠模式功耗≤100mA，電池續(xù)航30天 |
五、應(yīng)用場(chǎng)景與優(yōu)勢(shì)
煤礦巷道：監(jiān)測(cè)回采工作面?zhèn)认蛑С袎毫ΓA(yù)警冒頂風(fēng)險(xiǎn)。
隧道工程：評(píng)估圍巖穩(wěn)定性，優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)。
基坑監(jiān)測(cè)：測(cè)量土基礎(chǔ)開(kāi)挖前后的應(yīng)力變化，指導(dǎo)施工安全。
優(yōu)勢(shì)：高精度、強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性、低功耗設(shè)計(jì)，支持大規(guī)模布點(diǎn)監(jiān)測(cè)。
六、HCZ-2型嵌入式鉆孔應(yīng)力計(jì)總結(jié)
礦用機(jī)械式鉆孔應(yīng)力計(jì)通過(guò)剛性包裹體或液壓枕感知巖體變形→壓磁/振弦/液壓轉(zhuǎn)換電信號(hào)→數(shù)顯儀表或無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)輸出應(yīng)力值的工作流程，實(shí)現(xiàn)了巖體應(yīng)力的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。其模塊化設(shè)計(jì)、定向測(cè)力功能及遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，為地下工程安全提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。
