适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置和方法。属于岩石声发射采集技术领域。具体涉及小尺寸岩石试件的多工作频率声发射传感器采集实验装置、小型传感器固定装置、传感器布置方案。解决了研究小尺寸岩石试件声发射特征实验装置的问题；解决了声发射实验时，常采用一种声发射传感器采集时遗漏了其它主频的声发射信号，造成岩石破坏时所采集的声发射信号不能真实反映岩石破坏特征的问题；该装置设计了小型传感器固定装置，解决了传统实验中利用胶水、胶带等将声发射传感器固定在岩石试件表面影响声发射信号采集的准确性，不便于对声发射特征的研究，而且有可能出现探头松动造成探头摔坏导致实验失败的问题。

Multi frequency acoustic emission acquisition device and method for small size rock specimen

【技术实现步骤摘要】
适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置和方法
本专利技术涉及一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置和方法，具体涉及小尺寸岩石试件的多工作频率声发射传感器采集实验装置、小型传感器固定装置、传感器布置方案等方面，属于岩石声发射采集

技术介绍
声发射是指材料在外力作用下发生断裂或变形时部分应变能以弹性波的形式释放，对这种弹性波进行处理分析就称为声发射技术。声发射系统可以监测岩石破裂的整个过程，在岩石破裂时会产生声波，通过对声波的分析，可以知道裂纹的产生时间、位置以及它的强度大小，可以建立岩石破坏过程中各阶段岩石内部破裂与力学之间关系，有助于揭示岩石内部微破裂萌生、扩展和断裂的演化规律。声发射特征的研究在岩石工程灾害的监测预测方面发挥着积极的作用。随着CT等技术的发展，结合声发射与CT技术研究岩石破坏过程是很好地手段。但由于CT放大倍数的限制，为了获得更大的放大倍数，岩石尺寸一般都较小（一般小于Φ=20、h=40mm试件），小尺寸试件破坏实验中声发射与高精度的显微CT试验设备相配合，可以直观地获得不同加载阶段岩石的细观破坏情况，同时可以获得岩石破坏时产生的声发射特征，能够建立声发射和破坏之间的关系，促进声发射技术的应用。如上述所述，可以看出CT与小尺寸岩石试件破坏实验中声发射相结合的优势，但由于CT的实验特征，声发射传感器不能直接与小尺寸试件接触，所以说研发非接触式设备十分有必要。在进行声发射监测实验时，常采用配有一种工作频率（即频率范围）的声发射传感器进行声发射信号的采集，但由于岩石破坏时产生的声发射信号通常包含2个主频，当采用一种声发射传感器采集时就遗漏了其它主频的声发射信号，不能完全采集岩石破坏时产生的声发射信号，无法真实地反映岩石破坏特征，给岩石破坏机理研究及声发射技术在实验室和工程现场的应用带来了困难。宽频传感器能够采集频带较宽的信号，但是其存在价格高、采集信号多（包括噪音）、不稳定等不足，其通常用来校准未知频带的传感器，一般不用于岩石破坏的声发射实验研究。所以组合多工作频率声发射传感器去解决采用单一工作频率的声发射传感器进行声发射信号采集时出现的问题很有必要。对于结合小尺寸岩石试件和多工作频率传感器进行声发射特征等方面的研究鲜有报道。中国专利CN201510067250.1公开了CT和声发射系统相结合对岩石破坏进行实时观测、定位表征的试验装置及试验方法，但在此专利技术中采用单一工作频率的声发射传感器，缺乏多工作频率传感器对声发射信号的采集，造成声发射特征不能够进行全面准确的分析。中国专利CN201010506169.6中公开了多频段声发射检测装置，此装置能够获取不同频段的声发射信号进行分析处理，但其并没有针对小尺寸岩石试件单轴加载系统作为
技术实现思路
的论述。综上所述，目前，尚没有小尺寸和多工作频率传感器、非直接接触式相结合进行声发射采集相关的实验系统。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置和方法，解决了研究小尺寸岩石试件声发射特征实验装置的问题，同时解决了声发射实验时，常采用配有一种工作频率（即频率范围）的声发射传感器进行声发射信号的采集导致声发射信号遗漏的问题。本专利技术实现了小尺寸岩石试件与声发射传感器非直接接触设备的研发，有利于其与CT系统结合更精确地研究声发射特征及岩石的破坏机理。同时，在进行小尺寸岩石试件声发射信号采集时，增加多工作频率传感器、传感器布置方案有利于岩石破坏时所采集声发射信号的分析。本专利技术提供了一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，包括声发射测试分析装置、单轴加载装置。所述的单轴加载装置包括上法兰、拉杆、试件下支撑座、液压缸、小型传感器固定装置、加压装置，所述的上法兰通过左右各两个螺母固定于两根拉杆的上端部，所述的上法兰的下端是上压头，所述的上法兰的下端是上压头，所述的上压头的外周均匀环绕设计有上环形槽和6个用于安装声发射传感器的上圆形凹槽，所述的环形槽便于声发射传感器线的布置，避免加载时各相邻声发射传感器由于线与线之间的交叉出现固定不牢，使探头定位不准确的情况发生。小型传感器固定装置由长垫片和传感器紧定螺钉组成；所述圆形凹槽的外侧有固定于长垫片的传感器紧定螺钉，所述的长垫片有两个螺纹孔，有一端螺纹孔通过螺钉固定于所述的上法兰，另一端螺纹孔放置声发射传感器紧定螺钉。所述传感器紧定螺钉设置在每个传感器凹槽的外部，通过顺时针旋转螺钉将小型传感器进行固定，解决了传统实验中利用胶水、胶带等将声发射探头固定在岩石试件表面影响AE采集信号结果的准确性，不便于对声发射特征的研究，而且有可能出现探头松动造成探头摔坏导致实验失败的问题。所述的试件下支撑座上部的外侧均匀环绕设计有下环形槽和放置传感器的6个下圆形凹槽，所述的试件下支撑座的上方放置小尺寸岩石试件。所述的液压缸包括缸筒、活塞、活塞杆、油缸盖，在液压缸底部设有加压口，所述的活塞杆的上端与试件下支撑座的底部中心相连接，加压时活塞带动活塞杆推动下支撑座沿着拉杆向上移动，对试件进行单轴压缩试验，所述的加压口通过油管与加压装置相连接；所述的加压装置包括油泵、电机、油箱、氮气蓄能器、加压泄压阀、显示屏；所述的声发射测试分析装置包括：声发射主机（6通道）、声发射传感线、声发射传感器，用于监测岩石试件声发射空间定位、裂纹演化破坏信息；声发射主机（6通道）通过声发射传感线连接声发射传感器。进一步地，所述的拉杆材质为钛合金。进一步地，所述的上压头与下方的试件球面座相配合可以实现试件的对中。进一步地，所述的试件下支撑座外侧的每个圆形凹槽外部也设有小型传感器固定装置，该固定装置由长垫片和传感器紧定螺钉组成，所述的长垫片有两个螺纹孔，有一端螺纹孔通过螺钉固定于所述试件下支撑座下部的外侧边缘，另一端螺纹孔放置声发射传感器紧定螺钉。进一步地，所述的声发射主机共有两套6通道声发射主机，分别用于安装不同工作频率的传感器，解决了由于单一工作频率传感器采集时造成其它主频的声发射信号遗漏，不能真实的反映岩石破坏特征的问题。所述的声发射主机通过声发射传感线与安装于加载设备的上、下圆形凹槽的声发射传感器相连。进一步地，所述的上下圆形凹槽可以放置不同工作频率、型号的声发射传感器，且可以将声发射传感器进行不同方式的布设，便于对声发射信号的分析，布设之后用所述的传感器紧定螺钉将其固定。本专利技术提供了一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置的使用方法，包括以下步骤：①将单轴加载装置的加压口通过油管与加压装置相连接；②声发射测试分析装置各设备的安装布置：声发射主机（6通道）通过声发射传感线与安装于加载设备的上、下圆形凹槽的声发射传感器相连；圆形凹槽可以放置不同工作频率、型号的声发射传感器，且可以将声发射传感器进行不同方式的布设，对不同布设方式所采集的声发射信号进行分析，布设之后用所述的传感器紧定螺钉将其固定；③在单轴加载装置试件下支撑座的上方放置小尺寸岩石试件，使上压头与下方试件的球面座相配合实现试件的对中；...

【技术保护点】
1.一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，其特征在于：包括声发射测试分析装置、单轴加载装置；所述的单轴加载装置包括上法兰、拉杆、试件下支撑座、液压缸、小型传感器固定装置、加压装置，所述的上法兰通过左右各两个螺母固定于两根拉杆的上端部，所述的上法兰的下端是上压头，所述的上压头的外周均匀环绕设计有上环形槽和6个用于安装声发射传感器的上圆形凹槽；/n小型传感器固定装置由长垫片和传感器紧定螺钉组成；/n所述的上圆形凹槽外侧有固定于长垫片的传感器紧定螺钉，所述的长垫片有两个螺纹孔，有一端螺纹孔通过螺钉固定于所述的上法兰，另一端螺纹孔放置声发射传感器紧定螺钉；所述传感器紧定螺钉设置在每个传感器凹槽的外部，通过顺时针旋转螺钉将小型传感器进行固定；所述的试件下支撑座顶部外侧也均匀环绕设计有下环形槽和放置传感器的6个下圆形凹槽，所述的试件下支撑座的上部端面放置小尺寸岩石试件；所述的液压缸包括缸筒、活塞、活塞杆、油缸盖，在液压缸底部设有加压口，所述的活塞杆的上端与试件下支撑座的底部中心相连接，加压时活塞带动活塞杆推动试件下支撑座沿着拉杆向上移动，对试件进行单轴压缩试验，所述的加压口通过油管与加压装置相连接；/n所述的加压装置包括油泵、电机、油箱、氮气蓄能器、加压泄压阀、显示屏；/n所述的声发射测试分析装置包括：声发射主机、声发射传感线、声发射传感器，用于监测岩石试件声发射空间定位、裂纹演化破坏信息；声发射主机通过声发射传感线连接声发射传感器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，其特征在于：包括声发射测试分析装置、单轴加载装置；所述的单轴加载装置包括上法兰、拉杆、试件下支撑座、液压缸、小型传感器固定装置、加压装置，所述的上法兰通过左右各两个螺母固定于两根拉杆的上端部，所述的上法兰的下端是上压头，所述的上压头的外周均匀环绕设计有上环形槽和6个用于安装声发射传感器的上圆形凹槽；
小型传感器固定装置由长垫片和传感器紧定螺钉组成；
所述的上圆形凹槽外侧有固定于长垫片的传感器紧定螺钉，所述的长垫片有两个螺纹孔，有一端螺纹孔通过螺钉固定于所述的上法兰，另一端螺纹孔放置声发射传感器紧定螺钉；所述传感器紧定螺钉设置在每个传感器凹槽的外部，通过顺时针旋转螺钉将小型传感器进行固定；所述的试件下支撑座顶部外侧也均匀环绕设计有下环形槽和放置传感器的6个下圆形凹槽，所述的试件下支撑座的上部端面放置小尺寸岩石试件；所述的液压缸包括缸筒、活塞、活塞杆、油缸盖，在液压缸底部设有加压口，所述的活塞杆的上端与试件下支撑座的底部中心相连接，加压时活塞带动活塞杆推动试件下支撑座沿着拉杆向上移动，对试件进行单轴压缩试验，所述的加压口通过油管与加压装置相连接；
所述的加压装置包括油泵、电机、油箱、氮气蓄能器、加压泄压阀、显示屏；
所述的声发射测试分析装置包括：声发射主机、声发射传感线、声发射传感器，用于监测岩石试件声发射空间定位、裂纹演化破坏信息；声发射主机通过声发射传感线连接声发射传感器。


2.根据权利要求1所述的适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，其特征在于：所述的拉杆材质为钛合金。


3.根据权利要求1所述的适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，其特征在于：所述的上压头与下方的试件球面座相配合实现试件的对中。


4.根据权利要求1所述的适用于小尺寸岩石试件的多频率声发射采集装置，其特征在于：所述的试件下支撑座顶部外侧的下圆形凹槽外部也设有小型传感器固定装置，该固定装置由长垫片和传感器紧定螺钉组成，所述的长垫片有两个螺纹孔，有一端螺纹孔通过螺钉固定于所述试件下支撑座下部的外侧边缘，另一端螺纹孔放置声发射传感器紧定螺钉。


5.根据权利要求1所述的适用于小尺寸岩石试件的多频率声...

【专利技术属性】
技术研发人员：段东，樊卓乾，孙江，张睿哲，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14