一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法，如下：步骤一、将第一电阻式应变片、第二电阻式应变片、第二固定电阻和第一固定电阻顺次导线连接成封闭环状，形成惠斯通电桥；两两之间均各形成一连接点；步骤二、取RFID标签，RFID标签的数量与惠斯通电桥相一致；各RFID标签的电压信号输入口和接地端均与一个对应的惠斯通电桥的第一连接点和第二连接点导线连接；步骤三、将各惠斯通电桥的第三连接点和第四连接点均各与对应的电源连接；步骤六、将一个RFID阅读器和一台数据采集处理仪连接；使RFID阅读器进入RFID标签的射频识别范围；使用该方法不需要为应变片连接大量长的数据线，能够减少工作量，同时提高数据采集的效率；且减少工作量。且减少工作量。且减少工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法


[0001]本专利技术属于铁路隧道初期支护受力监测
，具体涉及一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法。

技术介绍

[0002]隧道施工过程中，需要实时得到其内部结构的受力或者变形情况。由于隧道结构的复杂性，在各施工工序中，几乎要监测所有部件的状况，例如，为了分析监测初期支护受力情况，以及为初期支护的动态设计提供参考依据，需要对锚杆应变进行监测。
[0003]目前通常采用的锚杆应变监测方法是：通过在初期支护锚杆上焊接差动式钢筋计或者钢弦式钢筋计或者贴电阻式应变片，然后将数据线引出锚杆孔外，待初期支护混凝土喷射完成后，开始连接采集仪进行数据采集处理。
[0004]在采用上述方法监测时，均需要为每一根锚杆连接数据线，然后将数据线引出至每一个数据采集箱，通常数公里的隧道采用大量的数据线。另外，为了使数据线免于破坏，还需要对数据线采取保护措施，工作量巨大，采集工作繁琐，工作效率低下。并且，获取监测数据时耗时。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供基一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法，使用该不需要为应变片连接大量长的数据线，能够减少工作量，同时提高数据采集的效率；且减少工作量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法，该监测方法如下：
[0007]步骤一、将第一电阻式应变片、第二电阻式应变片、第二固定电阻和第一固定电阻顺次导线连接成封闭环状，形成惠斯通电桥；两两之间均各形成一连接点；
[0008]重复上述操作，得到多个惠斯通电桥；
[0009]步骤二、取RFID标签，RFID标签的数量与惠斯通电桥相一致；各RFID标签的电压信号输入口和接地端均与一个对应的惠斯通电桥的第一连接点和第二连接点导线连接；
[0010]RFID标签用于采集第一连接点和第二连接点间的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号；
[0011]第一固定电阻和第一电阻式应变片间的连接点为第一连接点；第二电阻式应变片和第二固定电阻间的连接点为第二连接点；
[0012]步骤三、将各惠斯通电桥的第三连接点和第四连接点均各与对应的电源连接；电源用于向惠斯通电桥供电；
[0013]第一电阻式应变片和第二电阻式应变片间的连接点为第三连接点；第二固定电阻与第一固定电阻间的连接点为第四连接点；
[0014]步骤四、将各第一电阻式应变片均紧密贴附于对应的锚杆待测应变处的表面，第
一电阻式应变片用于随锚杆变形而变形；
[0015]步骤五、将第二电阻式应变片设置于锚杆外，且位于待测应变处的周边；
[0016]步骤六、将一个RFID阅读器和一台数据采集处理仪连接；使RFID阅读器进入RFID标签的射频识别范围；
[0017]RFID阅读器向各RFID标签发射信号，激活各RFID标签；并接收各RFID标签发送的射频数字信号，并将数字信号还原为电压差值信号，并传输；
[0018]步骤七、数据采集处理仪接收步骤六中传输的电压差值信号，根据如下公式，
[0019][0020]求得到第一电阻式应变片的应变，即为锚杆待测应变处的应变；
[0021]其中，ΔU为第一连接点和第二连接点间的电压差值；e为第二电阻式应变片和第二固定电阻阻值的比；ΔR为第一电阻式应变片的阻值变化值；K为第一电阻式应变片的灵敏度；ε为第一阻式应变片的应变；R1为第一阻式应变片的初始电阻值。
[0022]进一步地，在步骤五中，第二电阻式应变片的固定位置与待测应变处的距离为1～2cm。
[0023]进一步地，该RFID阅读器和数据采集处理仪均设置在隧道检测车上。
[0024]进一步地，电源为纽扣电池，也设置于RFID标签内。
[0025]进一步地，该RFID标签还包括标签射频芯片和标签天线；
[0026]标签射频芯片与电压信号输入口、接地端、标签天线和纽扣电池均相连接；
[0027]标签射频芯片用于接收电压差值信号，并将电压差值信号转化为射频数字信号，并发送至标签天线。
[0028]进一步地，该RFID阅读器包括阅读器射频芯片(20)阅读器天线、数据处理模块和USB接口，阅读器天线、数据处理模块均与阅读器射频芯片相连接，USB接口与数据处理模块相连接；
[0029]阅读器射频芯片通过阅读器天线接收标签天线发送的射频数字信号，并传输；阅读器射频芯片还通过阅读器天线向标签天线发送信息；
[0030]数据处理模块，用于接收阅读器射频芯片发送的射频数字信号，并将射频数字信号转化为电压差值信号；
[0031]USB接口，用于接收数据处理模块发送的电压差值信号，并传输至数据采集处理仪。
[0032]进一步地，该第二电阻式应变片、第二固定电阻和第一固定电阻封装于一保护膜内。
[0033]本专利技术具有如下优点：
[0034]1..通过RFID标签发射射频信号进行数据传输，不需要大量数据线，减少大量导线布设工作，加快数据采集速度。
[0035]2.电阻式应变片处于惠斯通电桥中，一个电阻式应变片贴附于二次衬砌结构待测
应变处，随结构变形而变形；并由RFID标签采集惠斯通电桥两端的电压差值，灵敏度高，测量数值准确。
[0036]3.惠斯通电桥中的另一个电阻式应变片设置于待测应变处周边，保证了两个电阻式应变片位于相同的温度场下，由温度变化引起的两个电阻式应变片的电阻变化相同，则可抵消温度变化对应变测量造成的误差。
[0037]4.RFID阅读器和数据采集处理仪可布置在隧道检测车上，加快了数据采集速度。
[0038]5.一个RFID阅读器可同时接收多个RFID标签的数据，随隧道检测车的前行，接收射频范围内RFID标签的数据传输，所需的设备少，且传输效率高。
附图说明
[0039]图1为本专利技术中一种隧道初期支护锚杆应变的监测示意图；
[0040]图2为本专利技术中惠斯通电桥的结构示意图；
[0041]图3为RFID标签示意图；
[0042]图4为RFID阅读器示意图；
[0043]图5为惠斯通电桥原理图；
[0044]其中：1.惠斯通电桥；2.RFID标签；3.锚杆；4.纽扣电池；5.RFID阅读器；6.数据采集处理仪，7.第一电阻式应变片；8.第二电阻式应变片；9.第一固定电阻；10.第二固定电阻，11.第一连接点；12.第二连接点；13.电压信号输入口；14.接地端；15.标签射频芯片；16.标签天线；17.纽扣电池；18.正极；19.负极；20.阅读器射频芯片；21.阅读器天线；22.数据处理模块；23.USB接口，24.第三连接点；25.第四连接点。
具体实施方式
[0045]本专利技术一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法如下：
[0046]步骤一、将第一电阻式应变片7、第二电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道初期支护锚杆应变的监测方法，其特征在于，该监测方法如下：步骤一、将第一电阻式应变片(7)、第二电阻式应变片(8)、第二固定电阻(10)和第一固定电阻(9)顺次导线连接成封闭环状，形成惠斯通电桥(1)；两两之间均各形成一连接点；重复上述操作，得到多个惠斯通电桥(1)；步骤二、取RFID标签(2)，所述RFID标签(2)的数量与所述惠斯通电桥(1)相一致；各所述RFID标签(2)的电压信号输入口(13)和接地端(14)均与一个对应的所述惠斯通电桥(1)的第一连接点(11)和第二连接点(12)导线连接；所述RFID标签(2)用于采集所述第一连接点(11)和第二连接点(12)间的电压差值信号，并将电压差值信号转换为射频数字信号；所述第一固定电阻(9)和第一电阻式应变片(7)间的连接点为第一连接点(11)；所述第二电阻式应变片(8)和第二固定电阻(10)间的连接点为第二连接点(12)；步骤三、将各所述惠斯通电桥(1)的第三连接点(24)和第四连接点(25)均各与对应的电源连接；所述电源用于向所述惠斯通电桥(1)供电；所述第一电阻式应变片(7)和第二电阻式应变片(8)间的连接点为第三连接点(24)；所述第二固定电阻(10)与第一固定电阻(7)间的连接点为第四连接点(25)；步骤四、将各所述第一电阻式应变片(7)均紧密贴附于对应的锚杆(3)待测应变处的表面，所述第一电阻式应变片(7)用于随锚杆(3)变形而变形；步骤五、将所述第二电阻式应变片(8)设置于锚杆(3)外，且位于待测应变处的周边；步骤六、将一个RFID阅读器(5)和一台数据采集处理仪(6)连接；使RFID阅读器(5)进入所述RFID标签(2)的射频识别范围；所述RFID阅读器(5)向各所述RFID标签(2)发射信号，激活各所述RFID标签(2)；并接收各所述RFID标签(2)发送的射频数字信号，并将数字信号还原为电压差值信号，并传输；步骤七、所述数据采集处理仪(6)接收所述步骤六中传输的电压差值信号，根据如下公式，式，求得到所述第一电阻式应变片(7)的应变，即为所述锚杆(3)待测应变处的应变；其中，ΔU为第一连接点(11)和第二连接点(12)间的电压差值；e为第二电阻式应变片(8)和第二固定电阻(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：种玉配，王其昂，杨泽平，刘永胜，张诚，熊炎林，东兆星，罗占夫，刘书奎，何伟，吴利军，戴阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：