【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体应力监测，具体地，涉及一种多向应力传感器。
技术介绍
1、近年来，随着浅部矿产资源开采殆尽，煤炭、金属开采等地下工程建设正在大举向深部进发。深部资源在开采过程中存在岩体高应力及工程扰动致灾突出的问题，且深部工程建设过程中围岩失稳、冲击地压、岩爆、突水等灾害频发，对相关的岩石力学理论、应力测试技术也提出了新的挑战。
2、岩体应力作为深部多灾害孕育与发生的关键指标之一，其对于工程扰动下动态应力实时、简单、有效获取以对深部灾害预警至关重要。全面获取地下工程扰动岩体的应力演化数据，将不可避免的促进岩石力学的发展，提升深部空间资源获取能力。
3、当下，岩体应力测试多采用钻孔应力测试技术，测量时，需要首先在岩体中打测压钻孔，然后将应力计安装在指定位置，设置一定初压，埋入岩体中以实时监测钻孔周围应力变化情况。
4、现有的钻孔应力传感器有压电式应力传感器、电容式应力传感器、电阻应变式应力传感器、光栅光纤应力传感器等。其中压电式应力传感器是基于压电材料的压电效应制作的传感器，由于压电式应力传感器的输出为微弱的电荷量，低频响应特性较差，所以必须外加电压放大器，且电压和外接的电缆种类和长度有关，所以实际使用不方便。
5、电容式应力传感器由于极易受到外界信号的干扰和存在自身寄生电容等缺陷，非线性问题始终不能有效的解决，同时电容式应力测定原理相对于压力的感应更偏向于通过位移进行获取。
6、电阻应变式应力传感器是一种将应变片粘贴在被测试试件上或者具有弹性的传感器上，因此，粘合剂的
7、鉴于现有的应力传感器存在的上述情况，提供一种稳定性好、精度高、测试量程大的岩体应力传感器成为一个亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本专利技术实施例提出一种多向应力传感器，该多向应力传感器的稳定性好、测量精度高、测试量程大，充分满足了深部岩体开采的使用需要。
3、本专利技术实施例的多向应力传感器包括：
4、外壳和多个传感器单元，多个所述传感器单元包括轴向传感单元和环向传感单元，所述轴向传感单元设于所述外壳的端部并用于监测轴向岩体应力，所述环形传感单元设于所述外壳的周侧并用于监测环向岩体应力；
5、每个所述传感器单元均包括：
6、承托体，所述承托体可隔磁，所述承托体设有分隔部并将所述承托体的内腔分隔为第一腔和第二腔；
7、传导件，所述传导件可移动地配合于所述第一腔内，所述传导件具有内端面和外端面，所述内端面位于所述第一腔内，所述外端面位于所述承托件外并用于承载围岩应力，且所述内端面的面积大于所述外端面的面积；
8、磁致伸缩材料，所述磁致伸缩材料设于所述第一腔并位于所述内端面和所述分隔部之间，所述磁致伸缩材料用于承载所述传导件的内端面的作用力，且所述磁致伸缩材料的磁导率随所述传导件施加的作用力的变化而改变；
9、磁体，所述磁体设于所述承托体，所述磁体用于为所述磁致伸缩材料提供偏置磁场；
10、感应器，所述感应器设于所述第二腔，所述感应器用于监测所述磁致伸缩材料的磁导率变化造成的磁场强度变化并输出监测信号。
11、本专利技术实施例的多向应力传感器的稳定性好、测量精度高、测试量程大，充分满足了深部岩体开采的使用需要。
12、在一些实施例中，所述环向传感单元有两个，两个所述环向传感单元分别为第一单元和第二单元，所述第一单元和所述第二单元在所述外壳的周向上间隔布置，且所述轴向传感单元、所述第一单元、所述第二单元中任意两者的监测方向均垂直布置。
13、在一些实施例中，包括环向封装壳，所述环向封装壳包括环向主壳和环向盖体，所述环向主壳设于所述外壳内并设有第一安装槽，所述第一安装槽的槽深方向与所述外壳的径向一致，所述环向传感单元嵌设并安装于所述第一安装槽内；
14、所述环向盖体可滑移地配合于所述第一安装槽的槽口处，所述环向传感单元的传导件与所述环向盖体止抵或相连，所述外壳上设有敞口，所述敞口与所述第一安装槽的槽口正对并用于供所述环向盖体露出所述外壳以与围岩止抵。
15、在一些实施例中，包括轴向封装壳，所述轴向封装壳包括轴向主壳和轴向盖体，所述轴向主壳设于所述外壳的端部并设有第二安装槽，所述第二安装槽的槽深方向与所述外壳的轴向一致，所述轴向传感单元嵌设并安装于所述第二安装槽内；
16、所述轴向盖体可滑移地配合于所述第二安装槽的槽口处，所述轴向传感单元的传导件与所述轴向盖体止抵或相连，所述轴向盖体用于与围岩止抵。
17、在一些实施例中，包括电路板，所述电路板设于所述外壳内，所述轴向传感单元、所述第一单元、所述第二单元的感应器均与所述电路板电性相连，且所述电路板用于解析所述感应器输出的监测信号。
18、在一些实施例中，所述传导件和部分所述承托体可导磁并形成第一导磁体，所述分隔部可导磁并形成第二导磁体，所述磁致伸缩材料位于所述第一导磁体和所述第二导磁体之间。
19、在一些实施例中，所述承托体包括：
20、壳体；
21、垫片，所述垫片设于所述壳体内，且所述垫片形成所述分隔部；
22、限位板，所述限位板设于所述壳体，所述磁体设于所述限位板和所述垫片之间，所述限位板设有开孔，所述传导件穿过所述开孔，所述限位板可导磁并与所述传导件形成所述第一导磁体。
23、在一些实施例中，所述磁体为环形并夹持在所述限位板和所述垫片之间，所述磁致伸缩材料设于所述磁体的内孔内，所述传导件设有所述内端面的端部配合于所述磁体的内孔内。
24、在一些实施例中，所述传导件的径向尺寸沿着从所述外端面至所述内端面的方向逐渐变大，所述开孔的孔径沿着从所述所述外端面至所述内端面的方向逐渐变大；
25、和/或，所述传导件的轴线和所述磁体的轴线同轴布置；
26、和/或，所述磁致伸缩材料为铽镝铁。
27、在一些实施例中，所述感应器为霍尔感应器，所述感应器输出的监测信号为电压，且所述磁致伸缩材料的应力σ通过以下公式计算获得：
28、
29、式中：k为霍尔感应器的灵敏度系数；d为压磁系数；μσ为恒定应力作用下的磁导率；sh为恒定磁场作用下的柔顺系数；ε为磁致伸缩材料的应变；u为所述感应器输出的电压。
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1.一种多向应力传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多向应力传感器，其特征在于，所述环向传感单元有两个，两个所述环向传感单元分别为第一单元和第二单元，所述第一单元和所述第二单元在所述外壳的周向上间隔布置，且所述轴向传感单元、所述第一单元、所述第二单元中任意两者的监测方向均垂直布置。
3.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括环向封装壳，所述环向封装壳包括环向主壳和环向盖体，所述环向主壳设于所述外壳内并设有第一安装槽，所述第一安装槽的槽深方向与所述外壳的径向一致，所述环向传感单元嵌设并安装于所述第一安装槽内；
4.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括轴向封装壳，所述轴向封装壳包括轴向主壳和轴向盖体，所述轴向主壳设于所述外壳的端部并设有第二安装槽，所述第二安装槽的槽深方向与所述外壳的轴向一致，所述轴向传感单元嵌设并安装于所述第二安装槽内；
5.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括电路板，所述电路板设于所述外壳内，所述轴向传感单元、所述第一单元、所述第二单元的感应器均与所述电路
6.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，所述传导件和部分所述承托体可导磁并形成第一导磁体，所述分隔部可导磁并形成第二导磁体，所述磁致伸缩材料位于所述第一导磁体和所述第二导磁体之间。
7.根据权利要求6所述的多向应力传感器，其特征在于，所述承托体包括：
8.根据权利要求7所述的多向应力传感器，其特征在于，所述磁体为环形并夹持在所述限位板和所述垫片之间，所述磁致伸缩材料设于所述磁体的内孔内，所述传导件设有所述内端面的端部配合于所述磁体的内孔内。
9.根据权利要求8所述的多向应力传感器，其特征在于，所述传导件的径向尺寸沿着从所述外端面至所述内端面的方向逐渐变大，所述开孔的孔径沿着从所述所述外端面至所述内端面的方向逐渐变大；
10.根据权利要求1-9中任一项所述的多向应力传感器，其特征在于，所述感应器为霍尔感应器，所述感应器输出的监测信号为电压，且所述磁致伸缩材料的应力σ通过以下公式计算获得：
...【技术特征摘要】
1.一种多向应力传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的多向应力传感器，其特征在于，所述环向传感单元有两个，两个所述环向传感单元分别为第一单元和第二单元，所述第一单元和所述第二单元在所述外壳的周向上间隔布置，且所述轴向传感单元、所述第一单元、所述第二单元中任意两者的监测方向均垂直布置。
3.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括环向封装壳，所述环向封装壳包括环向主壳和环向盖体，所述环向主壳设于所述外壳内并设有第一安装槽，所述第一安装槽的槽深方向与所述外壳的径向一致，所述环向传感单元嵌设并安装于所述第一安装槽内；
4.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括轴向封装壳，所述轴向封装壳包括轴向主壳和轴向盖体，所述轴向主壳设于所述外壳的端部并设有第二安装槽，所述第二安装槽的槽深方向与所述外壳的轴向一致，所述轴向传感单元嵌设并安装于所述第二安装槽内；
5.根据权利要求2所述的多向应力传感器，其特征在于，包括电路板，所述电路板设于所述外壳内，所述轴向传感单元、所述第一单元、...
【专利技术属性】
技术研发人员：何团，李春元，郑伟钰，穆鹏宇，郑建伟，张良，雷国荣，贺小凡，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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