1.本发明涉及地下工程监测技术领域，尤其是一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构及使用方法。
背景技术：2.锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。由于锚杆支护具有成本低、支护效果比较好、操作简便、使用灵活等优点，因此在支护工程领域得到了广泛使用。锚杆支护在岩土工程中对加固岩体、限制岩体变形、增强岩体稳定性等方面具有重要的作用，尤其是广泛地应用于矿山、冶金、水利水电、铁路公路、军工等工程领域。对于矿山工程来说，随着开采深度的增加，越来越有必要通过监测锚杆自身的应力应变来判断锚杆自身的支护能力，来对井下灾害进行预警。
3.传统的锚杆应力应变监测方法主要通过在锚杆杆体上粘贴电阻应变片来实现，但由于地下工程环境中湿度大，电阻应变片无法保持长期稳定的监测效果，以及电阻应变片量程较小，难以实现锚杆变形破坏的全过程监测。近年来，光纤传感技术逐渐被应用于锚杆变形测量中。虽然光纤传感技术具有耐腐蚀、尺寸小、灵敏度比较高等优点，但目前还存在一系列关键性难题，尤其是长期允许应变小，难以用于结构局部大变形全程监测，以及弯曲、过热或机械作用易造成光纤损坏等。另外，现有锚杆变形监测技术，通常只监测其轴向应变，忽略了锚杆弯曲变形监测。当锚杆处于与滑动面相交状态时，滑动面可对锚杆施加剪应力使锚杆发生弯曲变形。因此，对锚杆弯曲变形程度的监测对于反应锚杆处于何种工作状态具有重要意义。
技术实现要素：4.为解决现有锚杆监测方法存在的问题，在不影响锚杆加固作用的同时，实现锚杆持续、稳定、实时监测，本发明提供了一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构及使用方法，具体的技术方案如下。
5.一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，包括锚杆杆体、同轴电缆、接头压合器和终端负载，同轴电缆与锚杆杆体粘合，接头压合器配置在同轴电缆与锚杆杆体粘结段；所述同轴电缆带有法布里-珀罗(f-p)应变传感器；所述同轴电缆的一端通过sma接头连接器与终端负载相连接，另一端从锚杆托盘穿出后通过sma接头连接器连接矢量网络分析仪(vna)；所述接头压合器压设在同轴电缆与锚杆杆体粘结段上，并产生特性阻抗不连续；同轴电缆f-p应变传感器实时监测锚杆杆体的应变。
6.优选的是，同轴电缆包括内导体、外导体、绝缘层和防护层，内导体的外层包裹有绝缘层，绝缘层的外层包裹有外导体，外导体的外层包裹有防护层。
7.优选的是，同轴电缆f-p应变传感器实时监测锚杆轴向变形，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向布置同轴电缆。
8.还优选的是，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向粘贴于锚杆杆体表面。
9.还优选的是，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向开设的浅槽粘贴在槽内，浅槽的开槽深度为2-4mm。
10.进一步优选的是，同轴电缆f-p传感器监测锚杆的弯曲变形，所述同轴电缆按照包角30
°
方向缠绕粘贴在锚杆杆体表面。
11.进一步优选的是，同轴电缆上布置f-p应变传感器，该传感器由一对布置在电缆内的结构反射体构成，当射频电磁波从一端传入同轴电缆并在同轴电缆内传输时，电磁波在两个结构反射体处会产生反射电磁波，两个反射电磁波产生共振，在频域内形成干涉图谱。
12.进一步优选的是，所述vna监测f-p传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即f-p传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变；所述vna内信号源激励产生输入信号，输入信号通过信号分离装置，沿线路传输到各个感测元件，反射信号在各个感测元件处反射回vna，经过信号分离装置，被传输到接收机，接收机对被测器件的反射、传输和输入信号进行测试、比较和分析，从而完成变化量的测定。
13.一种基于电缆传感的锚杆变形实时监测方法，利用上述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，用于室内模拟试验中锚杆的变形监测，或者工程围岩支护中锚杆的变形监测，包括：
14.制作锚杆：选用锚杆并用其承载同轴电缆，同轴电缆上配置接头压合器(结构反射体)和终端负载；粘接同轴电缆和锚杆杆体一端，对同轴电缆另一端施加预紧力，使同轴电缆保持0.05％-0.1％的正应变，然后沿全长粘结同轴电缆和锚杆杆体；
15.安装锚杆：在煤岩体中进行钻孔，钻孔直径分为两段，靠近钻孔口一侧钻孔直径稍大于另一侧钻孔直径，方便同轴电缆从钻孔中引出，同时避免锚杆安装过程中同轴电缆引出段受到孔壁和托盘挤压；然后把锚杆放入钻孔中，通过锚固剂进行全长锚固，在孔口处安置锚杆托盘，拧紧螺母以施加预应力，对锚杆托盘钻设引出孔，同轴电缆从引出孔导出；
16.监测锚杆变形：vna监测f-p传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即f-p传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变，根据锚杆不同变形条件下的传感器监测应变随方位角变化规律，判断锚杆变形条件及变形程度。
17.还进一步优选的是，锚杆用于室内模拟试验中锚杆的变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的粘合剂使用为环氧树脂、酚醛树脂或氯丁橡胶胶粘剂；锚杆用于工程围岩支护锚杆的变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的粘合剂使用为聚磷酸铝化合物或环氧树脂胶。
18.本发明提供的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构及使用方法，有益效果是，同轴电缆传感器可以承受较大变形，与锚杆结合可以共同对围岩起到支护作用，承受较大拉应力或剪应力，其感测范围更大，适用范围更广；该锚杆变形监测结构可有效监测锚杆自身变形及损伤，且同轴电缆传输损耗小，方便实现远距离传输，有利于实现智能化监测；该监测方法的空间分辨率高，通过vna与计算机互联，可以实现锚杆变形在线实时监测；另外还具有耐受高温高压液体环境、长期监测稳定性强、使用寿命长等优点。
附图说明
19.图1是基于电缆传感的锚杆变形监测结构安装示意图；
20.图2是带电缆引出孔的锚杆托盘结构示意图；
21.图3是同轴电缆分层结构示意图；
22.图4是布置f-p应变传感器的同轴电缆结构示意图；
23.图5是锚杆轴向变形监测结构示意图；
24.图6是锚杆弯曲变形监测结构示意图；
25.图7是锚杆弯曲变形监测原理图；
26.图8是锚杆变形过程中同轴电缆应变规律曲线；
27.图9是同轴电缆随缠绕角度变化规律曲线图；
28.图10是监测系统原理示意图；
29.图11是锚杆铺设结构示意图；
30.图12是锚杆轴向变形过程中电缆传感器实测应变统计图；
31.图13是锚杆弯曲变形过程中电缆传感器实测应变统计图；
32.图14是同轴电缆从钻孔和托盘引出方式示意图；
33.图中：1-锚杆杆体，2-同轴电缆，3-接头压合器，4-终端负载，5-接头连接器，6-锚杆托盘，7-vna，8-岩体，9-粘合剂，10-锚固剂，11-锚杆孔，12-电缆引出孔，13-内导体，14-外导体，15-绝缘层，16-防护层，17-结构反射点，18-电路，19-信号源，20-接收机，21-信号分离装置，22-同轴电缆f-p应变传感器，23-喷射混凝土；24-巷道；25-螺母；26-钻孔。
具体实施方式
34.结合图1至图14所示，对比本发明提供的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构及使用方法的具体实施方式进行说明。
35.为了适用于土木、隧道、矿产等相关工程中对锚杆应力应变、损伤程度等监测与分析，在不影响锚杆自身加固效果的同时，实现锚杆轴向变形和弯曲变形实时监测。
36.一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，包括锚杆杆体、同轴电缆、接头压合器、接头连接器和终端负载，同轴电缆与锚杆杆体粘合，接头连接器配置在同轴电缆两端，接头压合器布置在同轴电缆与锚杆粘结段，形成两个结构反射点，一对结构反射点构成同轴电缆f-p应变传感器。同轴电缆的一端通过sma接头连接器与终端负载相连接，另一端从锚杆托盘穿出后通过sma接头连接器连接vna。接头压合器压设在同轴电缆与锚杆粘结段，并产生特性阻抗不连续，同轴电缆f-p应变传感器实时监测锚杆的变形。
37.同轴电缆具有价格低廉、传输损耗低、稳定性强、能耐受高温高压液体工作环境等特点，其包括内导体、外导体、绝缘层和防护层，内导体的外层包裹有绝缘层，绝缘层的外层包裹有外导体，外导体的外层包裹有防护层；绝缘材料通常由具有相对高介电常数的柔性材料制成，防护层通常是塑料，并且通常延伸覆盖外部导体的电缆长度。其中带f-p应变传感器的同轴电缆主要是在同轴电缆中植入两个结构反射体，构建单个同轴电缆f-p应变传感器。两个接头压合器牢固地压在电缆上，最小间隔2cm，使同轴电缆产生特性阻抗不连续；接头压合器为铜卷曲环。接头连接器为sma直型公头连接器，其可以在较为严苛的工作条件下使用。sma直型公头连接器连接在电缆两端，然后在两端分别接入vna和终端负载。当vna激发的射频电磁波信号从一端传入同轴电缆并在同轴电缆中传输时，电磁波在两个反射体处会产生反射电磁波，两个反射电磁波产生共振，在频域内形成干涉图谱。
38.根据实际经验，采用的同轴电缆主要是rg58和rg400两种。rg58同轴电缆直径为
4.95mm，特性阻抗为53ω，绝缘介质为pep，最大工作频率为1000mhz，工作温度范围为-70℃到+200℃；rg400同轴电缆直径为5mm,特性阻抗为50ω，绝缘介质为ptfe，最大工作频率为12.4ghz，工作温度范围为-55℃到+200℃。sma直型公头连接器的长度为24mm，宽度为7.9mm。终端负载的长度为10.92mm，宽度为4.57mm，特性阻抗为50ω，工作频率最大为6ghz，其工作温度范围为-55℃到125℃。
39.锚杆杆体的直径为16-32mm，长度为150-260cm，截面为圆形，材料为45#碳素结构钢。同轴电缆f-p应变传感器监测锚杆的轴向变形，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向布置，沿锚杆杆体轴线方向粘贴于锚杆杆体表面。
40.另外，带有同轴电缆f-p应变传感器单元和温度补偿传感器单元的同轴电缆部分粘结在锚杆主体上，其中同轴电缆f-p应变传感器单元粘贴在锚杆主体上，温度补偿传感器单元超出锚杆，为自由段，通过在锚杆托盘上进行钻孔处理，使带有同轴电缆f-p应变传感器单元和温度补偿传感器单元的同轴电缆可以从钻孔中引出。为了实现温度补偿，首先在煤岩体中进行钻孔，在孔底部安装爪钩，然后把单点温补变形监测锚杆放入钻孔中，让钻孔底部的爪钩勾住锚杆杆体上的铁质圆环，完成锚杆尾部的固定。在孔口处安置锚杆托盘，拧紧螺母以施加预应力对其固定。对锚杆托盘进行钻孔处理，从引出孔引出带有同轴电缆f-p应变传感器以及温度补偿传感器的同轴电缆。
41.本实施例中，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向布置的浅槽粘贴在槽内，浅槽的开槽深度为2-4mm，从而可以保证同轴电缆和锚杆杆体的进一步贴合，即使在复杂的工程环境中同轴电缆也不会和锚杆杆体发生相对位移，进而保证监测的精度。另外，开槽深度是经过多次试验确定的，该范围的开槽深度对锚杆杆体的强度影响可以忽略不计，并且可以很好的安置同轴电缆。
42.结合图7至图9所示，同轴电缆f-p应变传感器监测锚杆的弯曲变形程度，同轴电缆按照包角30
°
方向缠绕粘贴在锚杆杆体表面。理论分析得到了轴向及弯曲变形条件下的电缆应变与包角的关系，例如轴向应变在90
°
时达到其绝对最大，包角在27
°
附近时对轴向变形和弯曲变形均不敏感，从而可以调节同轴电缆缠绕包角的大小来调节电缆应变传感器的监测灵敏度。
43.带有同轴电缆f-p应变传感器的同轴电缆以一定的包角θ缠绕在锚杆杆体上，包角θ可以根据锚杆可能遇到或设计测量的变形范围来选择，并使用粘结剂使同轴电缆和锚杆主体粘合，从而产生同步变形。同轴电缆传感器一端连接终端负载，另一端连接vna。
44.根据理论分析，包角为θ时，锚杆轴向变形条件下，电缆产生的应变与锚杆轴向应变的关系为：
[0045][0046]
锚杆弯曲变形条件下，电缆产生的应变与锚杆轴向应变的关系为：
[0047][0048]
其中，εf是电缆产生的应变，εa是锚杆的轴向应变(拉伸为正)，θ为包角，为方位角，v是锚杆的泊松比，r是锚杆弯曲变形的曲率半径，r是锚杆的半径；
[0049]
原理上，εf是通过下面的公式计算出来的：
[0050]
δλ＝λ(1-pe)kεfꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0051]
其中，δλ是应变作用下产生的波长偏移，λ是布拉格波长，pe是折射率的应变效应，k是电缆与锚杆的粘合系数。
[0052]
实际上，通过上述公式以及vna监测到的波长偏移δλ可以直接计算出来电缆应变εf。在已知电缆应变εf、包角θ以及锚杆泊松比ν的情况下，带入公式(1)可以直接求解出锚杆轴向应变εa。对于纯弯曲变形情况下，锚杆轴向应变εa为0，电缆应变εf、包角θ、锚杆泊松比ν以及方位角已知，带入公式(2)即可求解锚杆弯曲变形的曲率半径r。
[0053]
因为同轴电缆以固定的角度螺旋缠绕在锚杆杆体上，所以每种变形条件下同轴电缆应变沿方位角的变化曲线都表现出独特的特征。给出了两种不同变形条件下电缆传感器应变的分布规律，反映了不同方位角下电缆应变的规律。轴向变形条件表现为恒定的位移，因此电缆上产生的应变与传感器的方位角位置无关；弯曲变形条件下，电缆传感器监测的数据近似于正弦曲线，弯曲变形电缆传感器数据变化的周期相当于一个缠绕在锚杆上的周期，即360
°
。
[0054]
同轴电缆上布置f-p应变传感器，该传感器由一对布置在电缆内的结构反射体构成，当射频电磁波从一端传入同轴电缆并在同轴电缆内传输时，电磁波在两个结构反射体处会产生反射电磁波，两个反射电磁波产生共振，在频域内形成干涉图谱。vna监测f-p传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即f-p传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变；所述vna内信号源激励产生输入信号，输入信号通过信号分离装置，沿线路传输到各个感测元件，反射信号在各个感测元件处反射回vna，经过信号分离装置，被传输到接收机，接收机对被测器件的反射、传输和输入信号进行测试、比较和分析，从而完成变化量的测定。
[0055]
一种基于电缆传感的锚杆变形监测方法，利用上述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，用于室内模拟试验中锚杆的变形监测，或者工程围岩支护中锚杆的变形监测，包括：
[0056]
制作锚杆：选用锚杆并用其承载同轴电缆，截取适当长度的电缆，根据实际需要标定反射点位置并制作结构反射点，同轴电缆两端安装接头连接器，其中一端连接终端负载；粘接同轴电缆和锚杆杆体一端，在另一端施加预紧力，预紧力一般在0.1kn左右，使同轴电缆保持0.05％-0.1％的正应变，然后沿全长粘合同轴电缆和锚杆。
[0057]
其中，剥开电缆一端的防护层、外导体以及绝缘层，使内导体裸露出来，通过电烙铁把sma直型公头连接器的顶针焊接在内导体上，再把sma直型公头连接器穿过顶针连接在电缆上，最后把接头压合器放在sma直型公头连接器和电缆连接处，使用压线钳挤压接头压合器，从而制作好同轴电缆的sma连接头，另一端重复上述操作。启动vna，并进行相关参数设置，把电缆一端连接上矢量网络分析，另一端连接50ω的终端负载；把vna调节到时域模式下，在标定的反射点位置，开始使用压线钳挤压接头压合器，观察反射峰值高度，使两处反射点的反射峰值高度基本一致。此外需要注意的是，最好使用压线钳多次挤压接头压合器，因为挤压次数少的情况下可能导致接头压合器变形回弹，从而导致反射点反射幅值降低，影响传感器的使用效果。
[0058]
安装锚杆：在煤岩体中进行钻孔，钻孔直径分为两段，靠近钻孔口一侧钻孔直径稍大于另一侧钻孔直径，方便同轴电缆从钻孔中引出，同时避免锚杆安装过程中同轴电缆引出段受到孔壁和托盘挤压；然后把锚杆放入钻孔中，通过锚固剂进行锚固，在孔口处安置锚
杆托盘，拧紧螺母以施加预应力，对锚杆托盘钻设引出孔，同轴电缆从引出孔导出。
[0059]
锚杆在巷道中的布置如图11所示，本实施例中锚杆排距0.8m，每排9根锚杆，间距0.8m。在锚杆弹性变形阶段，锚杆应变转换应力的公式为：σ＝aeε；其中，σ为锚杆轴力；a为应变转换系数，由室内试验测得；e为锚杆弹性模量；ε为电缆传感器实测应变。
[0060]
直接把带有多个电缆传感器的同轴电缆在锚杆表面沿轴向方向粘贴，来测量轴向应变，先对锚杆主体进行轴向开槽处理，然后再把带有多个电缆传感器的同轴电缆通过粘结剂粘结在锚杆开槽部位来测量轴向应变，然后通过监测各个传感器的频率偏移，根据下式即可求得锚杆各个传感器位置处的应变值。
[0061][0062]
其中，εa是锚杆的轴向应变，εf是电缆产生的应变，fn为第n阶谐振频率，δfn为第n阶频移，p
eff
为同轴电缆绝缘层的有效弹光系数，α为应变传递系数，与粘合剂的种类和性能有关，由实验测得。
[0063]
本实施例以缠绕角度为30
°
，锚杆的泊松比为0.29为例，确定电缆上的应变与锚杆的轴向应变的关系：
[0064][0065]
实际上，vna通过上述公式以及监测到的频率偏移，可以直接计算出来电缆应变εf。在锚杆轴向变形情况下，已知电缆应变εf、包角θ以及锚杆泊松比ν，带入公式(1)可以直接求解出锚杆自身轴向应变εa。在锚杆纯弯曲变形情况下，锚杆轴向应变εa为0，电缆应变εf、包角θ、锚杆泊松比ν以及方位角已知，带入公式(2)即可求解锚杆弯曲变形的曲率半径r。
[0066]
另外，单点温度补偿感测锚杆的轴向应变与电缆应变关系如下：
[0067]
εa＝αεf＝α(ε
‘
f-ε
t
)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0068]
其中，εf是电缆由于受力作用产生的应变，εa是锚杆的轴向应变，ε
‘f为电缆受力和温度综合作用产生的应变，ε
t
为电缆受温度作用产生的应变，即温度补偿传感器实测应变。
[0069]
监测锚杆变形：vna监测f-p传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即f-p传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变；所述vna内信号源激励产生输入信号，输入信号通过信号分离装置，沿线路传输到各个感测元件，反射信号在各个感测元件处反射回vna，经过信号分离装置，被传输到接收机，接收机对被测器件的反射、传输和输入信号进行测试、比较和分析，从而完成变化量的测定。
[0070]
本实施例中，还对锚杆轴向变形条件下电缆传感器实测应变值进行了实际观测，其中锚杆轴向变形为分段变形，1号、2号传感器监测段发生的轴向应变为ε
f1
，3号、4号传感器监测段发生的轴向应变为ε
f2
，5号、6号传感器监测段发生的轴向应变为ε
f3
，ε
f2
》ε
f1
》ε
f3
。并对锚杆弯曲变形条件下电缆传感器应变值进行了观测，其中锚杆的曲率半径为r，根据各传感器的缠绕角θ、方位角及相应测得的应变值εf，可求出锚杆的曲率半径r。由于本实施例中是把电缆传感器和锚杆通过粘合剂粘合在一起的，因此不能直接用电缆传感器监测到的应变来代替锚杆自身的应变，可以通过实验来验算不同粘合剂下的应变转换系数α。
[0071]
其中，锚杆用于室内模拟试验中锚杆的变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的
粘合剂使用为环氧树脂、酚醛树脂或氯丁橡胶胶粘剂；锚杆用于工程围岩支护锚杆的变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的粘合剂使用为聚磷酸铝化合物或环氧树脂胶。
[0072]
该锚杆变形监测结构及使用方法，同轴电缆传感器可以承受较大变形，与锚杆结合可以共同对围岩起到支护作用，承受较大拉应力或剪应力，其感测范围更大，适用范围更广；该锚杆变形监测结构可有效监测锚杆自身变形及损伤，且同轴电缆传输损耗小，方便实现远距离传输，有利于实现智能化监测；该监测方法的空间分辨率高，通过vna与计算机互联，可以实现锚杆变形在线实时监测；另外还具有耐受高温高压液体环境、长期监测稳定性强、使用寿命长等优点。
[0073]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，包括锚杆杆体、同轴电缆、接头压合器和终端负载，同轴电缆与锚杆杆体粘合，接头压合器配置在同轴电缆与锚杆粘结段；所述同轴电缆带有法布里-珀罗应变传感器；所述同轴电缆的一端通过sma接头连接器与终端负载相连接，另一端从锚杆托盘穿出后通过sma接头连接器连接矢量网络分析仪；所述接头压合器压设在同轴电缆与锚杆粘结段，并产生特性阻抗不连续；同轴电缆上的法布里-珀罗应变传感器实时监测锚杆杆体的应变。2.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述同轴电缆包括内导体、外导体、绝缘层和防护层，内导体的外层包裹有绝缘层，绝缘层的外层包裹有外导体，外导体的外层包裹有防护层。3.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述锚杆结构监测锚杆的轴向变形，同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向布置同轴电缆。4.根据权利要求3所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述同轴电缆沿锚杆杆体轴线方向粘贴于锚杆杆体表面。5.根据权利要求3所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述同轴电缆沿锚杆轴线方向开设的浅槽粘贴在槽内，浅槽的开槽深度为2-4mm。6.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述锚杆结构监测锚杆的弯曲变形，所述同轴电缆按照包角30
°
方向缠绕粘贴在锚杆杆体表面。7.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，同轴电缆上布置法布里-珀罗应变传感器，该传感器由一对布置在电缆内的结构反射体构成，当射频电磁波从一端传入同轴电缆并在同轴电缆内传输时，电磁波在两个结构反射体处会产生反射电磁波，两个反射电磁波产生共振，在频域内形成干涉图谱。8.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，所述矢量网络分析仪监测法布里-珀罗应变传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即法布里-珀罗应变传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变；所述矢量网络分析仪内信号源激励产生输入信号，输入信号通过信号分离装置，沿线路传输到各个感测元件，反射信号在各个感测元件处反射回矢量网络分析仪，经过信号分离装置，被传输到接收机，接收机对被测器件的反射、传输和输入信号进行测试、比较和分析，完成变化量的测定。9.一种基于电缆传感的锚杆变形实时监测方法，利用权利要求1至8任一项所述的一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构，其特征在于，用于室内模拟试验中锚杆的变形监测，或者工程围岩支护中锚杆变形监测，包括：制作锚杆：选用锚杆并用其承载同轴电缆，同轴电缆上配置接头压合器和终端负载；粘接同轴电缆和锚杆杆体一端，对同轴电缆另一端施加预紧力，使同轴电缆保持0.05％-0.1％的正应变，然后沿全长粘结同轴电缆和锚杆杆体；安装锚杆：在煤岩体中进行钻孔，钻孔直径分为两段，靠近钻孔口一侧钻孔直径稍大于另一侧钻孔直径，方便同轴电缆从钻孔中引出，同时避免锚杆安装过程中同轴电缆引出段受到孔壁和托盘挤压；然后把锚杆放入钻孔中，通过锚固剂进行全长锚固，在孔口处安置锚杆托盘，拧紧螺母以施加预应力，对锚杆托盘钻设引出孔，同轴电缆从引出孔导出；监测锚杆变形：矢量网络分析仪监测法布里-珀罗应变传感器形成的干涉图谱的频移，频移变化率即法布里-珀罗应变传感器两结构反射体之间锚杆段产生的应变，根据锚杆不
同变形条件下的传感器监测应变随方位角变化规律，判断锚杆变形条件及变形程度。10.根据权利要求9所述的一种基于电缆传感的锚杆变形实时监测方法，其特征在于，锚杆用于室内模拟试验中锚杆的变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的粘合剂使用为环氧树脂、酚醛树脂或氯丁橡胶胶粘剂；锚杆用于工程围岩支护锚杆变形监测时，同轴电缆和锚杆杆体之间的粘合剂使用为聚磷酸铝化合物或环氧树脂胶。
技术总结本发明提供了一种基于电缆传感的锚杆变形监测结构及使用方法，涉及地下工程监测技术领域。该锚杆结构包括锚杆杆体、同轴电缆、接头压合器、连接器和终端负载，同轴电缆带有分布式法布里-珀罗应变传感器，同轴电缆和锚杆杆体相互粘合，同轴电缆的一端通过SMA接头连接器和终端负载相连接，另一端从锚杆托盘穿出后通过SMA接头连接器连接矢量网络分析仪，接头压合器压设在同轴电缆与锚杆粘结段，并产生特性阻抗不连续。该锚杆可以用于锚杆的轴向变形、弯曲变形、破断等监测与分析；在不影响锚杆自身加固效果的同时，实现锚杆轴向变形和弯曲变形实时监测；其具有适用范围广、耐受高温高压液体环境、传输损耗小、空间分辨率高等优点。空间分辨率高等优点。空间分辨率高等优点。
技术研发人员：李玉蓉 王志奇 郭伟耀 赵同彬 张修峰 陈洋
受保护的技术使用者：山东能源集团有限公司
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
