礦用機械式鉆孔應力計?135?0538?5101工作原理詳解
HCZ-2型嵌入式鉆孔應力計通過機械結構感知巖體應力變化，并將其轉換為可測量的電信號，其核心原理涉及應力傳遞、物理量轉換及信號輸出三個環節。以下結合具體技術類型與結構進行解析：
一、應力傳遞機制：感知巖體變形
剛性包裹體結構
適用于硬巖環境，量程可達0-60MPa，分辨率0.1MPa。
需通過楔體結構固定，確保與孔壁緊密接觸，避免應力傳遞損失。
工作原理：采用金屬材質（如鎳鐵合金）制成剛性包裹體，直接嵌入巖體鉆孔中。當巖體應力變化時，鉆孔產生微小變形，包裹體通過機械耦合將應力傳遞至傳感器。
特點：
液壓枕式結構
耐腐蝕、抗沖擊，適合煤礦井下惡劣環境。
量程0-60MPa，分辨率0.1MPa，支持無線傳輸（如SSS20W(C)型）。
工作原理：壓力枕內填充液壓油，外部包裹彈性體。巖體應力變化導致鉆孔變形，擠壓彈性體使液壓油壓力升高，通過導壓管傳遞至壓力轉換器。
特點：
二、物理量轉換：機械信號→電信號
壓磁式轉換
原理：基于磁致伸縮效應，鎳鐵合金磁芯的磁導率隨應力變化。應力增加時，磁芯磁導率降低，通過電磁感應線圈轉換為電信號。
應用：高精度科研監測（如YG-73型），精度達0.1%FS。
振弦式轉換
鋼弦壓力盒直徑38.1mm，適配標準鉆孔。
頻率接收儀精度高（如KSE-1型頻率計，誤差±1Hz）。
原理：鋼弦振動頻率與張力平方根成正比。巖體應力變化通過金屬彈性筒傳遞至鋼弦，改變其張力，頻率變化經接收儀轉換為應力值。
特點：
液壓-電信號轉換
原理：液壓枕內壓力變化通過導壓管傳遞至壓力轉換器，驅動電位器或應變片產生電信號。
示例：SSS20W(C)型無線應力計，壓力信號經430MHz無線模塊傳輸，功耗≤80mA。
三、信號輸出與數據處理
手動讀取模式
設備：數顯儀表（如YHY30(A)型）直接連接應力計，顯示實時應力值。
流程：安裝后10分鐘記錄初始頻率，后續讀數自動計算應力變化量。
自動監測模式
數據傳輸距離達100m（井下可視無遮擋）。
睡眠模式降低功耗，電池續航30天。
系統組成：無線分站+云計算平臺，支持遠程實時分析。
優勢：
定向測力功能
實現方式：通過楔體結構或安裝桿調整測力方向，確保與巖層主應力方向一致。
校準方法：使用窺視儀檢驗方向誤差，確保測量精度。
四、技術特性總結
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 量程與分辨率 | 0-60MPa，分辨率0.1MPa，覆蓋軟巖至硬巖應力范圍 |
| 環境適應性 | 耐腐蝕、防水設計，工作溫度0-40℃，濕度≤95%RH |
| 安裝孔徑 | Φ38-75mm，適配多數鉆孔直徑 |
| 數據傳輸 | 有線（RS485）或無線（430MHz），支持遠程監控 |
| 功耗 | 無線型號睡眠模式功耗≤100mA，電池續航30天 |
五、應用場景與優勢
煤礦巷道：監測回采工作面側向支承壓力，預警冒頂風險。
隧道工程：評估圍巖穩定性，優化支護設計。
基坑監測：測量土基礎開挖前后的應力變化，指導施工安全。
優勢：高精度、強環境適應性、低功耗設計，支持大規模布點監測。
六、HCZ-2型嵌入式鉆孔應力計總結
礦用機械式鉆孔應力計通過剛性包裹體或液壓枕感知巖體變形→壓磁/振弦/液壓轉換電信號→數顯儀表或無線系統輸出應力值的工作流程，實現了巖體應力的精準監測。其模塊化設計、定向測力功能及遠程監控能力，為地下工程安全提供了關鍵數據支撐。
