CN117716111A - 带机械应力测量传感器的山体锚杆 - Google Patents

带机械应力测量传感器的山体锚杆 Download PDF

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Abstract

用于将物体(11)固定到支撑构件(12)和/或稳定支撑构件(12)之装置(10；10’)的传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)，所述装置(10，10’)具有用于确定变形的状态监测系统和具有用于插入支撑构件(12)中的安装部分(14；14’)的安装体(13)，其中，所述安装体(13；13a，13b；13a、13b，13c)被设计成可以容纳所述传感器载体；并且所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)包括至少一个导电通路(17；17a，17b)，该导电通路沿着带状路径布置，用于测量所述安装部分(14；14’)上的机械应力。

Description

带机械应力测量传感器的山体锚杆
技术领域
本发明涉及用于固定和/或加固主体的装置(支撑构件)，特别是山体锚杆、支撑锚杆、加固钢条、螺钉或螺栓或者销钉，以及将物体固定到支撑构件的方法和稳定或加固支撑构件的方法，其中所述装置具有确定变形的状态监测功能。此外，本发明还涉及生产这种装置的方法。
背景技术
锚杆，特别是张力锚杆，在土木工程中早已为人所知。建筑部件过去和现在都通过提供张力锚杆有效地彼此抵住，从而实现相互支撑。特别是，在矿山和地上地下施工中，大量使用山体锚杆来固定岩石(坚硬或松散的岩石)以及挡土墙、松软材料坝、泥浆池等结构。锚杆插入钻孔并锚固在钻孔中。锚固可以通过沿着锚杆的长度加注砂浆或粘合剂、通过孔壁的摩擦或通过在钻孔中使用机械锚固来完成。
锚杆也可以敲入松软的材料或半固体的材料中。通过锚定自身或将锚杆固定在岩石(坚硬或松散的岩石)或结构中，实现内部稳定。例如，支撑锚杆将挡土墙固定在需要支撑的岩石上。
此外，在地下采矿领域，锚杆可应用于工作面稳定、注浆工作、入口稳定、圆顶脚桩、顶板和对接锚杆、径向岩石锚杆、预锚固装置以及悬挂装置。在土木工程中，其应用领域包括边坡稳定、后锚、隆起防护、桩基、落石和雪崩保护、土壤改良、支撑和张力锚杆。
锚杆呈杆状，长度适合于待固定的物体(岩石、结构)。锚杆的长度可以小于一米，最长可达100米或以上。合适的锚杆可以由高强度材料制成，通常是钢材，也可以由塑料、复合材料或可再生原材料(如木材和竹子)制成。如果锚杆周围的岩石或其他材料发生移动，就会在锚杆上施加力，从而在锚杆中产生机械应力。锚杆开始变形。
同样，在混凝土浇筑过程中，钢筋嵌入混凝土中，使其具有更高的强度，特别是更高的抗拉强度。这种混凝土和加强型混凝土被称为钢筋混凝土。如果力现在作用在钢筋混凝土结构上，也会转移到嵌入的钢筋上，从而钢筋开始变形。
此外，当物体通过诸如螺钉、螺栓或销钉之类的装置固定到相应的支撑构件(岩石或结构)上时，装置例如通过旋拧或挤压被引入到支撑构件中时，也会产生机械应力。这些机械应力也会导致装置变形。
文献AT394449B公开了一种用于确定沿天然和/或人造基底(例如岩石、混凝土等)中的钻孔的拉伸和/或压缩应力的装置，该装置具有一条由基底或钻孔中的摩擦所支撑的管子，尤其是金属管，其中该管子在基片或钻孔中通过例如管上的螺纹、螺母和楔等支撑装置得到支撑，并且在管子的内部设置有测量传感器(应变计)，每个传感器直接或间接地在管子的两端之间连接到管子上，优选连接在整个表面上，至少在两个点处连接到管子上，连接点特别是在管子的纵向方向上。
发明内容
本发明的目的是通过一种改进的装置来监测物体与支撑构件之间的紧固件或固结件本身的稳定性，并为这种装置提供一种装置和传感器载体。
该装置包括一个带有支撑构件或紧固部件的安装体，用于插入到支撑构件中或用于将物体紧固到支撑构件，以及一个容纳在安装体中的传感器载体，其有一个沿着轨道形状路线施加的导电导体轨道，用于测量传感器载体(紧固部件)上的机械应力(尤其是引起装置的变形的应力)。安装体包括一个与评估单元联接的头部部件。所述导体轨道被设计成其能够与从所述头部部件上的评估单元联接或从其获得电能供应，其中导体轨道的电阻指示了所述安装体在紧固部件中的变形情况。
此外，本发明的另一个目的是为将物体固定到支撑构件和/或稳定支撑构件的装置提供一种传感器载体，其中该装置具有一个确定变形的状态监测装置和一个具有插入到支撑构件的安装部分的安装体，安装体被设计成可以容纳传感器载体，并且传感器载体包括一个沿着轨道形状路线施加的导电导体轨道，用于测量传感器载体上的机械应力。
根据本发明的一个目的，提供了一种用于将物体()紧固到支撑构件()和/或用于稳定支撑构件的装置()的制造方法，该方法包括提供了一个具有插入支撑构件之安装部件的安装体；提供了一个传感器载体，所述安装体被设计成容纳所述传感器载体；以及在传感器载体上沿着轨道形状的路线提供了一条导电的导体轨道，用于测量安装部件上的机械应力，其中安装体具有用于与评估单元联接的头部部件，并且其中传感器载体被设计为使得导体轨道能够从头部部件获得电能供应，并优选地与评估单元联接，由此导体轨道的电阻可指示紧固部件中安装体的变形情况。
根据本发明的另一个目的，提供了一种沿着基底(优选是支撑构件，特别是山体/隧道壁)中的钻孔放置一个装置用于确定机械载荷(特别是拉伸和/或压缩应力，和/或物理载荷)的方法。该方法包括以下步骤：
在基底中钻一个孔；将至少一个安装体插入所述钻孔中/上；将粘结剂，特别是粘合剂、速凝混凝土或结合料引入钻孔中，用于固定安装体；通过支撑装置，特别是通过从安装体伸出钻孔的螺纹，用螺母，优选用布置在螺母和基底之间的附加楔子或板材，在与基板相对的钻孔处的一端支撑安装体；以及将传感器载体容纳在钻孔中的安装体的内部。
根据一个实施例，传感器载体被设计为挤压塑料型材。根据物理或化学要求，传感器载体可以由诸如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、HDPE(高密度聚乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PUR(聚氨酯)、PVC(聚氯乙烯)和各种塑料混合物的材料制成。
在一个实施例中，传感器载体优选是一个基本圆形的管材。
在一个实施例中，传感器载体具有至少一个凹槽，最好位于传感器载体纵向延伸的外壁上。
在一个实施例中，导电的导体轨道布置在凹槽中，并分别通向传感器载体上凹槽的一个或每个端部的接触表面或接触区域。
在一个实施例中，接触表面或每个接触区域包括导电弹性体，特别是柔性、空间可延伸和形状可变化的导电体。导电弹性体可以是连续的导电弹性体，特别是导电填料的均质混合物，例如镀镍石墨、镀银玻璃、镀银铜材和镀银铝材。
在一个实施例中，传感器载体和/或至少一个凹槽具有用于锁定连接的不同设计的锁定轮廓。在一个更好的开发方案中，在凹槽的一个端部区段(在传感器载体的两个端部中的一端)处的锁定轮廓包括至少一个横向于凹槽的纵向方向凸起的锁定凸起，并且在凹槽的另一端部区段处(在传感器载体的另一端)包括横向于凹槽纵向方向凹入的至少一个锁定凹部，其中锁定凹部和锁定凸起被设计成在形状上彼此匹配，特别是彼此互补，使得锁定凸起能够沉入锁定凹部中并且在传感器载体与另一个这样的传感器载体进行联接(机械连接)时接合在锁定凹部内，使得形成一个传感器载体或者可以与联接的另一个这样的传感器载体一起制成，特别是通过联接的传感器载体的相应弹性体的相互接触(碰触)。应当理解为，就此而言，更好的是相应地调节或设计待配合的传感器载体的端部的相应直径或横截面，即存在适配的或相应地设计的传感器载体端部的直径或横截面。
根据一个实施例，锁定轮廓最好是包括多个锁定凹部，这些锁定凹部在凹槽和/或传感器载体的纵向方向上一个接一个地和/或彼此相距一定距离地布置，使得至少一个锁定凸起可以可选地接合多个锁定凹部中的一个。可替换地或附加地，还可以设置多个这样的锁定凸起，其中一个可以接合至少一个锁定凹部，其中所述多个锁定凸起可以在凹槽的纵向方向上一个接一个地布置和/或彼此相距一定距离地布置。
锁定轮廓，特别是以上述锁定凸起和凹部的形式，可以在凹槽的纵向方向上被底切观察，由此在凹槽的一个端部和另一端部上的底切形成为彼此匹配，使得接合的一对底切(每个底切来自待联接的两个传感器载体的凹槽的对应端)横向于凹槽和/或传感器载体的纵向方向彼此接合。
由于锁定轮廓的底切，在接合位置，从凹槽的纵向方向看，相应的锁定轮廓对有重叠。
上述锁定轮廓中的至少一个，例如锁定凸起或锁定凹部或两者，本身是弹性形成或设置在弹性形成的部件上，或设置在可移动安装、弹性预加应力的部件上，使得至少一个可锁定的锁定轮廓可以横向于凹槽的纵向移动得如此之远以便脱离接合，使得锁定轮廓可以被推到另一个锁定轮廓上。
在本发明更好的进一步开发中，锁定轮廓可以包括棱纹和/或波纹状表面结构，该表面结构在第一传感器载体的一端轴向配合到第二传感器载体的相应端部上面或内部的过程中，通过表面结构和/或反向轮廓件的弹性和/或塑性变形可以和该反向轮廓件(在凹槽的另一端)形成正向锁定接合。
更好地，棱纹状表面结构可以包括多条保持棱纹，这些保持棱纹在凹槽的纵向方向上一个接一个地交错，优选地至少部分地围绕凹槽的圆周布置。相配合的配对件可以包括在凹槽和/或传感器载体的圆周上的至少一个保持棱纹，该保持棱纹可以更好地至少部分设置在凹槽的内周侧上，特别是设置在一个可插通的凹部中。保持棱纹的交错布置允许相对较大的调节范围和牢固的连接。
在本发明的一个更好的开发方案中，棱纹或波纹状表面结构或与其配合的配对件可以设计成能够产生不同的致动力和保持力，特别是使两个传感器载体的相应端部互锁所需的力小于对向端部的致动力和保持力，以便在要提供可释放的连接的情况下，闩锁机构可以在另一边轴向释放。
波纹或棱纹的这种设计可以在组装期间将高水平的操作舒适性与足够高的保持力相结合。相对较低的插接力可以方便手动插入，从而实现精确、协调的定位，而较高的释放力确保锁定部件充分地保持在致动螺栓上，并防止滑动。
特别是，连续设置在凹槽上的保持棱纹和/或设置在相配合的配对件上的保持棱纹可以设计成锯齿形状，即具有不同的倾斜侧面，其与相应的配合轮廓接合，使得在所涉及的部件的弹性和/或塑性变形下联锁比反向拉动或推开更容易发生。
根据一个实施例，传感器载体具有至少一个第一凹槽和一个第二凹槽，每个凹槽优选地位于传感器载体的纵向延伸外壁上。第一凹槽和第二凹槽彼此间隔开(在传感器载体的圆周上)，最好彼此相对(例如径向地)。也可以采用其他间隔距离，例如30°、60°、90°。
根据一个实施例，所述至少一个(或每个)凹槽平行于传感器载体的纵轴布置或设计。根据另一个实施例，至少一个(或每个)凹槽按螺旋状布置在传感器载体上。
根据一个实施例，当联接传感器载体的两端时，相应的接触表面或接触区域与相应的导电弹性体导电连接，从而由至少两个传感器载体形成连续的导电传感器体组件。
传感器载体本身可以包括能量源，例如电池。从射频识别(RFID)技术的角度来看，远程能量也可以无线传输，其中所需的能量例如通过电感耦合无线传输。导体由导电材料或密集排列的导电颗粒组成，如铜、铝或银。导体轨道可以附在初步基于液态金属的(弹性)导体轨道基底(弹性体基底)上。液态金属可以是(共晶)金属合金。例如，Galinstan是镓、铟和锡的共晶合金。例如，该合金可以包含比一定量的铟或锡更大量的镓。例如，该合金可以是包含65至86重量百分比的镓、5至22重量百分比的铟和1至11重量百分比的锡的合金。此外，也可以使用导电碳颗粒，例如纳米碳管或烟灰。在一个实施例中，将金属前驱体附到弹性体基底的表面。金属前驱体可以包括金属(例如银)或金属络合物的盐或盐溶液。在一个实施例中，固体金属层包括选自铜、银、金和铂的至少一种元素(或金属)。例如，可以将结构化的金属轨道附在传感器载体上，然后可以通过浸浴在金属轨道上形成Galinstan。
此外，导体轨道可以由下面描述的导电油墨组成。导电轨道可以用电能供电，使得导电轨道上的电阻可测量。
导体轨道固定到传感器载体，使得导体轨道能够跟随设置有传感器装置的中空锚杆的相应变形或移动。如果中空锚杆被压缩、拉伸或阻断，则导线轨道相应地变形或阻断。导体轨道的相应变形相应地导致导体轨道的导电横截面发生变化，并且还导致导体轨道中导电颗粒的密度发生变化，从而相应地引起导体轨道中的电阻发生变化。因此，导体轨道的电阻变化指示导体轨道本身的变形，并且相应地指示中空锚杆的变形。
“导电油墨”是指包括载体材料在内的材料组合，其中导电颗粒，如银、铝或铜颗粒，被引入并存在于载体材料中。载体材料例如是粘性流体，其在施加导电油墨之后硬化或蒸发，使得导电油墨的颗粒本身粘附到传感器载体或部分的表面。
根据另一示例性实施例，导体轨道具有载体材料，其中嵌入了导电颗粒。载体材料例如是固体或高粘性材料，其中导电颗粒以一定密度或以一定排列彼此存在。导电颗粒的密度决定了电导率，从而决定了电阻率。具有导电颗粒的相应载体材料可以作为液体或粘性导电油墨施加到紧固区域。
根据该方法的另一个示例性实施例，通过施加包括载体材料的导电油墨来制备导体轨道，该载体材料具有溶解的导电颗粒。导电油墨以液体形式施加在传感器载体上。所施加的载体材料固化后，导电颗粒在载体材料中的排列得到固定。
载体材料可以作为随后聚合的液体单体或聚合物存在于导电油墨中。在液体载体材料中，导电颗粒以盐溶液(例如银盐溶液)的形式溶解或存在。随后，例如通过添加另一种粘合剂、热处理和/或辐射(例如光、UV光)固化载体材料，并且固定载体材料中导电颗粒的密度或排列。
如下文所述，导电油墨可以通过技术上简单的方式有效地施加到载体上，导体轨道的任何所需路线都是可能的。在导电油墨中，导电颗粒被密集地填充，使得颗粒之间存在恒定的导电性。当导电轨道变形(拉伸、收缩或压缩)时，导电颗粒在某些区域堆积得更密集或更不密集，从而影响导电轨道的电阻。基于这种电阻变化，可以判断出紧固段变形的类型和大小。
例如由导电油墨制成的导体轨道可以由导电复合材料组成，其中聚合物部分(载体材料)，例如由合成树脂制成，负责拉伸性，而例如渗透的导电填料/颗粒能够实现有效的电荷转移。导电填料可以基于碳(如石墨、无定形碳、碳纳米管(CNT)、石墨烯、热解细菌纤维素)或金属(如金属纳米线、微鳞片、微粉、微花和纳米颗粒)。
提供过渡金属离子源、还原剂和/或还原化合物以及溶解的聚合物或可聚合的聚合物前驱体(特别是单体)的导电油墨，可通过原位热处理还原过渡金属离子和聚合反应(如果是可聚合的聚合物前驱体)，在聚合物(先前溶解的聚合物，或者如果是可聚合的聚合物前驱体，聚合过程中形成的聚合物)基质中导致形成金属纳米或微结构或嵌入的金属纳米颗粒(特别是均质分散的)的渗滤网络。
金属结构(颗粒)之间的空间可以被聚合物填充，并有助于形成将这些金属结构连接在一起(“粘合”它们)的聚合物网络。同样，如果是溶解的聚合物，也可以填充这些金属结构之间的空间。
这可以产生复合材料，其也可以被称为“原位纳米复合材料”(ISNC)，具有导电性(相对于金属结构或纳米颗粒)以及可变形性，例如弹性、柔性、拉伸性或塑性(相对于聚合物基体)，因此也可以被称作塑料或弹性导体。
即使在高应变值下，所得ISNC的电导率也可以得到保持(例如，ISNC可以以非常低的相对电阻比拉伸高达200％，定义为R/R0，其中R和R0分别是给定应变和0％应变下的电阻值)，但在拉伸过程中导电性可以单调下降。释放后，电导率可以恢复到其原始值，并且只有少量变化是由多次拉伸和释放循环引起的。此外，在热处理之后，导电油墨可以牢固地粘附到可变形基底的表面。
因此，金属颗粒(例如银颗粒)被固定在载体材料的弹性体基体中，并且在压缩或拉伸过程中或多或少地间隔开，从而影响电阻。此外，拉伸过程中带宽的减少在电阻变化中起着一定作用。
导体路径，特别是由导电油墨制成的导体路径，可以施加1μm(微米)至100μm(微米)的厚度。导电油墨可以很容易地施加并且具有高灵敏度。特别是，导体迹线可以被施加在传感器基板的部分区域或部分长度上或者传感器基板的整个长度上。
根据另一示例性实施例，导体轨道的轨道状路线至少部分地以曲折的方式行进。因此，传感器载体表面的大部分优选地在安装体的紧固部分中，可以被导体轨道覆盖，从而增加了测量局部变形的可能性。此外，还能提高导体轨道的灵敏度。
根据另一示例性实施例，轨道状路线的宽度在20μm(微米)和2500μm(微米)之间，特别是在25pm和2000pm之间。
根据另一示例性实施例，导体轨道的轨道状路线的至少两个轨道区段具有不同的轨道宽度。特别是，导体轨道可以在紧固部分的某些点处具有一个或多个收缩部或渐缩部。知晓渐缩的位置，就可以精确地或近似地确定阻力发生一定变化时的变形位置。渐缩的位置可以确定导体轨道的渐缩电阻路径的优选方向，从而确定灵敏度的方向依赖性。
根据另一示例性实施例，电绝缘层布置在传感器载体的表面和导体轨道之间。绝缘层尤其包括聚合物基材，特别是热塑性薄膜和/或弹性体薄膜。因此，可以减少基于导体轨道与传感器载体和/或中空锚杆之间的电流的电阻测量中的干扰。绝缘层的厚度可以例如在1μm(微米)和10000μm(微米)之间，特别是在15pm和5000pm之间。
弹性体基底的材料具有弹性的(或柔性的)，并且可以在其表面上支撑固体金属层(或随后形成的合金)。例如，弹性体基底的材料可以包括至少一种聚合物材料。弹性体基底的材料的合适实例可以特别包括热塑性塑料、热固性材料和复合材料。特别地，弹性体基材的材料的合适实例包括聚氨酯、聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、PEG-(甲基)丙烯酸；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯(PC)；聚砜，例如聚醚砜(PES)；聚丙烯酸酯(标准杆数)；多环烯烃；聚酰亚胺(PI)；聚烯烃如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)；乙烯基聚合物，例如聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚酰胺；聚醚；聚酮，例如芳族聚醚酮(例如PEEK)；多硫化物(如PPS)；聚偏二氟乙烯(P(VDF)如P(VDF-TrFE))、聚四氟乙烯(如PTFE)、氟化乙烯-丙烯(FEP)等含氟聚合物；液晶聚合物；聚环氧化物；聚硅氧烷(例如PDMS)；橡胶材料，如天然橡胶(NR)、合成天然橡胶(IR)、丁腈橡胶(NBR)、羧化丁腈橡胶(XNBR)和苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)以及来自聚合物分散体和橡胶或合成橡胶晶格的其他橡胶材料；及其聚合物、生物聚合物或其组合、共聚物和/或混合物。此外，弹性体基底的材料可以包括热塑性聚氨酯。
在一个实施例中，弹性体基底可以具有不大于250MPa的拉伸模量，特别是不大于200MPa。弹性体基底的拉伸模量的下限没有特别限制，只要弹性体基底能够在其表面上支撑固体金属层(或随后形成的合金)即可。特别地，弹性体基底可以具有不小于25MPa的拉伸模量，特别是不小于50MPa。弹性体基底的拉伸模量可以例如根据ISO 527-1和527-3来确定。
根据另一个示例性实施例，导体轨道采用弹性设计，并且以拉伸和预张紧的状态附在传感器载体上。因此，在传感器载体未变形的初始状态下，弹性导体轨道被拉伸并处于张力下。因此，在初始状态下，导电轨道的导电颗粒进一步间隔开，并且弹性体恢复力会试图将导电颗粒拉到一起。如果中空锚杆以及因此插入到中空锚杆中的传感器载体被压缩，则导体轨道的导电颗粒由于恢复力而被压在一起。这增加了导体轨道的导电性并相应地减小了电阻。
因此，除了中空锚杆的拉伸和断裂之外，还可以以改进的方式测量或检测压缩。相比之下，如果导体轨道不变形地附在传感器载体上，则在压缩的情况下必须压缩导电颗粒。然而，这可能很难做到，例如，在其中嵌入了导电颗粒的未变形基底中，即使在强压缩的情况下，导电颗粒也仅被压得稍微靠得更近一些。
导体轨道，例如具有嵌入矩阵中的导电颗粒作为载体材料的导体轨道，可以在被施加到传感器载体上并被施加到未变形(弹性)基底或绝缘层上之前被拉伸。此外，导体轨道可以施加到处于未变形状态的未变形弹性基板。然后，可以将基板与导体轨道一起拉伸，并在这种拉伸和预拉伸状态下施加到传感器载体上。
根据另一示例性实施例，传感器载体具有凹槽，导体轨道布置在该凹槽中。换言之，导体轨道不是直接布置在传感器载体的最外表面上，而是布置在形成于传感器载体中的凹槽内的传感器载体的“受保护”外表面中。导体轨道可以被布置或固定到凹槽的侧壁或底表面。因此，可以保护导体轨道不受外部影响，特别是在传感器载体的存储或组装期间。
根据另一示例性实施例，(包含导体轨道的)凹槽填充有密封材料，其中密封材料特别包括硅酮、聚氨酯和/或丙烯酸树脂。这增加了对导线轨道的保护，使其免受外部影响。
为了测量支撑(中空锚杆)装置和支撑构件之间的紧固质量，空心锚杆在其内部具有传感器载体，导体轨道以网状图案布置在传感器载体上。导体轨道获得电能供应，特别是来自位于支撑构件外部的空心锚杆的头部。
“导体轨道的施加/附着”被理解为，例如，指导体轨道已经以固定状态(松弛或拉伸)施加/附着(例如，粘合)到传感器载体上。此外，“导体轨道的施加/附着”还应被理解为指通过丝网印刷工艺、凹版印刷工艺或喷墨印刷工艺将导体轨道作为半成品(例如以液态)施加/附着到传感器载体。
例如，在将设置有传感器装置的锚杆(安装体)初始紧固到支撑构件之后，可以测量导体轨道的电阻。相应的全新紧固件的测得阻力被用作目标值或初始值。电阻的变化随着导线轨道和相应紧固段的变形幅度而变化。最终，紧固段的断裂或分离以及相应的导线轨道的断裂或分开导致导线轨道的导电性被中断，指示紧固遭到破坏。因此，在装置的例行检查中，可以测量导线轨道的测得电阻与初始目标值的偏差，并且当超过或低于某个阈值或数值时，可以重新调整或更换锚定装置，或者将锚定装置设置(钻孔和固定)在适当的附近位置。这样的传感器装置可以稳健且经济有效地制造，使得本发明为中空锚杆装置提供一种安全且节省成本的状态监测。
评估单元可拆卸地连接或固定到头部，以测量导体轨道的电阻。评估单元例如可以生成警告信号，该警告信号提供关于紧固件或装置的质量的信息。换言之，评估单元分析导体轨道的测得电阻，并将其与预定的电阻目标值进行比较。如果导体轨道的电阻变化达到预定阈值，则评估单元产生相应的警告信号。评估单元可以是设备本身的组成部分，也可以作为外部评估单元联接到头部，以读出或确定关于导体轨道电阻的数据并予以提供。
根据另一个示例性实施例，该装置是山体锚杆装置，并且安装体被设计为中空山体锚杆，使得物体，特别是管道，可以通过中空锚杆的支撑构件(安装部分)固定到支撑构件，特别是山体墙或挡土墙。此外，安装体可以被设计为稳定支撑构件(例如山体墙)的支撑锚杆。安装部分插入支撑构件的孔中，并通过压接或材料连接，例如通过砂浆或树脂固定。例如，要固定的物体，隧道衬砌或井壁，可以固定在山体锚杆上。头部区段可以从外部可见和/或通过信号技术隐藏和可读，从而可以通过评估单元评估沿着安装区段的导体轨道的电阻变化。
根据另一个示例性实施例，安装体被设计为支撑锚杆，使得安装部分被引入到支撑构件中，特别是山体墙或挡土墙中，用于稳定支撑构件。打入支撑锚杆或插入支撑锚杆，随后将其粘合或砂浆填充到山体墙或其他挡土墙中，可导致固化和保持。在作为空心锚杆系统的本支撑锚杆中，支撑锚杆是用于在钻孔过程中或之后钻孔、冲洗和注入的“一体式”工具，以及支撑构件(安装部分)本身。
利用本发明的支撑锚杆，现在例如可以检测经由传感器载体上的导体轨道传播到支撑锚杆的山体壁运动，从而在早期阶段检测出不稳定性。
根据另一个示例性实施例，锚杆(安装体)构造为中空杆状支撑构件(管)，如本领域中已知的，优选地由单独的管段组成，所述管段可以例如通过套筒或接头或挤压连接相互连接。单独的管状中空杆状支撑构件(安装体)可以附加地或替代地被设计为具有卡口锁的可锁定管塞连接。这种管塞连接通常包括具有插口的第一连接管、具有可插入到第一连接管的插口中的可插入部件的第二连接管、以及插口和两个连接管的插入部件之间的卡口连接。这种卡口连接包括至少一个环形槽部分和至少一个腹板部分，并且被设计成通过插口和插入部件的相互旋转而可闭合和可释放。卡口连接的所有环形槽部分的每一个在一侧上由插入开口限定，并且环形槽部分中的至少一个在另一侧上由端部止挡限定。腹板部分在其布置和尺寸上适于通过环形槽部分的插入开口插入，并且形成为在这些环形槽部分中滑动。此外，这种管塞连接可以更好地包括一个用于锁定闭合卡口连接的装置。每个区段或管段优选地包括一个传感器载体，其中优选地通过上述锁定轮廓或锁定连接形成区段的相应传感器载体与连接区段的传感器载体的联接，从而形成传感器载体之间的电连接。
根据另一个示例性实施例，管(空心杆)或管的至少一部分在其外壁上具有连续螺纹，最好为连续冷轧的圆形或梯形螺纹。
根据另一个示例性实施例，管(空心杆)，如其本身已知的，在一端具有钻孔装置，特别是具有用于冲洗介质的开口的钻孔冠部，冲洗介质可以通过管的内部供给。利用用于容纳传感器载体的管(空心杆)，可以产生钻孔(支撑构件或安装部分在安装过程中承担钻杆的功能)，而内部可以用于供应冲洗剂。
根据另一个示例性实施例，管(空心杆)在具有钻孔装置的管的端部的区域中具有一个单向阀，该单向阀可以在朝向钻孔加压时打开。以这种方式，例如，粘结材料可以通过空心杆的内部引入到钻孔中，而相反地，例如，加压水不能进入空心杆的内侧。
根据本发明的方法，用于确定机械载荷(特别是拉伸和/或压缩应力和/或物理载荷)的装置沿着基底(支撑构件，例如山体/隧道壁)中的钻孔放置，涉及首先在基底中钻出钻孔并支撑或固定安装体，特别是优选地在钻孔中或钻孔处涉及包含一个传感器载体的管(空心杆)，优选地通过引入粘结剂，例如粘合剂、速凝混凝土或结合料，优选地以力配合的方式支撑或紧固，之后管(空心杆)在一端通过支撑装置支撑在钻孔处，例如在带有螺母的管上的螺纹，或者优选地还有楔子，而基本上至少一个传感器载体被引入到位于钻孔中的至少一个安装体(管、空心杆)内的管中并与管连接。根据本发明的方法，还允许在引入传感器载体之前通过空心杆的内部将粘结剂引入钻孔中，从而不需要为此目的进行单独的工作步骤。
此外，根据本发明的方法优选地能够引入被设计为空心杆支撑构件的安装体，该安装体由能够相互连接的多个单独部分组成。
根据另一个示例性实施例，在将传感器载体插入空心杆的内部之前，最好用洗涤剂，特别是水-空气压力混合物，对空心杆进行清洁，实现传感器载体与空心杆内壁的更好连接，并且可以将各种粘结材料用于锚杆。
根据另一个示例性实施例，将另一种粘结材料，例如热固性塑料混合物，引入其中布置有至少一个传感器载体的管(空心杆)中。这使得能够将至少一个传感器载体特别简单且精确地定位在安装体中。
附图说明
为了进一步解释和更好地理解本发明，下面将结合附图更详细地描述示例性实施例，其中：
图1显示了具有凹槽的管状传感器载体；导电油墨的轨道(导体轨道)布置在凹槽中并且优选地设置有绝缘层；导体轨道引导到传感器载体的端部区段中的接触表面或接触区域中。
图2显示了与图1类似的传感器载体，另外具有布置在第二凹槽中的导电油墨的第二轨道(第二导体轨道)，并且优选地设置有绝缘层；第二导体轨道引入传感器载体的端部区段中的第二接触表面或第二接触区域。
图3显示了根据本发明的示例性实施例的用于将物体固定到支撑构件的装置的示意图，该装置作为山体锚杆固定在山体墙中。
图4显示了根据本发明的另一个示例性实施例的用于将物体固定到支撑构件的装置的示意图，该装置作为山体锚杆固定在山体墙中。
图5显示了根据本发明的另一个示例性实施例的用于将物体固定到支撑构件的装置的示意图，该装置作为山体锚杆固定在山体墙中。
具体实施方式
不同附图中相同或相似的部件用相同的参考数字标记。图中的插图是示意图。
图1显示了具有凹槽19的管状传感器载体16；导电油墨的轨道17(第一导体轨道17)布置在凹槽19中并且优选地设置有绝缘层；第一导体轨道17终止于传感器载体16的端部区段中的接触表面18或接触区域18。
图2显示了一个类似于图1的传感器载体16’，但还包括一个导电油墨的第二导体轨道17b(第二导体路径17b)，该导体轨道布置在第二凹槽19b中，最好设有一个绝缘层；第二导体轨道17b终止于传感器载体16’的端部中的第二接触表面18b或第二接触区域。
图3和图4分别以示意图的形式显示了根据本发明的示例性实施例用于将物体连接到支撑构件的相应装置，该装置作为岩石锚杆，固定在山体壁中。
图3中所示的岩石锚杆10被引入并固定在山体壁中作为支撑构件12。装置10特别加固或固定岩石表面或用网状物或喷射混凝土密封的岩石表面或隧道衬砌作为物体11。设备10具有一个用于确定变形的状态监测系统。装置10具有安装体13和容纳在安装体13中的传感器载体16，安装体13具有用于插入到支撑构件12中的安装部分14，传感器载体16具有导电的导体轨道(图3中未示出)，该导体轨道沿着轨道形路线施加在传感器载体16上，用于测量安装部分14上的机械应力，其中安装体13具有用于与评估单元20联接的头部15，其中传感器载体16和/或导体轨道被设计成使得其能够从头部15(优选地与评估单元20联接)供应电能，其中导体轨道的电阻可以指示安装体13在安装部分14中的变形情况。导电的导体轨道终止于传感器载体16的端部区段中的接触表面或接触区域18，其中接触表面或接触区域18最好包括导电弹性体。
安装体最好被设计为空心杆支撑构件，特别是被设计为一条管。
如图4所示，作为山体锚杆10’的装置被安装并固定在山体墙中作为支撑构件12。装置10’尤其加固或固定岩石表面或用网状物或喷射混凝土密封的岩石表面作为物体11。装置10’具有一个确定变形情况的状态监测系统。装置10’具有安装体13，该安装体13具有用于插入支撑构件12中的安装部分14’。与图3的山体锚杆10不同，在这种情况下，山体锚杆10’包括一个安装体13，该安装体被设计成一个中空杆支撑构件，由几个单独的、相互连接的安装体区段组成，形成了第一空心杆支撑件13a和第二空心杆支撑件13b，在这种情况下，相应的安装体部分13a、13b通过套筒21连接。为此，相应的区段13a、13b的端部区段更好地在外壁上具有相应的螺纹，最好为连续冷轧的圆形或梯形螺纹，从而可以通过套筒21连接或联接相应的区段13a、13b。
在这种情况下，每个区段13a、13b优选地有一个相应的传感器载体16a、16b，每个传感器载体16a、16b有一个导电的导体轨道(图4中未示出)，该导体轨道沿轨道状路线施加在相应的传感器载体16a、16b上，用于测量安装部分14’上的机械应力，其中，安装体13具有用于与评估单元20联接的头部15，在这种情况下，传感器载体16(在这种情况下，特别是传感器载体16b)和/或导体轨道被设计成使得其能够从头部15获得电能供应，并且能够优选地与评估单元20联接，其中导线的电阻可以指示安装体13在安装部分14’中的变形情况。
为此，相应的传感器载体16a、16b的导电导体轨道最好通向相应的传感器载体16a、16的相应端部区段中的相应接触表面或接触区域18’，其中接触表面或接触区域18’最好包括导电弹性体。
在本例中，相应区段13a、13b的连接导致(第一)区段13a的相应传感器载体16a与(第二)区段13b的传感器载体16b的联接，所述传感器载体经由套筒21连接，从而形成或生成传感器载体16a的导电导体轨道与连接区段13b的传感器载体16b的导电导体路径的电连接，优选地通过各自的接触表面或接触区域18、18’，每个接触表面或区域最好包括导电弹性体。
应当提及的是，各区段13a、13b的连接可替代地通过螺纹接头或压缩连接来实现。
根据上述图3和图4所示的应用，在本例中，紧固段12通过材料连接件(例如砂浆22)最好固定在支撑构件12的开口中。此外，装置10、10’可任选地具有紧固板23，该紧固板23优选地通过螺母24将物体11压靠在支撑构件12上，该螺母24将安装体13的突出部分从支撑构件12夹紧。
图5显示了一个被设计为空心杆支撑构件的安装体13，由几个单独的安装体区段组成：第一空心杆支撑件13a、第二空心杆支撑件13b和第三空心杆支撑件13c，在这种情况下，各个安装体区段13a、13b更好地通过套筒21连接。为此，各区段13a、13b的端部优选地在外壁上具有相应的螺纹，优选地为连续冷轧的圆形或梯形螺纹，从而能够经由套筒21连接或联接各区段13a、13b。此外，(第三)区段13c的一端通过螺纹接头连接到(第二)区段13b的一端。
在这种情况下，每个区段13a、13b优选地具有相应的传感器载体16a、16b和16c，并且每个相应的传感器载体16a、16b、16c具有至少一个相应的导电轨道(图4中未显示)，该导电轨道沿着网状路线施加在相应的传感器载体16a、16b和16c，用于测量紧固部分上的机械应力(图5中未显示)。安装体13有一个头部(图5中未显示)，用于连接到评估单元(图5未显示)上，在这种情况下，传感器载体16(在此情况下，特别是传感器载体16c)和/或导体轨道(在此情况中，特别是(第三)传感器载体16c的一个或多个导体轨道)被设计为使得其能够从头部获得电能供应和/或联接到评估单元，其中导体轨道的电阻可以指示安装体13在紧固区段中的变形情况。
为此，相应的传感器载体16a、16b、16c的导电导体轨道更好地通向相应的传感器载体16a、16b、16c相应端部中的相应接触表面或接触区域18、18’，其中接触表面或触点区域18最好包括导电弹性体。
在本例中，各区段13a、13b的连接将联接区段13a的相应传感器载体16a与区段13b的传感器载体16b，所述传感器载体经由套筒21连接，从而形成或生成传感器载体16a的导电导体轨道与连接区段13b的传感器载体16b的导电导体路径的电连接，优选地通过各自的接触表面或接触区域18、18’，每个接触表面或区域最好包括导电弹性体。
此外，在本例中，(第二)区段13b的相应传感器载体16b与(第三)区段13c的传感器载体16c经由螺纹接头连接的联接通过连接相应区段13b和13c来实现，使得传感器载体16b的导电导体轨道与连接区段13c的传感器载体16c的导电导体路径的电连接优选地通过相应的接触表面或接触区域18、18’形成或产生，该接触表面或区域最好包括导电弹性体。应注意的是，各区段13a、13b的连接可替代地通过螺纹接头或压缩连接来完成。
根据上述图3、图4和图5所示的应用，根据上述描述，特别是根据图1和图2，可以更好地使用相应的传感器载体，其中，传感器载体最好固定或将固定在安装体中，特别是以力配合的方式。此外，安装体或部分体，特别是管或空心杆，可以带有钻孔装置，特别是带有用于冲洗介质的开口的钻孔冠25，冲洗介质可以经由管的内部供应。以这种方式，可以使用管(空心杆)来钻孔，然后该管用于容纳传感器载体(支撑构件或安装部分在安装过程中承担钻杆的功能)，同时内部空间可以用于供应冲洗剂。
还应注意的是，“包括”不排除其他构件或步骤，“一个”不排除多个。此外，应当注意，参照上述实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应被视为具有限制性。

Claims (32)

1.用于将物体(11)附着到支撑构件(12)和/或稳定支撑构件(12)之装置(10；10’)的传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)，所述装置(10，10’)具有用于确定变形的状态监测系统和具有用于插入支撑构件(12)中的安装部分(14；14’)的安装体(13)，其中，所述安装体(13；13a，13b；13a、13b，13c)被设计成可以容纳所述传感器载体；并且所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)包括至少一个导电轨道(17；17a，17b)，该导电轨道(17；17a，17b)沿着通道状路径布置，用于测量所述安装部分(14；14’)上的机械应力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导电导体轨道通向传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的一个或每个端部中的接触表面或接触区域(18；18a，18b)。
3.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)被设计为挤出塑料型材。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)优选地具有大致圆形的管状轮廓。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)包括至少一个凹槽(19；19a，19b)，所述凹槽优选地在所述传感器载体(16；16'；16a、16b、16c)的纵向外壁上。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述导电的导体轨道设置在凹槽(19；19a，19b)中，优选地设置在所述凹槽的侧壁上或凹槽的底表面上，并通向所述凹槽和/或传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的一个或每个端部中的接触表面或接触区域(18；18a，18b)。
7.根据权利要求2或6所述的装置，其特征在于，所述接触表面或每个接触区域(18；18a，18b)包括一个导电弹性体。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述导电弹性体被设计为连续的导电弹性体，特别是具有导电填料的均质混合物。
9.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)和/或所述至少一个凹槽(19；19a，19b)具有不同设计的锁定轮廓。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在凹槽的端部和/或在传感器载体(16；16’)的两个端部中的一个端部上的锁定轮廓具有至少一个锁定凸起，所述锁定凸起形成为横向于所述凹槽和/或所述传感器载体(16；16')的纵向方向凸起，并且在凹槽的另一端部和/或在传感器载体(16；16’)的另一端具有至少一个锁定凹部，该锁定凹部横向于凹槽的纵向方向凹入，其中锁定凹部和锁定凸起彼此形状配合，特别是彼此互补，从而当传感器载体(16；16’)与另一个这样的传感器载体(16,16’)联接时，锁定凸起可以下降到锁定凹部中并且可以接合在其中。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述锁定轮廓包括多个锁定凹槽，所述多个锁定凹陷在凹槽(19；19a，19b)和/或传感器载体(16；16’)的纵向方向上连续地和/或彼此间隔开地布置，使得当将传感器载体(16；16’)与另一个这样的传感器载体(16,16’)联接时，至少一个锁定凸起能够选择性地卡入多个锁定凹槽中的一个。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当从凹槽和/或传感器载体的纵向方向观察时，锁定轮廓，特别是上述锁定凸起和凹槽形式的锁定轮廓，形成有底切，其中，在所述凹槽(19；19a，19b)和/或所述传感器载体的所述一个端部和另一端部处的所述底切彼此形状配合，使得每一对接合的底切横向于所述凹槽(19；19a，19b)的纵向方向彼此互锁。
13.根据前述权利要求5至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)至少具有一个第一凹槽(19)或者一个第一凹槽(19a)和一个第二凹槽(19b)，它们优选地布置在传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的纵向延伸的外壁上并且彼此间隔开，优选地径向相对。
14.根据前述权利要求5至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个或每个凹槽(19；19a，19b)平行于所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的纵向轴线或根据所述传感器载体(16；16'；16a，16b，16c)上的螺旋线布置和/或形成。
15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述导体轨道(17；17a，17b)由导电油墨和/或导电材料和/或密集排列的导电颗粒组成，和/或包括嵌入导电颗粒的载体材料。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述导体轨道(17；17a，17b)固定到所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)，使得所述导体轨道跟随设置有传感器载体(16；16’；16a、16b、16c)的安装体(13)的相应变形和/或移动。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述导体轨道的轨道状路线至少部分弯曲。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述导电轨道的轨道状路径的至少两个轨道区段具有彼此不同的轨道宽度，或者所述导电轨道在所述安装部分(14；14’)的某些位置处具有一个或多个收缩部和/或渐缩部。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的表面和导体轨道(17；17a，17b)之间设置有电绝缘层，特别是聚合物基底，尤其是热塑性薄膜和/或弹性体薄膜。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述导体轨道(17；17a，17b)采用弹性设计，并且以拉伸和预张紧的状态施加到所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)上。
21.根据前述权利要求5至20中任一项所述的装置，其特征在于，所述或每个具有导体轨道的凹槽(19；19a，19b)填充有密封材料，其中，所述密封材料特别包括硅酮、聚氨酯和/或丙烯酸树脂。
22.将物体(11)附着到支撑构件(12)和/或稳定支撑构件(12)的装置(10；10')，所述装置(10；10')包括一个确定变形的状态监测系统，根据权利要求1至21中的其中一项，所述装置(10；10')包括一个具有插入支撑构件(12)中的安装部分(14，14')的安装体(13)，一个容纳在包含一条导体轨道(17；17a，17b)的安装体(13)中的传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)，该导体轨道(17；17a、17b)沿着带状路径在传感器载体上布置，用于测量安装部分(14；14’)上的机械应力，其中所述安装体(13)具有用于联接到评估单元(20)的头部(15)；并且所述传感器载体和/或所述导体轨道(17；17a，17b)被设计为使得其能够从优选地与所述评估单元(20)联接的所述头部(15)获得电能供应，其中所述导体轨道(17；17a，17b)的电阻可指示所述安装部分(14；14’)中的所述安装体(13)的变形情况。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述安装体(13)被设计为空心杆支撑件。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其特征在于，所述安装体(13)或所述空心杆支撑件由相互连接的多个单独区段(13a，13b；13a，13b，13c)组成。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述各区段(13a，13b)通过相应的套筒(21)或螺纹接头连接，其中，在一个部分的相应端部的外壁或内壁上存在相应的螺纹，最好为连续冷轧的圆形或梯形螺纹，或者各个区段(13a、13b)经由压缩连接而连接。
26.根据权利要求24或25所述的装置，其特征在于，优选地，每个区段(13a，13b)包括相应的传感器载体(16a，16b)以及一个区段(13a)的相应传感器载体(16a)与连接区段(13b)的传感器载体(16)相联接，从而形成或产生所述一个传感器载体(16a)的导电导体轨道与所述连接区段(13b)的传感器载体(16)的导电导体轨道的电连接。
27.一种生产用于将物体(11)安装到支撑构件(12)上和/或用于稳定支撑构件(12)的装置(10；10')的方法，该方法包括：提供了一个具有插入支撑构件(12)之安装部分(14；14’)的安装体(13)；提供了一个传感器载体(16；16'；16a，16b，16c)，所述安装体(13)旨在并被设计成容纳所述传感器载体；在所述传感器载体上沿着轨道形状的路线提供了一条导电导体轨道(17；17a，17b)，用于测量所述安装部分(14；14’)上的机械应力，其中所述安装体(13)具有联接到评估单元(20)的头部区段(15)，并且其中所述传感器载体被设计为使得所述导体轨道(17；17a，17b)能够从所述头部区段(15)获得电能供应，并优选地与所述评估单元(20)联接，并且其中导体轨道的电阻可以指示所述安装体(13)在所述安装区段(14；14’)中的变形情况。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述导电导体轨道(17；17a，17b)通向所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)的一个或每个端部中的接触表面或接触区域(18；18a，18b)。
29.一种沿着基底(12)(优选地是支撑构件，特别是山体/隧道壁)中的钻孔放置一个装置用于确定机械载荷(特别是拉伸和/或压缩应力，和/或物理载荷)的方法，该方法包括：
在所述基底(12)中形成一个钻孔；
将至少一个安装体(13)引入所述钻孔中/上；
将粘结化合物，特别是粘合剂、速凝混凝土或粘结料引入钻孔中，用于固定安装体(13)；
借助于一个支撑装置，特别是借助于从所述安装体(13)伸出所述钻孔的螺纹杆(24)，利用螺母(24)，优选地利用一个额外的楔子或板材(23)，将所述安装体(13)在所述钻孔一端支撑在所述基底(12)上，其特征在于：
在位于钻孔中的至少一个安装体(13)的内部容纳至少一个根据权利要求1至21中任一项所述的传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于引入安装体(13)，所述安装体被设计为空心杆支撑件，所述空心杆支撑件由多个单独的可连接区段(13a，13b；13a，13b，13c)组成。
31.根据权利要求29或30所述的方法，其特征在于，在将所述传感器载体(16；16’；16a，16b，16c)引入所述安装体(13)的内部之前，用洗涤剂，特别是水-空气压力混合物清洁所述安装体(13；13a，13b；13a、13b，13c)。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其特征在于，将另一种粘结材料，优选热固性塑料混合物，引入布置有至少一个传感器载体(16；16’；16a、16b、16c)的安装体(13；13a，13b；13a、13b、13c)中。
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