(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210865960.9 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 赵同彬　王志奇　谭彦　陈玏昕　 郭伟耀　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 张凯 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/20(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变 形测量系统及方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于电缆传感技术的室 内岩石力学试验变形测量系统及方法， 涉及岩石 力学试验技术领域。 该系统包括应变传感器、 煤 岩试样、 监测装置和计算机， 应变传感器包括同 轴电缆、 接头压合器和公头连接器， 同轴电缆上 布置接头压合器； 应变传感器根据煤岩试样和待 测参数确定装配组合方式， 监测装置包括矢量网 络分析仪和终端负载， 计算机对采集数据进行处 理和记录， 记录反射点对应的特征波谷的频率 值， 通过数据转换计算反射点之间的应变值， 进 而确定位移参数。 该方法可以监测煤岩试样变形 破坏过程中试样表面、 内部及裂隙附近的应变及 变形， 具有可弯曲、 抗干 扰、 量程大等优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115266344 A 2022.11.01 CN 115266344 A 1.一种基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变形测量系统， 其特征在于， 包括应变 传感器、 煤岩试样、 监测装置和计算机， 所述应变传感器包括同轴电缆、 接头压合器和公头 连接器， 同轴电缆上布置有多个接头压合器， 同轴电缆两端设置公头连接器； 所述应变传感 器根据煤岩试样和待测参数装配组合方式； 所述监测装置包括矢量网络分析仪和终端负 载， 终端负载接入应变传感器的一端， 矢量网络分析仪接入应变传感器的另一端； 计算机对 采集数据进行处理和记录， 记录反射点对应的特征波谷的频率值， 通过数据转换计算反射 点之间的应 变值。 2.根据权利要求1所述的一种基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变形测量系统， 其特征在于， 煤岩试样包括单轴压缩煤岩试样、 三点弯曲试验煤岩试样和相似材料模型试 样。 3.根据权利要求2所述的一种基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变形测量系统， 其特征在于， 所述单轴压缩煤岩试样呈圆柱形， 应变传感器黏贴在煤岩试样上并按照设置 的包角螺 旋缠绕。 4.根据权利要求2所述的一种基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变形测量系统， 其特征在于， 所述三点弯曲试验煤岩试样呈长方体， 应变传感器黏贴在煤岩试样中部， 所述 应变传感器施加预紧力。 5.根据权利要求2所述的一种基于电缆传感技术的室内岩石力学试验变形测量系统， 其特征在于， 所述应变传感器埋设在相似材料模型试样 中， 应变传感器与相似材料模型试 样变形相耦合。 6.一种基于电缆传感技术的单轴压缩试验方法， 利用权利要求1至3任一项所述的一种 基于电缆传感技 术的室内岩石力学 试验变形测量系统， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.加工煤岩试样， 制作应 变传感器； S2.通过应 变传感器的公头连接器与矢量网络分析仪、 终端负载相连； S3.应变传感器螺旋缠绕布置在煤岩试样上， 通过环氧树脂黏贴并施加预紧力， 应变传 感器初始状态保持0.0 5％‑0.1％的正应 变； S4.通过试验机施加轴向载荷， 同时利用矢量网络分析仪和计算机分析监测数据并确 定同轴电缆的应 变值； S5.计算煤岩试样发生轴向变形， 包角为θ 时， 存在关系式： 其中， εf是电缆上的应 变， εa是煤岩试样的轴向应 变， v是煤岩试样的泊松比。 7.一种基于电缆传感技术的三点弯曲试验方法， 利用权利要求1、 2、 4任一项所述的一 种基于电缆传感技 术的室内岩石力学 试验变形测量系统， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.加工煤岩试样， 制作应 变传感器； S2.通过应 变传感器的公头连接器与矢量网络分析仪、 终端负载相连； S3.将应变传感器固定煤岩试样上， 并施加预紧力， 应变传感器初始状态保持0.05％ ‑ 0.1％的正应 变， 调整加载装置跨距， 调整岩石试件位于加载装置的中心位置； S4.通过试验机施加线性载荷， 直至试件完全断裂停止加载， 同时利用矢量网络分析仪 和计算机分析监测数据并确定同轴电缆的应 变值；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115266344 A 2S5.通过频移以及 反射点初始间距， 计算确定应变值及位移值， 推算预制裂隙的岩石试 件裂隙宽度扩展值。 8.根据权利要求7所述的一种基于电缆传感技术的三点弯曲试验方法， 其特征在于， 所 述线性载荷的加载速率小于等于 0.03mm/min， 所述频移与应 变呈正比。 9.一种基于电缆传感技术的相似材料模拟试验方法， 利用权利要求1、 2、 5任一项所述 的一种基于电缆传感技 术的室内岩石力学 试验变形测量系统， 其特 征在于， 步骤 包括： S1.制作应 变传感器； S2.通过应 变传感器的公头连接器与矢量网络分析仪、 终端负载相连； S3.将应变传感器以相似材料的骨料包裹， 并施加预紧力， 应变传感器初始状态保持 0.05％‑0.1％的正应 变， 相似材 料模型试样与应 变传感器耦合， 静置试验 模型至稳定状态； S4.对相似材料模型试样进行模拟加载， 同时利用矢量网络分析仪和计算机分析监测 数据并确定同轴电缆的应 变值； S5.过频移及反射点初始间距， 计算确定应变值及位移值， 推算相似材料物理模型的应 变及位移场分布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115266344 A 3