专利名称：矿用钻孔微位移测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用井下的位移测量装置，尤其是一种用于测量煤矿工作面前方微位移的测量装置。
背景技术：
在井工开采的矿井中，采场周围岩体的运动及围岩中高应力区域的存在是导致煤矿发生顶板垮落、冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的根本致因。因此，准确地监测采场围岩(主要是煤体)中应力(支承压力)的分布规律，预报高应力集中区域的位置是预防和控制煤矿重大动力灾害的前提。矿山压力理论研究成果表明采动后围岩(煤体)中支承压力势必导致顶底板的移近和煤体的压缩，通过监测顶底板的移近量和移近速度(煤体的压缩量和压缩速度)可以推断煤体中支承压力的高峰位置。矿用微位移测量仪主要利用上述原理，在工作面前方煤体中布置钻孔，测量钻孔中煤体的压缩量和压缩速度，对煤体中的支承压力分布变化规律特别是压力高峰的位置进行推断和预测，为煤矿动力灾害预防控制提供基础数据，是煤矿矿压观测必选仪器之一。目前国内外尚没有对工作面前方煤体的微位移进行测量的仪器，一直采用在巷道中预置机械百分表来测量顶底板的位移量，由于综合机械化采煤，巷道中已经不能布置这些测量点，急需采用新的测量方法和仪器，适应新型采煤工艺的需要。
实用新型内容本实用新型的任务在于解决现有技术中用于测量煤矿工作面前方微位移的测量手段存在的技术缺陷，提供一种矿用钻孔微位移测量仪。其技术解决方案是一种矿用钻孔微位移测量仪，包括外壳、安装本体、电路板和微位移测量部；上述外壳安装在安装本体的一端，微位移测量部和电路板位于外壳内，微位移测量部与电路板之间通过通信线路和电源线路连接。上述电路板固定联接在安装本体上，其设置有用于与外部联系的电源线路和信号线路；电路板包括单片机处理电路、模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路，单片机处理电路分别与模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路连接。上述微位移测量部包括平衡梁传感器和用于测量位移的弹性体，平衡梁传感器通过传感器固定块固定联接在安装本体上，弹性体的一端固定在平衡梁传感器上，另一端伸出外壳，平衡梁传感器设置有应力应变芯片，应力应变芯片与电路板电连接。上述单片机处理电路采用MSP430F149单片机，A/D转换电路采用ADS 1231转换芯片，电源电路包括电压基准电路和稳压电路，电压基准电路采用MAX6133芯片，稳压电路采用BL8503芯片。上述外壳是由不锈钢制成的。[0013]本实用新型具有以下有益技术效果1、本测量仪安装在煤体钻孔中，不受综采工作面设备移动及行人的影响。2、本测量仪中的平衡梁传感器上安装有弹性体，在煤体受到外力作用变形时，作用到弹性体，同时将剪力传递到平衡梁传感器，根据应力应变原理，经过电路处理，单片机可计算出平衡梁传感器上所受的力，其大小与弹性体的变形量成正比，最后换算成位移量。3、本测量仪利用平衡梁传感器上安装有一个弹性体的特殊设计，实现将变形量向力的转换，从而达到无滑动部件实现了位移的测量。4、本测量仪中的电路板可包括24位A/D转换芯片、16位低功耗MCU芯片、时钟芯片、大容量存储器芯片、RS485芯片，能够实现高精度的数据采集、计算、存储、及其通过RS485通信与其他设备实现数据交换。5、可进行远程传输。配套的地面数据处理软件接收采集到的微位移数据，以列表、曲线图、报表等方式显示并分析处理。6、本测量仪采用不锈钢外壳，结实耐用，在安装过程中，不会因为恶劣的安装、使用环境而被损坏。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作更进一步说明
图1为本实用新型一种实施方式的外形图。图2为图1的A-A剖示结构示意图。图中1.平衡梁传感器，2.传感器固定块，3.安装本体，4.弹性体，5.螺柱，6.电路板，7.外壳，8.防尘橡胶圈，9.电缆锁头固定块，10.电缆锁头，11.水平段，12.倾斜段，13.转折段。
具体实施方式
参看图1与图2，一种矿用钻孔微位移测量仪，包括外壳7、安装本体3、电路板6和微位移测量部。上述外壳优选不锈钢制成，其安装在安装本体的一端，微位移测量部和电路板位于外壳内，微位移测量部与电路板之间通过通信线路和电源线路连接。上述电路板通过螺柱5固定联接在安装本体上，其设置有用于与外部联系的电源线路和信号线路。电路板包括单片机处理电路、模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路，单片机处理电路分别与模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路连接。上述微位移测量部包括平衡梁传感器I和用于测量位移的弹性体4，平衡梁传感器通过传感器固定块固定联接在安装本体上。上述传感器固定块为平衡梁传感器提供便利的安装位置，并起到减震作用，避免震动对测量结果产生干扰和影响。上述弹性体的一端固定在平衡梁传感器上，另一端伸出外壳，平衡梁传感器设置有应力应变芯片，应力应变芯片与电路板电连接。上述弹性体为硬质长条状金属片，如钢片或合金片等，其伸出外壳的位置在需要时可以设置防尘橡胶圈，弹性体可分为三段，即水平段、倾斜段和转折段，水平段位于外壳内，固定连接平衡梁传感器，倾斜段伸出外壳，其与水平段具有一定的夹角，夹角范围在15° 30°，优选25°，转折段位于倾斜段的末端，其与倾斜段的夹角范围在90° 115°，优选100°，上述三段的设置和其之间的夹角使弹性体的刚度得以加强，更适用于井下使用，且这种设置方式增加了弹性体弹性变形的范围，从而增加了测量仪的测量范围。上述单片机处理电路采用MSP430F149单片机，A/D转换电路采用ADS 1231转换芯片，电源电路包括电压基准电路和稳压电路，电压基准电路采用MAX6133芯片，稳压电路采用BL8503芯片。还可包括时钟芯片、大容量存储器芯片、RS485芯片等等。本实用新型以单片机作为处理核心，采用RS485进行组建通讯网络。RS485协议是一主多从结构，通信只能由主节点中的主任务发起，一个完整的报文帧的传输是由主任务和从任务共同实现的，主任务发送“报头”，从任务发送或接收“响应”。RS485体系结构中包括主节点最多可达有200个以上节点，本实用新型将会有很大的可扩展性。主机任务位于主机节点内，负责报文的调度与报头的发送，从机任务位于从机节点与主机节点内内，负责发送、接收响应。而报头与响应共同组成了报文帧。信号是“响应”的组成要素，信号的定义取决于系统的运行特点和控制对象的特性，在本矿用微位移测量仪RS485网内，需要采集的数据有煤体受压变形的位移量以及一定时间内位移变化的速度。上述电路板中，模拟信号检测电路中引出的模拟弱信号UV级)传给后面电路板，过ADS1231芯片内含的放大电路，再经过其内部的24位A/D转换，得到实时变形数据。经过程序计算得出变形量，并通过RS485送至主机。电压调节器LM7809产生9V电压，经过SPXl117-3. 3产生3. 3V电压供给单片机及其外部电路工作。MAX6133接入9V电压后转换成高精度的5V电压，供给ADS1231作为A/D转换的基准电压使用。通讯电路中，RS485芯片采用SPX3485，使用MCU的UART进行RS485通讯的收发。单片机处理电路中，单片机采用MSP430F149单片机，晶振为8MHz。上述电缆锁头安装在电缆锁头固定块上；电缆锁头固定块安装在安装本体。本实用新型中的弹性体在受到外力作用时可产生相应形变，同时将所受剪力传递到平衡梁传感器，根据应力应变原理，经过电路处理可计算出平衡梁传感器上所受的力，其大小与弹性体的变形量成正比。电路板经过转换得到变化值，并计算出位移变化量。安装时，在煤体或岩石上打出预定大小和长度的孔，将一个或多个本实用新型依次安装于钻孔中预定位置，对钻孔内所有测量仪采集到的数据进行分析处理。钻孔内的所有测量仪并联连接，各测量仪单独工作，互不干扰。在钻孔一处或多处受到外力而产生变形时，钻孔内一个或多个测量仪的弹性体首先受到挤压，进而迫使与之对应的平衡梁传感器上发生形变，此时，电路板A/D转换�？榻邮招藕牛⒍云浣凶患扑愦恚贸鑫灰票浠浚⒔萃ü缋孪叽渲恋孛娴闹骰骰涮兹砑幸酝急淼雀髦址绞较允痉治鏊馐�。程序流程为主程序流程(I) IO 口初始化；时钟初始化；波特率初始化为1200bps，并打开定时器；( 2 )采集位移数据更改帧缓冲器数据，进入下一步(3 )。(3)是否有上位机要求的数据回复？是则进入下一步，否则返回(2);(4)启动发送流程，返回(2)。定时中断程序(I)定时时间到；( 2 )进行数据的存储操作；[0040](3)退出中断。本实用新型凡具有明显特征功能和作用的装置、机构、部件或技术，在不影响系统正常运行与效果的前提下，既可以增添或减少，也可以互为替用和相互组合，不受上述实施例缺述、附图缺画或所示的具体形状结构的限制。本实用新型的保护不受上述实施例的限制，凡在本实用新型基础上所做的任何技术改进方案，均在其保护范围之内。
权利要求1.一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于包括外壳、安装本体、电路板和微位移测量部；上述外壳安装在安装本体的一端，微位移测量部和电路板位于外壳内，微位移测量部与电路板之间通过通信线路和电源线路连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于上述电路板固定联接在安装本体上，其设置有用于与外部联系的电源线路和信号线路；电路板包括单片机处理电路、模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路，单片机处理电路分别与模拟信号检测电路、A/D转换电路和电源电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于上述微位移测量部包括平衡梁传感器和用于测量位移的弹性体，平衡梁传感器通过传感器固定块固定联接在安装本体上，弹性体的一端固定在平衡梁传感器上，另一端伸出外壳，平衡梁传感器设置有应力应变芯片，应力应变芯片与电路板电连接。
4.根据权利要求2所述的一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于上述单片机处理电路采用MSP430F149单片机，A/D转换电路采用ADS1231转换芯片，电源电路包括电压基准电路和稳压电路，电压基准电路采用MAX6133芯片，稳压电路采用BL8503芯片。
5.根据权利要求1所述的一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于上述外壳是由不锈钢制成的。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用钻孔微位移测量仪，特征是包括外壳、安装本体、电路板和微位移测量部；外壳安装在安装本体的一端，微位移测量部和电路板位于外壳内，微位移测量部与电路板之间通过通信线路和电源线路连接。上述微位移测量部包括平衡梁传感器和用于测量位移的弹性体，弹性体的一端固定在平衡梁传感器上，另一端伸出外壳，平衡梁传感器设置有应力应变芯片，应力应变芯片与电路板电连接。本实用新型在煤体受到外力作用变形时，作用到弹性体，同时将剪力传递到平衡梁传感器，根据应力应变原理，经过电路处理，单片机可计算出平衡梁传感器上所受的力，其大小与弹性体的变形量成正比，最后换算成位移量。
文档编号G01B21/02GK202903161SQ20122051903
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者石永奎, 任义, 郝建, 毕建国, 隗峰, 齐敏华 申请人:山东科技大学
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