專利名稱：礦用鉆孔微位移測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦用井下的位移測量裝置，尤其是一種用于測量煤礦工作面前方微位移的測量裝置。
背景技術：
在井工開采的礦井中，采場周圍巖體的運動及圍巖中高應力區域的存在是導致煤礦發生頂板垮落、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災害的根本致因。因此，準確地監測采場圍巖(主要是煤體)中應力(支承壓力)的分布規律，預報高應力集中區域的位置是預防和控制煤礦重大動力災害的前提。礦山壓力理論研究成果表明采動后圍巖(煤體)中支承壓力勢必導致頂底板的移近和煤體的壓縮，通過監測頂底板的移近量和移近速度(煤體的壓縮量和壓縮速度)可以推斷煤體中支承壓力的高峰位置。礦用微位移測量儀主要利用上述原理，在工作面前方煤體中布置鉆孔，測量鉆孔中煤體的壓縮量和壓縮速度，對煤體中的支承壓力分布變化規律特別是壓力高峰的位置進行推斷和預測，為煤礦動力災害預防控制提供基礎數據，是煤礦礦壓觀測必選儀器之一。目前國內外尚沒有對工作面前方煤體的微位移進行測量的儀器，一直采用在巷道中預置機械百分表來測量頂底板的位移量，由于綜合機械化采煤，巷道中已經不能布置這些測量點，急需采用新的測量方法和儀器，適應新型采煤工藝的需要。
實用新型內容本實用新型的任務在于解決現有技術中用于測量煤礦工作面前方微位移的測量手段存在的技術缺陷，提供一種礦用鉆孔微位移測量儀。其技術解決方案是一種礦用鉆孔微位移測量儀，包括外殼、安裝本體、電路板和微位移測量部；上述外殼安裝在安裝本體的一端，微位移測量部和電路板位于外殼內，微位移測量部與電路板之間通過通信線路和電源線路連接。上述電路板固定聯接在安裝本體上，其設置有用于與外部聯系的電源線路和信號線路；電路板包括單片機處理電路、模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路，單片機處理電路分別與模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路連接。上述微位移測量部包括平衡梁傳感器和用于測量位移的彈性體，平衡梁傳感器通過傳感器固定塊固定聯接在安裝本體上，彈性體的一端固定在平衡梁傳感器上，另一端伸出外殼，平衡梁傳感器設置有應力應變芯片，應力應變芯片與電路板電連接。上述單片機處理電路采用MSP430F149單片機，A/D轉換電路采用ADS 1231轉換芯片，電源電路包括電壓基準電路和穩壓電路，電壓基準電路采用MAX6133芯片，穩壓電路采用BL8503芯片。上述外殼是由不銹鋼制成的。[0013]本實用新型具有以下有益技術效果1、本測量儀安裝在煤體鉆孔中，不受綜采工作面設備移動及行人的影響。2、本測量儀中的平衡梁傳感器上安裝有彈性體，在煤體受到外力作用變形時，作用到彈性體，同時將剪力傳遞到平衡梁傳感器，根據應力應變原理，經過電路處理，單片機可計算出平衡梁傳感器上所受的力，其大小與彈性體的變形量成正比，最后換算成位移量。3、本測量儀利用平衡梁傳感器上安裝有一個彈性體的特殊設計，實現將變形量向力的轉換，從而達到無滑動部件實現了位移的測量。4、本測量儀中的電路板可包括24位A/D轉換芯片、16位低功耗MCU芯片、時鐘芯片、大容量存儲器芯片、RS485芯片，能夠實現高精度的數據采集、計算、存儲、及其通過RS485通信與其他設備實現數據交換。5、可進行遠程傳輸。配套的地面數據處理軟件接收采集到的微位移數據，以列表、曲線圖、報表等方式顯示并分析處理。6、本測量儀采用不銹鋼外殼，結實耐用，在安裝過程中，不會因為惡劣的安裝、使用環境而被損壞。
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作更進一步說明
圖1為本實用新型一種實施方式的外形圖。圖2為圖1的A-A剖示結構示意圖。圖中1.平衡梁傳感器，2.傳感器固定塊，3.安裝本體，4.彈性體，5.螺柱，6.電路板，7.外殼，8.防塵橡膠圈，9.電纜鎖頭固定塊，10.電纜鎖頭，11.水平段，12.傾斜段，13.轉折段。
具體實施方式
參看圖1與圖2，一種礦用鉆孔微位移測量儀，包括外殼7、安裝本體3、電路板6和微位移測量部。上述外殼優選不銹鋼制成，其安裝在安裝本體的一端，微位移測量部和電路板位于外殼內，微位移測量部與電路板之間通過通信線路和電源線路連接。上述電路板通過螺柱5固定聯接在安裝本體上，其設置有用于與外部聯系的電源線路和信號線路。電路板包括單片機處理電路、模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路，單片機處理電路分別與模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路連接。上述微位移測量部包括平衡梁傳感器I和用于測量位移的彈性體4，平衡梁傳感器通過傳感器固定塊固定聯接在安裝本體上。上述傳感器固定塊為平衡梁傳感器提供便利的安裝位置，并起到減震作用，避免震動對測量結果產生干擾和影響。上述彈性體的一端固定在平衡梁傳感器上，另一端伸出外殼，平衡梁傳感器設置有應力應變芯片，應力應變芯片與電路板電連接。上述彈性體為硬質長條狀金屬片，如鋼片或合金片等，其伸出外殼的位置在需要時可以設置防塵橡膠圈，彈性體可分為三段，即水平段、傾斜段和轉折段，水平段位于外殼內，固定連接平衡梁傳感器，傾斜段伸出外殼，其與水平段具有一定的夾角，夾角范圍在15° 30°，優選25°，轉折段位于傾斜段的末端，其與傾斜段的夾角范圍在90° 115°，優選100°，上述三段的設置和其之間的夾角使彈性體的剛度得以加強，更適用于井下使用，且這種設置方式增加了彈性體彈性變形的范圍，從而增加了測量儀的測量范圍。上述單片機處理電路采用MSP430F149單片機，A/D轉換電路采用ADS 1231轉換芯片，電源電路包括電壓基準電路和穩壓電路，電壓基準電路采用MAX6133芯片，穩壓電路采用BL8503芯片。還可包括時鐘芯片、大容量存儲器芯片、RS485芯片等等。本實用新型以單片機作為處理核心，采用RS485進行組建通訊網絡。RS485協議是一主多從結構，通信只能由主節點中的主任務發起，一個完整的報文幀的傳輸是由主任務和從任務共同實現的，主任務發送“報頭”，從任務發送或接收“響應”。RS485體系結構中包括主節點最多可達有200個以上節點，本實用新型將會有很大的可擴展性。主機任務位于主機節點內，負責報文的調度與報頭的發送，從機任務位于從機節點與主機節點內內，負責發送、接收響應。而報頭與響應共同組成了報文幀。信號是“響應”的組成要素，信號的定義取決于系統的運行特點和控制對象的特性，在本礦用微位移測量儀RS485網內，需要采集的數據有煤體受壓變形的位移量以及一定時間內位移變化的速度。上述電路板中，模擬信號檢測電路中引出的模擬弱信號UV級)傳給后面電路板，過ADS1231芯片內含的放大電路，再經過其內部的24位A/D轉換，得到實時變形數據。經過程序計算得出變形量，并通過RS485送至主機。電壓調節器LM7809產生9V電壓，經過SPXl117-3. 3產生3. 3V電壓供給單片機及其外部電路工作。MAX6133接入9V電壓后轉換成高精度的5V電壓，供給ADS1231作為A/D轉換的基準電壓使用。通訊電路中，RS485芯片采用SPX3485，使用MCU的UART進行RS485通訊的收發。單片機處理電路中，單片機采用MSP430F149單片機，晶振為8MHz。上述電纜鎖頭安裝在電纜鎖頭固定塊上；電纜鎖頭固定塊安裝在安裝本體。本實用新型中的彈性體在受到外力作用時可產生相應形變，同時將所受剪力傳遞到平衡梁傳感器，根據應力應變原理，經過電路處理可計算出平衡梁傳感器上所受的力，其大小與彈性體的變形量成正比。電路板經過轉換得到變化值，并計算出位移變化量。安裝時，在煤體或巖石上打出預定大小和長度的孔，將一個或多個本實用新型依次安裝于鉆孔中預定位置，對鉆孔內所有測量儀采集到的數據進行分析處理。鉆孔內的所有測量儀并聯連接，各測量儀單獨工作，互不干擾。在鉆孔一處或多處受到外力而產生變形時，鉆孔內一個或多個測量儀的彈性體首先受到擠壓，進而迫使與之對應的平衡梁傳感器上發生形變，此時，電路板A/D轉換模塊接收信號，并對其進行轉換計算處理，得出位移變化量，并將數據通過電纜線傳輸至地面的主機，主機配套軟件中以圖表等各種方式顯示分析所測數據。程序流程為主程序流程(I) IO 口初始化；時鐘初始化；波特率初始化為1200bps，并打開定時器；( 2 )采集位移數據更改幀緩沖器數據，進入下一步(3 )。(3)是否有上位機要求的數據回復？是則進入下一步，否則返回(2);(4)啟動發送流程，返回(2)。定時中斷程序(I)定時時間到；( 2 )進行數據的存儲操作；[0040](3)退出中斷。本實用新型凡具有明顯特征功能和作用的裝置、機構、部件或技術，在不影響系統正常運行與效果的前提下，既可以增添或減少，也可以互為替用和相互組合，不受上述實施例缺述、附圖缺畫或所示的具體形狀結構的限制。本實用新型的保護不受上述實施例的限制，凡在本實用新型基礎上所做的任何技術改進方案，均在其保護范圍之內。
權利要求1.一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于包括外殼、安裝本體、電路板和微位移測量部；上述外殼安裝在安裝本體的一端，微位移測量部和電路板位于外殼內，微位移測量部與電路板之間通過通信線路和電源線路連接。
2.根據權利要求1所述的一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于上述電路板固定聯接在安裝本體上，其設置有用于與外部聯系的電源線路和信號線路；電路板包括單片機處理電路、模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路，單片機處理電路分別與模擬信號檢測電路、A/D轉換電路和電源電路連接。
3.根據權利要求1所述的一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于上述微位移測量部包括平衡梁傳感器和用于測量位移的彈性體，平衡梁傳感器通過傳感器固定塊固定聯接在安裝本體上，彈性體的一端固定在平衡梁傳感器上，另一端伸出外殼，平衡梁傳感器設置有應力應變芯片，應力應變芯片與電路板電連接。
4.根據權利要求2所述的一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于上述單片機處理電路采用MSP430F149單片機，A/D轉換電路采用ADS1231轉換芯片，電源電路包括電壓基準電路和穩壓電路，電壓基準電路采用MAX6133芯片，穩壓電路采用BL8503芯片。
5.根據權利要求1所述的一種礦用鉆孔微位移測量儀，其特征在于上述外殼是由不銹鋼制成的。
專利摘要本實用新型公開了一種礦用鉆孔微位移測量儀，特征是包括外殼、安裝本體、電路板和微位移測量部；外殼安裝在安裝本體的一端，微位移測量部和電路板位于外殼內，微位移測量部與電路板之間通過通信線路和電源線路連接。上述微位移測量部包括平衡梁傳感器和用于測量位移的彈性體，彈性體的一端固定在平衡梁傳感器上，另一端伸出外殼，平衡梁傳感器設置有應力應變芯片，應力應變芯片與電路板電連接。本實用新型在煤體受到外力作用變形時，作用到彈性體，同時將剪力傳遞到平衡梁傳感器，根據應力應變原理，經過電路處理，單片機可計算出平衡梁傳感器上所受的力，其大小與彈性體的變形量成正比，最后換算成位移量。
文檔編號G01B21/02GK202903161SQ20122051903
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者石永奎, 任義, 郝建, 畢建國, 隗峰, 齊敏華 申請人:山東科技大學