CN101476863A - 节电型岩层位移实时自动监测仪 - Google Patents

Abstract

一种节电型岩层位移实时自动监测仪，包括位移传感单元、信息采集处理单元、拉线张紧机构，位移传感单元包括如下结构：转轴两端分别固定在支撑板和壳体上，在转轴的中间部位安装一隔离盘，在隔离盘两侧的转轴上由内向外依次安装位移传动机构、码盘和转换托板；位移传动机构包括如下两种形式：一种为拉线传动式，另一种为齿轮齿条传动式。本发明节电型岩层位移实时自动监测仪在岩层无位移状态下实现无电工作，而在岩层发生可测位移时瞬间接通高阻电路，输出相应可测脉冲信号，并启动信息采集处理单元，整个测量过程实现了节电、低能耗岩层位移测量。

Description

节电型岩层位移实时自动监测仪

技术领域

本发明涉及一种计量仪器，特别涉及一种节电型岩层位移实时自动监测仪。

背景技术

目前，工程中检测位移的传感器和监测仪种类较多，各具特色，各有其适用范围，但是，对土木、水利、道路、矿山的开采及地下工程中岩体、巷道岩层内部的位移自动监测和预报的仪器却不多见，尤其是对高精度、大位移的实时自动监测几乎是空白，例如，在煤炭开采中巷道围岩内部压力突变引起的冲击矿压、煤炭回采时采掘对巷道顶(底)板、煤柱等岩层内部位移变化引起的冒顶、底臌、岩爆等引起的安全事故，至今尚缺少可靠的，能够实时自动监测和预报的仪器，尤其在煤炭开采中尚无节电型实时自动监测和预报的仪器，以实现在地面上对井下巷道位移不间断的实时自动监测和预报。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种能节电低能耗岩层位移测量的节电型岩层位移实时自动监测仪。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，包括位移传感单元、信息采集处理单元，其中：所述位移传感单元包括如下结构：

转轴两端分别固定在支撑板和壳体上，在所述转轴的中间部位固定一隔离盘，在隔离盘两侧的所述转轴上由内向外依次安装位移传动机构、可转动的码盘、不可转动转换托板；

所述码盘周边设有等间距的编码孔，所述转换托板上设有一弹性拨杆，所述弹性拨杆一端固定在转换托板上，另一端折弯成”﹁”型，弯折部分插在所述编码孔内，一”V”形回位卡槽置于所述弹性拨杆下面并固定在所述转换托板上，所述转换托板一端安装一微型开关，所述弹性拨杆的活动端可以通过开关按压装置按压所述微型开关的开关触点，所述微型开关的输出端连接所述信息采集处理单元。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述位移传动机构包括拉线、位移轮、拉线张紧机构，所述位移轮位于所述隔离盘和所述码盘之间，所述位移轮和所述码盘可绕所述转轴同步转动；拉线从上向下穿过壳体上侧后在所述位移轮上缠绕至少一圈后穿过所述壳体下侧再缠绕在所述拉线张紧机构上。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述位移传动机构包括包括齿轮、齿条、齿条轨套，所述齿轮安装在转轴上，所述齿轮与码盘可绕所述转轴同步转动，所述齿条轨套两端固定在壳体上，所述齿条安放在所述齿条轨套内并与所述齿轮啮合，所述齿条可在所述齿条轨套内滑动，其两端伸出壳体的上下两侧。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述微型开关为矩形，其开关触点位于面向所述弹性拨杆的一面，所述开关按压装置包括一个开关压片，所述开关压片的中部压在所述微型开关的开关触点上，所述开关压片的一端铰接在微型开关开关触点所在的一面，另一端与所述弹性拨杆的活动端接触。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述微型开关为矩形，其开关触点位于面向所述转轴的一面，所述开关按压装置包括一个开关压片，所述开关压片的中部压在所述微型开关的开关触点上，所述开关压片的一端铰接在微型开关开关触点所在的一面，另一端折弯成开口背向所述转轴的“V”型，所述开关压片的“V”型端面向所述弹性拨杆的一侧与所述弹性拨杆的活动端接触。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述弹性拨杆的活动端的延长杆端部亦折弯成“﹁”形的拨动端，所述微型开关为矩形，其开关触点位于面向所述弹性拨杆的一侧，所述开关按压装置包括开关压片、联动片，所述开关压片的中部压在所述微型开关的开关触点上，所述开关压片的一端铰接在微型开关开关触点所在的一面，另一端折弯成开口面向所述拨动端的“V”型，“V”型左端下侧连接有联动片，所述联动片可以在所述拨动端向下运动时向左移动。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述弹性拨杆的截面为圆形或矩形，所述编码孔为圆形或矩形。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述齿条上端连接轻质金属杆，所述轻质金属杆固定于被测岩层上的钻孔内。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪，其中：所述齿条上端连接金属线，所述金属线固定于被测岩层上的钻孔内，所述齿条下端设有固定在壳体上的阻尼。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪由于位移传感单元使用微型开关的闭合做为信号采集的信号源，因此较之现有的位移监测仪具有以下技术效果：

节电型岩层位移实时自动监测仪在岩层无位移状态下实现无电工作，而在岩层发生可测位移时瞬间接通高阻电路，输出相应可测脉冲信号，并启动信息采集处理单元，整个测量过程实现了节电、低能耗岩层位移测量；

采用微开关产生的脉冲信号直接为二进制数字信号，清晰易于采集，简化了采集电路，同时其抗干扰能力强，不受现场电磁场、电源电压波动等因素干扰；

计量码盘周边密布一圈圆形或方形小孔，两小孔间距对应于两测量脉冲的触发间隔，使测量精度可调，同时消除了系统测量的积累误差。

附图说明

图1是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪的第一种实施方式主视图；

图2是图1的B-B向剖视图；

图3是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第二种实施方式的主视图；

图4是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第三种实施方式的主视图；

图5是图4的B-B向剖视图；

图6是图4的局部放大图；

图7是图6的仰视图(也是图7的局部放大图)；

图8是图6的左视图；

图9是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第四种实施方式的主视剖视图(它是图10的A-A向剖视图)；

图10是图9的B-B向剖视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明节电型岩层位移实时自动监测仪作进一步说明。

图1、图2是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪的第一种实施方式，包括位移传感单元、信息采集处理单元、拉线张紧机构，其中的位移传感单元的结构如下：

转轴6两端分别固定在支撑板3和壳体2上，在转轴6的中间部位安装一隔离盘32，在隔离盘32两侧的转轴6上由内向外安装依次连接的位移轮7A，7B、码盘4A，4B和转换托板31A，31B(两个转换托板呈垂直布置)，位移轮7A，7B和码盘4A，4B可绕转轴6同步转动；

码盘4A，4B周边设有等间距的编码孔5A，编码孔5A为圆形或矩形。转换托板31A，31B固定在转轴6上，转换托板31A，31B上设有一弹性拨杆30A，30B，弹性拨杆30A，30B的截面为圆形或矩形，弹性拨杆30A，30B一端固定在转换托板31A，31B上，另一端折弯成”﹁”型，弯折部分插在编码孔5A内，一”V”形回位卡槽28A，28B置于弹性拨杆30A，30B下面并固定在转换托板31A，31B上，转换托板31A，31B一端安装一微型开关29A，29B，弹性拨杆30A，30B的活动端可以通过开关按压装置按压微型开关29A，29B的开关触点。微型开关29A，29B为矩形，其开关触点位于面向弹性拨杆30A，30B的一面，开关按压装置包括一个开关压片40，开关压片40的中部压在微型开关29A，29B的开关触点上，开关压片40的一端可回复地铰接(即在外力作用下可以转动，外力消失还可以回复原来地状态)在微型开关29A，29B开关触点所在的一面，另一端与弹性拨杆30A，30B的活动端接触。开关压片40作为一个杠杆，开关压片40的铰接部位较为接近开关触点291时将更有利于弹性拨杆30A，30B的活动端用更小的力压触开关触点291。

微型开关29A，29B的输出端连接信息采集处理单元；因为计量码盘4A，4B周边密布一圈圆形或矩形小孔，两小孔间距对应于两测量脉冲的触发间隔，使测量精度可调，同时消除了系统测量的积累误差。

拉线1A，1B从上向下穿过壳体2上侧后在位移轮7A，7B上缠绕至少一圈后穿过壳体2下侧再缠绕在拉线张紧机构上。拉线1A，1B、位移轮7A，7B、拉线张紧机构构成了本实施例的位移传动机构。

当码盘4A转动时，编码孔5A带动弹性拨杆30A的具有”﹁”型一端产生弹性变形，”V”回位卡槽28A将使弹性拨杆30A，30B抬高，弯折部分脱离编码孔5A，弹性拨杆30A回位到下一编码孔5A，同时瞬间敲打触动“/”型开关压片40的自由端部，开关压片40使微型开关29A在瞬间开合，微型开关产生一脉冲信号，微型开关29A的输出端连接信息采集处理单元的单片机控制模块19的输入端，将位移脉冲信号输入信息采集处理单元。

信息采集处理单元与现有技术类似，见图1，由安装在电路板21上的单片机控制模块19、声光警报模块18、无线通信模块22、RS485通信模块17和电源转换模块20A，20B构成，微型开关29A，29B的输出端连接单片机控制模块19的输入端，单片机控制模块的输出端分别连接声光警报模块18、无线通信模块22和RS485通信模块17，电路板21固定在壳体2上。

在壳体2外设有拉线张紧机构，见图1，拉线张紧机构的支承台14由硬塑料制成的，安装在壳体2上，一金属转轴6B固定在支承台14上，支承台14两侧的金属转轴6B上由内向外依次安装由硬塑料制成的收线轮13A，13B、硬塑料摩擦轮12A，12B、扭簧9A，9B和压紧弹簧11A，11B。扭簧9A，9B的一个簧臂固定在摩擦轮12A，12B上，另一簧臂固定在壳体2上，压紧弹簧11A，11B一端压在摩擦轮12A，12B上，另一端通过调节螺栓10A，10B使摩擦轮12A，12B压紧收线轮13A，13B，收紧线8A，8B绕在收线轮13A，13B上，收紧线8A，8B的一端穿过壳体2的一侧壁，固定在位移轮7A，7B上，当位移轮7A，7B转动时，通过收紧线8A，8B带动收线轮13A，13B同步转动，在摩擦力作用下，摩擦轮12A，12B和扭簧9A，9B的一个簧臂将随收线轮13A，13B一起转动，扭簧9A，9B产生与收紧线8A，8B拉力相等的回复力，当收紧线8A，8B拉力大于张紧轮11A，11B和摩擦轮12A，12B之间的最大静摩擦力时，收线轮13A，13B将克服摩擦力继续转动，而扭簧9A，9B的回复力始终与收紧线8A，8B拉力相平衡，使收紧线8A，8B始终处于拉紧状态。

图3是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第二种实施方式的主视图，它与第一种实施方式的区别在于使用了另外一种开关按压装置。微型开关29A’为矩形，其开关触点位于面向转轴6’的一面，开关按压装置包括一个开关压片40’，开关压片40’的中部压在微型开关29A’的开关触点上，开关压片40’的一端可回复地铰接在微型开关29A’开关触点所在的一面，另一端折弯成开口背向转轴6’的“V”型，开关压片40’的“V”型端面向弹性拨杆的一侧与弹性拨杆30A’的活动端接触。

所述弹性拨杆30A’活动端的“﹁”型弯折部分可在开关压片40’端部的倒V型部位往复滑动，往复按压开关压片40’使所述微型开关29A’开合。

当码盘转动时，编码孔带动弹性拨杆30A’的具有“﹁”型一端产生弹性变形，“V”回位卡槽将使弹性拨杆30A’抬高，弯折部分脱离编码孔，弹性拨杆30A’回位到下一编码孔，在此过程中，弹性拨杆30A’两次触动微型开关29A’产生一个宽脉冲信号和一个瞬时窄脉冲信号。弹性拨杆30A’“﹁”型一端产生弹性变形，并被“V”回位卡槽逐渐抬高过程中，弹性拨杆30A’“﹁”型一端会短时压触越过微型开关29A’的开关压片40’”倒V”型端部，产生一个较宽脉冲信号；弹性拨杆30A’“﹁”型一端脱离编码孔，回位到下一编码孔过程中，弹性拨杆30A’“﹁”型一端会瞬时压触越过微型开关29A’的开关压片40’倒V型端部，产生一个瞬时脉冲信号。微型开关29A’的输出端连接信息采集处理单元的单片机控制模块的输入端，将位移脉冲信号输入信息采集处理单元。

图4、图5是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第三种实施方式，它与第一种实施方式的区别也在于使用了另外一种开关按压装置。如图6、图7、图8所示，弹性拨杆30A”，30B”的活动端的延长杆端部亦折弯成“﹁”形的拨动端71，微型开关29B”为矩形，其开关触点291位于面向弹性拨杆30A”，30B”的一侧，开关按压装置包括开关压片40”、联动片72，开关压片40”的中部压在微型开关29B”的开关触点291上，开关压片40”的一端铰接在微型开关29B”开关触点291所在的一面，另一端折弯成开口面向拨动端71的“V”型，“V”型左端下侧连接有联动片72，联动片72可以在拨动端71向下运动时向左移动。

当码盘转动时，编码孔带动弹性拨杆30A”，30B”的具有“﹁”型一端产生弹性变形，“V”回位卡槽将使弹性拨杆30A”，30B”抬高，弯折部分脱离编码孔，弹性拨杆30A”，30B”回位到下一编码孔，在此过程中，弹性拨杆30A”，30B”“﹁”型一端产生弹性变形，并被“V”回位卡槽逐渐抬高过程中，因为联动片72与拨动端71的运动方向有一定角度，两者接触后联动片72在拨动端71向下运动时向左移动，弹性拨杆30A”，30B”的拨动端71会最终脱离联动片72，然后联动片72跟随具有弹性的开关压片40”回到原来的位置；弹性拨杆30A”，30B”“﹁”型一端脱离编码孔，回位到下一编码孔过程中，弹性拨杆30A”，30B”的拨动端71会瞬时压触联动片72，联动片72带动开关压片40”瞬间压触所述微型开关29B”的开关触点291，产生一个瞬时脉冲信号。微型开关29B”的输出端连接信息采集处理单元的单片机控制模块的输入端，将位移脉冲信号输入信息采集处理单元。

图9、图10是本发明节电型岩层位移实时自动监测仪第四种实施方式，它与第一种实施方式的区别在于使用了另外一种位移传动机构。其中：位移传动机构包括包括齿轮81、齿条82、齿条轨套83，齿轮81安装在转轴6上，齿轮81与码盘4A，4B可绕转轴6同步转动，齿条轨套83两端固定在壳体2上，齿条82安放在齿条轨套83内并与齿轮81啮合，齿条82可在齿条轨套83内滑动，其两端伸出壳体2的上下两侧。齿条82上端连接金属线，金属线固定于被测岩层上的钻孔内，齿条82下端设有固定在壳体上的阻尼84，阻尼84与齿条82之间的摩擦力可以防止齿条82自重造成的移动。齿条82上端也可以连接轻质金属杆，轻质金属杆固定于被测岩层上的钻孔内。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪在岩层无位移状态下实现无电工作(即岩层位移监测仪的所有电路部分不工作)，而在岩层发生可测位移时瞬间接通高阻电路(即微型开关29A，29B担任了岩层位移监测仪的所有电路的开关)，输出相应可测脉冲信号，并启动信息采集处理单元，整个测量过程实现了节电、低能耗岩层位移测量；采用微开关产生的脉冲信号直接为二进制数字信号，清晰易于采集，简化了采集电路，同时其抗干扰能力强，不受现场电磁场、电源电压波动等因素干扰。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪在实际使用时，由数个岩层位移监测仪、一个通信主机、RS485总线、直流电源线和遥控器组成一个完整的系统，通信主机连接RS485总线，每个岩层位移监测仪均挂在总线上，遥控器和岩层位移监测仪之间通过无线方式连接，在一个系统中，可以使用多个遥控器。岩层位移监测仪经RS485总线和通信主机建立联系，通信主机通过压频转换模块和井下通信分站建立联系，井下通信分站再传输到地面监控总站，地面监控总站又将频率信号转换为岩层位移信息。实现由地面总站远距离实时自动监测煤巷顶板岩层位移。遥控器用于现场查询位移参数；当需要查询位移参数时，在岩层位移监测仪附近打开遥控器，即监控最近的岩层位移监测仪，及时地取出此岩层位移监测仪监测到的位移数据，一般遥控器供井下现场人员使用。

本发明节电型岩层位移实时自动监测仪可安装在巷道顶、底板上、围岩体表面，拉力线通过钻孔固定在待测的岩(煤)层上，当发生岩层位移时，位移电信号通过电缆线传送到信息采集处理单元处理后，转换成岩层位移信息，经可视化处理，显示巷道顶板及围岩岩层位移变化规律图。本发明节电型岩层位移实时自动监测仪既可监测岩(煤)层的绝对位移量，也可监测位移变化速率，当位移量或位移速率超过安全界限时，形成系统后可从地面监控总站实施对井下巷道自动报警，实现对井下巷道顶板及围岩体岩层位移远距离实时自动监测，避免因顶板冒落、冲击矿压引起的安全事故。本发明节电型岩层位移实时自动监测仪结构简单、操作方便、既适用于小位移高精度测量，也适用于大位移高精度的自动监测。该系统能够广泛应用在矿山开采、土木、水利、道路等施工过程中对围岩体、巷道顶底板、制成岩体等岩层位移进行有效地自动实时监测，及时消除生产安全隐患，也为巷道及支撑岩体设计提供依据。

Claims (9)

1.一种节电型岩层位移实时自动监测仪，包括位移传感单元、信息采集处理单元，其特征在于：所述位移传感单元包括如下结构：

转轴(6)两端分别固定在支撑板(3)和壳体(2)上，在所述转轴(6)的中间部位固定一隔离盘(32)，在隔离盘(32)两侧的所述转轴(6)上由内向外依次安装位移传动机构、可转动的码盘(4A，4B)、不可转动转换托板(31A，31B)；

所述码盘(4A，4B)周边设有等间距的编码孔(5A)，所述转换托板(31A，31B)上设有一弹性拨杆(30A，30B)，所述弹性拨杆(30A，30B)一端固定在转换托板(31A，31B)上，另一端折弯成”

”型，弯折部分插在所述编码孔(5A)内，一”V”形回位卡槽(28A，28B)置于所述弹性拨杆(30A，30B)下面并固定在所述转换托板(31A，31B)上，所述转换托板(31A，31B)一端安装一微型开关(29A，29B)，所述弹性拨杆(30A，30B)的活动端可以通过开关按压装置按压所述微型开关(29A，29B)的开关触点，所述微型开关(29A，29B)的输出端连接所述信息采集处理单元。

2.根据权利要求1所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述位移传动机构包括拉线(1A，1B)、位移轮(7A，7B)、拉线张紧机构，所述位移轮(7A，7B)位于所述隔离盘(32)和所述码盘(4A，4B)之间，所述位移轮(7A，7B)和所述码盘(4A，4B)可绕所述转轴(6)同步转动；拉线(1A，1B)从上向下穿过壳体(2)上侧后在所述位移轮(7A，7B)上缠绕至少一圈后穿过所述壳体(2)下侧再缠绕在所述拉线张紧机构上。

3.根据权利要求1所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述位移传动机构包括包括齿轮(81)、齿条(82)、齿条轨套(83)，所述齿轮(81)安装在转轴(6)上，所述齿轮(81)与码盘(4A，4B)可绕所述转轴(6)同步转动，所述齿条轨套(83)两端固定在壳体(2)上，所述齿条(82)安放在所述齿条轨套(83)内并与所述齿轮(81)啮合，所述齿条(82)可在所述齿条轨套(83)内滑动，其两端伸出壳体(2)的上下两侧。

4.根据权利要求1或2或3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述微型开关(29A，29B)为矩形，其开关触点位于面向所述弹性拨杆(30A，30B)的一面，所述开关按压装置包括一个开关压片(40)，所述开关压片(40)的中部压在所述微型开关(29A，29B)的开关触点上，所述开关压片(40)的一端铰接在微型开关(29A，29B)开关触点所在的一面，另一端与所述弹性拨杆(30A，30B)的活动端接触。

5.根据权利要求1或2或3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述微型开关(29A’)为矩形，其开关触点位于面向所述转轴(6’)的一面，所述开关按压装置包括一个开关压片(40’)，所述开关压片(40’)的中部压在所述微型开关(29A’)的开关触点上，所述开关压片(40’)的一端铰接在微型开关(29A’)开关触点所在的一面，另一端折弯成开口背向所述转轴(6’)的“V”型，所述开关压片(40’)的“V”型端面向所述弹性拨杆的一侧与所述弹性拨杆(30A’)的活动端接触。

6.根据权利要求1或2或3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述弹性拨杆(30A”，30B”)的活动端的延长杆端部亦折弯成“”形的拨动端(71)，所述微型开关(29B”)为矩形，其开关触点(291)位于面向所述弹性拨杆(30A”，30B”)的一侧，所述开关按压装置包括开关压片(40”)、联动片(72)，所述开关压片(40”)的中部压在所述微型开关(29B”)的开关触点(291)上，所述开关压片(40”)的一端铰接在微型开关(29B”)开关触点(291)所在的一面，另一端折弯成开口面向所述拨动端(71)的“V”型，“V”型左端下侧连接有联动片(72)，所述联动片(72)可以在所述拨动端(71)向下运动时向左移动。

7.根据权利要求1或2或3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述弹性拨杆(30A，30B)的截面为圆形或矩形，所述编码孔(5A)为圆形或矩形。

8.根据权利要求3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述齿条(82)上端连接轻质金属杆，所述轻质金属杆固定于被测岩层上的钻孔内。

9.根据权利要求3所述的节电型岩层位移实时自动监测仪，其特征在于：所述齿条(82)上端连接金属线，所述金属线固定于被测岩层上的钻孔内，所述齿条(82)下端设有固定在壳体上的阻尼(84)。

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