CN102926811A - 一种煤矿巷道移位探测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿巷道移位探测装置与方法，包括线圈位移传感器（1）、巷道金属支架（2）、信号调理电路（3）、DDS波形发生器（4）、AD采集处理电路（5）、单片机（6）和上位机(7)，采用该装置和方法，可以在不影响正常生产的条件下，实时检测巷道的移位情况，为矿业正常运行提供可靠信息，通过采用两个三角形线圈位移传感器，适合大范围的位移探测，同时具有很好的线性特性。因而应用该装置和方法进行煤矿巷道移位探测具有检测位移范围大，线性特性好，检测精度高，检测实时性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿巷道移位探测装置与方法,特别是涉及一种检测位移范围大，线性特性好，检测精度高，检测实时性好的煤矿巷道移位探测装置与方法。
背景技术
在矿产开采中，由于地下岩体在开挖以前，矿体自重和构造所引起的应力是处于平衡状态的，当开掘巷道或进行回采工作时，破坏了原来的应力平衡状态，就会引起岩体内部应力的重新分布，当内部应力不平衡时，就会表现出巷硐周围煤层、岩体产生移动，变形甚至破坏，如顶板下沉，地板鼓起，巷道变形后断面缩小，岩体破坏散离甚至大面积冒落，致使支架严重变形或损坏，甚至发生矿难等安全事故，因此对于煤层、岩体移动的实时检测成为保证矿产安全生产的重要条件之一。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种煤矿巷道移位探测装置与方法,该装置与方法具有检测位移范围大，线性特性好，检测精度高，检测实时性好的特点。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种煤矿巷道移位探测装置，所述装置包括线圈位移传感器、巷道金属支架、信号调理电路、DDS波形发生器、AD采集处理电路、单片机和上位机，所述线圈位移传感器为两个，所述巷道金属支架固定在巷道上，两个所述线圈位移传感器对称布置在所述巷道金属支架的两侧，两个线圈位移传感器的一端与所述信号调理电路的两个输入端分别连接，而两个线圈位移传感器的另一端分别与地相连，所述信号调理电路的输出端与所述AD采集处理电路的输入端连接，而所述AD采集处理电路的输出端与所述单片机的一个输入端连接，所述单片机的一个输出端与上位机连接，所述单片机的另一个输出端与DDS波形发生器输入端相连，所述DDS波形发生器的输出端与信号调理电路的另一个输入端相连，所述单片机还与所述信号调理电路的控制端相连，上述连接均是通过电连接。
在本发明的具体实施例子中，两个所述线圈位移传感器为尺寸、绕制匝数、绕制方式均相同的三角形线圈位移传感器。
在本发明的具体实施例子中，每个三角形线圈位移传感器中三角形线圈的绕线匝数介于3-200之间，绕线的直径在0.1mm-10mm之间，其尺寸可根据煤矿巷道移位探测装置的探测位移的大小相应的调整。
在本发明的具体实施例子中，所述信号调理电路包括两个放大、滤波单元，三个选通开关（100），一个锁存器，两个PGA，模数转换器、数模转换器、功率放大器，功率电阻和附加电容器，所述两个放大、滤波单元分别通过一个功率放大器与一个所述线圈位移传感器的一端相连，两个放大、滤波单元的输出端分别连接一个选通开关（100），这两个选通开关（100）的输出端分别连接到第三个选通开关（100）的两个输入端上，第三个选通开关（100）的输出端再依次连接一个PGA和模数转换器，最后模数转换器的输出与单片机的一个输入端相连，所述三个选通开关（100）的控制端分别与所述锁存器相连，而锁存器的输入端与所述单片机的一个输出端相连，所述信号调理电路内还配置一个数模转换器，数模转换器的输入端与DDS波形发生器的输出端相连，数模转换器的输出端依次串联两个功率放大器、一个功率电阻后连接到两个并联的附加电容器一端，两个附加电容器的另一端分别与两个所述线圈位移传感器一端连接。
在本发明的具体实施例子中，所述信号调理电路中的功率放大器采用OPA544T，数模转换器采用DA9754，模数转换器采用AD9240。
一种利用上述装置进行煤矿巷道移位探测的方法，所述方法包括如下步骤：
（1）.在巷道的待探测处选择或埋设一根巷道金属支架，调整两个线圈位移传感器使它们相对与巷道金属支架对称布置；
（2）.通过上位机控制单片机依次给两个线圈位移传感器施加正弦激励信号，并将两个线圈位移传感器的感应电压通过信号调理电路处理后传给单片机，单片机将两个线圈位移传感器的感应电压信号传送给上位机，上位机将采集到的两个线圈位移传感器的感应电压信号V′1,V′2保存作为两个第一标定值；
（3）.调整巷道金属支架，使巷道金属支架先后放置于两个线圈位移传感器之一的最外端，并分别测量巷道金属支架在这两端时对应线圈的感应电压值V″1，V″2，并保存作为第二标定值；
（4）.当第一标定值和第二标定值设定好后，将巷道金属支架还原到所述步骤中的位置，上位机实时采集两个线圈位移传感器的感应电压值，当某时刻测量的两个线圈位移传感器的感应电压值分别为V1，V2时，则巷道在感应电压值为V1的所述线圈位移传感器方向上的位移等于
与所述线圈位移传感器高的乘积，在感应电压值为V2的所述线圈位移传感器方向的位移等于与所述线圈位移传感器高的乘积，将巷道移位的大小显示在上位机界面上，当移位超出设定的安全阈值时，进行报警并及时通知工作人员。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的一种煤矿巷道移位探测装置与方法，通过两个线圈位移传感器、巷道金属支架、信号调理电路、DDS波形发生器、AD采集处理电路、单片机和上位机，在不影响正常生产的条件下，实时检测巷道的移位情况，为矿业正常运行提供可靠信息，通过采用两个三角形线圈位移传感器，适合大范围的位移探测，相比于螺线管形线圈，三角形线圈具有很好的线性特性。因而应用该装置和方法进行煤矿巷道移位探测具有检测位移范围大，线性特性好，检测精度高，检测实时性好的特点。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
图2是本发明的线圈位移传感器与巷道金属支架初始位置示意图。
图3-1是本发明测量V″1标定值时线圈位移传感器与巷道金属支架的位置关系示意图。
图3-2是本发明测量V″2标定值时线圈位移传感器与巷道金属支架的位置关系示意图。
图4是本发明信号调理电路示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图详细说明本发明的最佳实施例。
本发明涉及的一种煤矿巷道移位探测装置与方法，如图1所示，该装置包括线圈位移传感器1、巷道金属支架2、信号调理电路3、DDS波形发生器4、AD采集处理电路5、单片机6和上位机7，所述线圈位移传感器1为两个，巷道金属支架2固定在巷道上，两个所述线圈位移传感器1对称布置在所述巷道金属支架2的两侧，两个线圈位移传感器1的一端与信号调理电路3的两个输入端分别连接，而两个线圈位移传感器1的另一端分别与地相连，信号调理电路3的输出端与AD采集处理电路5的输入端连接，而所述AD采集处理电路5的输出端与单片机6的一个输入端连接，单片机6的一个输出端与上位机7连接，单片机6的另一个输出端与DDS波形发生器4输入端相连，DDS波形发生器4的输出端与信号调理电路3的另一个输入端相连，单片机6还与所述信号调理电路3的控制端相连，上述连接均是通过电连接。
图2是本发明的线圈位移传感器与巷道金属支架初始位置示意图，如图所示：两个线圈位移传感器1为尺寸、绕制匝数、绕制方式均相同的三角形线圈位移传感器。
每个三角形线圈位移传感器中三角形线圈的绕线匝数介于3-200之间，绕线的直径在0.1mm-10mm之间，其尺寸可根据煤矿巷道移位探测装置的探测位移的大小相应的调整。
图4是本发明信号调理电路示意图，如图4所示：信号调理电路3包括两个放大、滤波单元200，三个选通开关100，一个锁存器300，两个PGA 400，模数转换器、数模转换器、功率放大器，功率电阻和附加电容器，所述两个放大、滤波单元200分别通过一个功率放大器与一个所述线圈位移传感器1的一端相连，两个放大、滤波单元200的输出端分别连接一个选通开关100，这两个选通开关100的输出端分别连接到第三个选通开关100的两个输入端上，第三个选通开关100的输出端再依次连接一个PGA和模数转换器600，最后模数转换器600的输出与单片机6的一个输入端相连，三个选通开关100的控制端分别与所述锁存器300相连，而锁存器300的输入端与所述单片机6的一个输出端相连，信号调理电路3内还配置一个数模转换器500，数模转换器500的输入端与DDS波形发生器4的输出端相连，数模转换器500的输出端依次串联两个功率放大器、一个功率电阻后连接到两个并联的附加电容器一端，两个附加电容器的另一端分别与两个所述线圈位移传感器1一端连接。
信号调理电路中的功率放大器采用OPA544T，数模转换器500采用DA9754，模数转换器600采用AD9240。
一种利用上述装置进行煤矿巷道移位探测的方法，该方法包括如下步骤：
（1）.在巷道的待探测处选择或埋设一根巷道金属支架2，调整两个线圈位移传感器1使它们相对与巷道金属支架2对称布置；
（2）.通过上位机7控制单片机6依次给两个线圈位移传感器1施加正弦激励信号，并将两个线圈位移传感器1的感应电压通过信号调理电路3处理后传给单片机6，单片机6将两个线圈位移传感器1的感应电压信号传送给上位机7，上位机7将采集到的两个线圈位移传感器1的感应电压信号V′1,V′2保存作为两个第一标定值；
（3）.调整巷道金属支架2，使巷道金属支架2先后放置于两个线圈位移传感器1之一的最外端，并分别测量巷道金属支架2在这两端时对应线圈的感应电压值V″1，V″2，并保存作为第二标定值；如图3-1和3-2所示。
（4）.当第一标定值和第二标定值设定好后，将巷道金属支架2还原到所述步骤（1）中的位置，上位机7实时采集两个线圈位移传感器1的感应电压值，当某时刻测量的两个线圈位移传感器1的感应电压值分别为V1，V2时，则巷道在感应电压值为V1的所述线圈位移传感器1方向上的位移等于
与所述线圈位移传感器1高的乘积，在感应电压值为V2的所述线圈位移传感器1方向的位移等于
与所述线圈位移传感器1高的乘积，将巷道移位的大小显示在上位机7界面上，当移位超出设定的安全阈值时，进行报警并及时通知工作人员。
本发明提供的一种煤矿巷道移位探测装置与方法，通过两个线圈位移传感器、巷道金属支架、信号调理电路、DDS波形发生器、AD采集处理电路、单片机和上位机，在不影响正常生产的条件下，实时检测巷道的移位情况，为矿业正常运行提供可靠信息，通过采用两个三角形线圈位移传感器，适合大范围的位移探测，相比于螺线管形线圈，三角形线圈具有很好的线性特性。因而应用该装置和方法进行煤矿巷道移位探测具有检测位移范围大，线性特性好，检测精度高，检测实时性好的特点。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种煤矿巷道移位探测装置，所述装置包括线圈位移传感器（1）、巷道金属支架（2）、信号调理电路（3）、DDS波形发生器（4）、AD采集处理电路（5）、单片机（6）和上位机（7），其特征在于，所述线圈位移传感器（1）为两个，所述巷道金属支架（2）固定在巷道上，两个所述线圈位移传感器（1）对称布置在所述巷道金属支架（2）的两侧，两个线圈位移传感器（1）的一端与所述信号调理电路（3）的两个输入端分别连接，而两个线圈位移传感器（1）的另一端分别与地相连，所述信号调理电路（3）的输出端与所述AD采集处理电路（5）的输入端连接，而所述AD采集处理电路（5）的输出端与所述单片机（6）的一个输入端连接，所述单片机（6）的一个输出端与上位机（7）连接，所述单片机（6）的另一个输出端与DDS波形发生器（4）输入端相连，所述DDS波形发生器（4）的输出端与信号调理电路（3）的另一个输入端相连，所述单片机（6）还与所述信号调理电路（3）的控制端相连，上述连接均是通过电连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道移位探测装置，其特征在于：两个所述线圈位移传感器（1）为尺寸、绕制匝数、绕制方式均相同的三角形线圈位移传感器。
3.根据权利要求2所述的煤矿巷道移位探测装置，其特征在于：每个三角形线圈位移传感器中三角形线圈的绕线匝数介于3-200之间，绕线的直径在0.1mm-10mm之间，其尺寸可根据煤矿巷道移位探测装置的探测位移的大小相应的调整。
4.根据权利要求1所述的煤矿巷道移位探测装置，其特征在于：所述信号调理电路（3）包括两个放大、滤波单元（200），三个选通开关（100），一个锁存器（300），两个PGA（400），模数转换器、数模转换器、功率放大器，功率电阻和附加电容器，所述两个放大、滤波单元（200）分别通过一个功率放大器与一个所述线圈位移传感器（1）的一端相连，两个放大、滤波单元（200）的输出端分别连接一个选通开关（100），这两个选通开关（100）的输出端分别连接到第三个选通开关（100）的两个输入端上，第三个选通开关（100）的输出端再依次连接一个PGA和模数转换器（600），最后模数转换器（600）的输出与单片机（6）的一个输入端相连，所述三个选通开关（100）的控制端分别与所述锁存器（300）相连，而锁存器（300）的输入端与所述单片机（6）的一个输出端相连，所述信号调理电路（3）内还配置一个数模转换器（500），数模转换器（500）的输入端与DDS波形发生器（4）的输出端相连，数模转换器（500）的输出端依次串联两个功率放大器、一个功率电阻后连接到两个并联的附加电容器一端，两个附加电容器的另一端分别与两个所述线圈位移传感器（1）一端连接。
5.根据权利要求4所述的煤矿巷道移位探测装置，其特征在于：所述信号调理电路中的功率放大器采用OPA544T，数模转换器（500）采用DA9754，模数转换器（600）采用AD9240，选通开关（100）采用ADG409BR。
6.一种利用权利要求1-5之一中装置进行煤矿巷道移位探测的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
（1）.在巷道的待探测处选择或埋设一根巷道金属支架（2），调整两个线圈位移传感器（1）使它们相对与巷道金属支架（2）对称布置；
（2）.通过上位机（7）控制单片机（6）依次给两个线圈位移传感器（1）施加正弦激励信号，并将两个线圈位移传感器（1）的感应电压通过信号调理电路（3）处理后传给单片机（6），单片机（6）将两个线圈位移传感器（1）的感应电压信号传送给上位机（7），上位机（7）将采集到的两个线圈位移传感器（1）的感应电压信号V′1,V′2保存作为两个第一标定值；
（3）.调整巷道金属支架（2），使巷道金属支架（2）先后放置于两个线圈位移传感器（1）之一的最外端，并分别测量巷道金属支架（2）在这两端时对应线圈的感应电压值V″1，V″2，并保存作为第二标定值；
（4）.当第一标定值和第二标定值设定好后，将巷道金属支架（2）还原到所述步骤（1）中的位置，上位机（7）实时采集两个线圈位移传感器（1）的感应电压值，当某时刻测量的两个线圈位移传感器（1）的感应电压值分别为V1，V2时，则巷道在感应电压值为V1的所述线圈位移传感器（1）方向上的位移等于
与所述线圈位移传感器（1）高的乘积，在感应电压值为V2的所述线圈位移传感器（1）方向的位移等于
与所述线圈位移传感器（1）高的乘积，将巷道移位的大小显示在上位机（7）界面上，当移位超出设定的安全阈值时，进行报警并及时通知工作人员。
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