CN103175509B - 测量缆和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量缆，其包括由缆护套包围的线缆束、由流体填充的管道、至少一个用来确定流体的压力的压力传感器、以及被设置在线缆束各自的端部处的插接器件。

Description

测量缆和测量系统

技术领域

本发明涉及在用于在地下矿山(Untertagebau)中以流体静力学方式(hydrostatisch)确定高度的测量缆。

背景技术

地下矿山中的掩护支架系统(Schildausbausysteme)可部分地或完全地实现自动移动。另外，通常为了控制(特别是远程控制)系统的状态，准确了解掩护支架系统沿着支撑柱的位置是必要的。除了倾斜角度的测量以外，特别是要了解与掩护支架系统相关的不同部分的准确高度。通过测量掩护支架系统的不同的部分的高度，可确定相对的距离。例如，可以由拱形圆顶(Kappe)和滑动垫木(Kufe)之间的高度差，来确定单个支架的高度并因此还确定此处支撑柱的高度。沿着支撑柱的多次的测量还可确定掩护支架系统或支撑柱的准确的高度轮廓

用液压静力水平仪测量高度差是已知的，其中由液体填充的管道的一个端部相对于该管道的另一个端部的相对高度通过在两端处的液体的压力差来确定。使用这样的液压静力水平仪，可实现在测量两个测量点之间的超过数米距离的高度差时，具有毫米范围的准确度。如果同时确定多个测量点，则可在多个位置处同时测量管道中的液体的压力，而不仅仅是在管道的端部进行测量。通过这种方法，原则上可想象很长的液压静力水平仪，由此能够以离散间隔确定沿管道的整个长度的高度轮廓。

然而在装配此类系统时是有困难的，并特别在适应不同的走势和长度时是有困难的。因此，首先要安装管道并将不同的压力传感器安装在适当的位置。然后，管道必须全部充满液体，并同时排出气体。这特别需要额外的泵，以用液体填充该液压静力水平仪并维持基本的压力。然而，恰巧在地下矿山中，可用空间通常是非常有限的。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种用于在地下矿山中以流体静力学方式确定高度的设备，该设备简单、节省空间、并很好地适应于地下矿山的条件、以及允许被很好地集成到现有的系统特别是掩护支架系统中。

此目的的解决方案通过以下特征的测量缆实现，所述测量缆是一种用于在地下矿山中以流体静力学方式确定高度的测量缆，所述测量缆包括：线缆束，其具有两个端部并由缆护套包围；管道，其由流体填充并作为所述线缆束的一部分从所述线缆束的一个端部向另一个端部延伸；至少一个压力传感器，其在所述线缆束的端部处被设置到所述管道上，并被构建成用于确定在各自的压力传感器周围的流体压力；第一插接器件和第二插接器件，其被设在所述线缆束各自的端部。

此目的的解决方案特别通过以下测量缆实现，所述测量缆包括：线缆束，其由缆护套包围，且具有两个端部；管道，其由流体填充；至少一个压力传感器，其在线缆束的端部处被设置在管道上；以及，插接器件，其分别在线缆束的两个端部处。

根据本发明的测量缆，其在外观基本上相应于在地下矿山中使用的类型的缆，并且以优选的耐用的缆护套来防止由强机械应力所造成的损害。特别是，该缆可适应于地下矿山相关的安全标准(例如爆炸)。缆护套包围线缆束，其能够包围大量用于在地下矿山中实现不同功能的配线，并且特别地管道穿过其整个长度。管道被流体填充并被密封。其中，流体可以是液体，例如水。在管道的一个端部，并因此同时在测量缆的线缆束的一个端部安装有压力传感器，通过该压力传感器可确定在此位置处的流体的压力。沿着管道，特别是在管道的另一个端部处，可安装其他的压力传感器。

根据连通器原理，管道中的流体的局部压力将取决于管道的空间位置。管道上的两个测量点之间的相对压力可作为关于这些测量点之间的高度差的量度。以类似的方式，两种不同的流体(其基本上在空间内遵循相同的走势)之间的相对压力，可用于高度测量。因此，测量缆可被用来确定高度，在可能的情况下测量缆具有与那些常规的缆相对应的其他的功能。其中，由于流体在被封闭在管道内，因此不需要对管道进行高成本的排气和填充。因此，测量缆可没有预备步骤而被直接地并因此特别简单地使用。

正如已经提及的，除了由流体填充的管道，测量缆可包括延伸穿过线缆束的不同配线。其中，其可例如在测量缆中用于为压力传感器供电的电配线和/或用于读出压力传感器的测量信号的电配线。但其也可是为了完全不同的用途，被引导穿过测量缆的(其他的)配线。因此，在其中集成了传统缆所有的功能的测量缆可简单的替换传统的缆。通过这种方式，可以无需铺设额外的缆，而仅通过替换的现有缆实现对高度的测量，并因此特别地实现节省空间，并最大程度的实现与现有系统相兼容。

在测量缆的线缆束的端部分别设有插接器件，通过该插接器件所述测量缆可连接到其他器件。例如，通过这些器件可实现用于进行延长、分支的掩护支架系统的部件，或用来读取测量缆的测量信号(例如压力和/或高度信号)的设备。特别是，如在下面将进一步描述，其也可为其他类似的测量缆，以使多个测量缆可串联连接在一起。此外，插接器件可符合已建立的关于地下矿山中的接口的标准，以使其特别容易地集成到现有的系统中。

本发明有利的实施方案在说明书中、附图中以及所附权利要求中有所描述。

在有利的实施方案中，压力传感器可被构建成用来确定相对于各自的压力传感器周边区域的其他流体的压力的、管道中的流体的压力。通过该差别压力测量，压力传感器输出的流体压力不是绝对值，而是与另外流体的压力的差值。通过该基准流体，其可例如简单地测量围绕在测量缆周围的空气。当然，基准流体优选以确定的容量设置，其尺寸和在空间中的位置基本上对应于管道的尺寸和位置。此外，换句话说，测量缆的位置的变化，特别是线缆束的两个端部相对于彼此的高度，同样作用于管道中的流体以及其他流体，以使流体之间的压力差可被特别好地用于高度确定。

因此有利的是，如果测量缆的内部空间由其他的流体所填充。在本实施方案中，测量缆表现为具有缆护套和两个插接器件的封闭容积空间，该容积空间被其他的流体(例如空气或其他气体)填充。此外，测量缆的管道中的流体和测量缆内部空间中的其他的流体对于其各自的走势在空间中被基本上相同地设置。

可选地，可能有利的是，当测量缆包括其他的管道时，该其他的管道由其他的流体填充并作为线缆束的一部分从其一个端部沿着测量缆向着另一个端部延伸。同样，此处流体和其他的流体关于其各自的走势在空间中被基本上相同地设置。然而，本实施例方案的特别的优点为，测量缆整体上不必具有用于其他的流体的封闭的内部空间。这简化了测量缆的制造，而不必放弃通过基准流体实现差别测量的优点。

根据另外的实施方案，测量缆至少包括两个压力传感器，至少一个压力传感器被设置在线缆束的一个端部而至少一个其他的压力传感器被设置在线缆束的另一个端部，其中，压力传感器被构建为，分别绝对地确定每个压力传感器周边区域的管道中的流体的压力。与所谓的差别压力测量(其中的相应的压力传感器直接输出的压力差，然后由其确定高度)相对比，在此实施方案中将分别给出绝对的测量信号。通过使用至少两个压力传感器，可因此再次确定压力差。由于至少在线缆束的两端别设置有压力传感器，可因此直接确定这两端之间的高度差。用于测量绝对压力的其他的压力传感器被沿着管道安置，可在两个压力传感器之间成对地确定其他的高度差，优选为分别相对于在管道一个端部处的一个传感器，并因此确定测量缆的高度走势。

也可能有利的是，管道具有用于防止流体扩散的护套。在实施方案中，在其中设有用于其他的流体的其他的管道，如果其具有用于防止流体扩散的另外的护套，也可能是有利的。在根据本发明的测量缆中，因为各自的流体被永久地包含在管道中，所以管道不需要各自通过流体填充，排气或排空。因此，重要的是要确保流体不能穿过各自的管道扩散。因此，可按已知的方式构建防止各自的流体扩散的各自的管道的护套，例如通过使用在中间空间具有气体的双层的管道护套或通过应用特殊的、阻止扩散的层。以这种方式，可保证测量缆的高耐久性。

在其他有利的实施例中，测量缆的各自的管道包围了封闭的容积空间并具有扩展部分，通过该扩展部分所述容积空间是可变的。然而，当其中所使用的流体是液体时，可在使用测量缆时，特别是测量缆的端部之间具有特别大的高度差时，导致测量缆中的压力降低，由此可导致从液体中释放气体或在管道内出现真空区域。为了防止这种情况，测量缆的各自的管道可具有扩展部分，通过这些扩展部分将管道的容积空间自动匹配当前压力比。

此外，可能是有利的是，当测量缆包括电子装置，该电子装置上电连接有测量缆的压力传感器，并且该电子装置通过配线与第一和第二插接器件相连接。电子装置可为各自的压力传感器供电并读取压力传感器的测量信号。如果测量缆包括多个压力传感器，电子装置可与所有的压力传感器相连接并接收所有的各自的测量信号。优选的是，电子装置可转换测量信号或相互计算，以及通过这种方式下至少实现由测量信号来确定高度值的第一步。通过经由线缆束的配线连接电子装置和两个插接器件，该电子装置可通过插接器件在其一侧供电并发送信号。在测量缆中设有其他的配线，其对于用于确定高度的测量缆的功能没有帮助，电子装置连同其他的配线还可实现另外的功能。

在有利的实施方案中，测量缆的第一插接器件与第二插接器件和其它的相似的测量缆是可机械连接和/或可电连接的。此外，第一插接器件被构建为与第二插接器件互补，例如以插头和插座的方式。该连接可按已知的方式实现为力配合的和/或形状配合的。特别地，插接器件可与通常应用在地下矿山中的接口相对应，并通过这种方式与大量的现有设备相兼容。可直接地或通过一个或多个中间器件来实现两个类似的测量缆之间的连接。在这些中间器件可例如为，适配器、扩展物、分支物、没有高度测量功能的其他缆或其他设备(如掩护支架系统)的部分。因此，测量缆可通过多种不同的方式彼此相连并与其他器件连接在一起。

在其他有利的实施方案中，用来在地下矿山中以流体静力的方式确定高度的、测量系统的至少两个测量缆被彼此机械连接和/或电连接。此外，这里还可直接地或通过所谓的中间器件实现连接。该连接可串行地实现或通过使用分支物还可至少部分并行地实现，以便可实现大的测量缆长度和复杂的测量系统的使用。优选地，测量缆主要是直接地相互连接或仅通过这些在空间内的高度为已知的中间器件相互连接。以这种方式，保证了由单独的测量缆端部各自的高度差可靠地确定沿着测量系统的整个长度和分支的高度轮廓。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明的测量缆的一个实施方案；

图2示意性示出了测量缆的一个可选的实施方案；以及

图3示意性示出了另一可选的实施方案。

具体实施方式

图1在示意性的图示中示出了根据本发明的测量缆11的实施方案20，其中线缆束13包括两个端部15、17。线缆束13具有的机械耐用的缆护套19，其基本上呈管状地包围线缆束13。在缆护套19内并沿着线缆束13，设置有多条配线21以及管道23。管23包括了由流体25完全填充的封闭的容积空间，所述流体25在此处示出的实施方案中为液体(阴影部分)。管道23的边缘形成了护套27，其用于防止流体25的扩散。在与线缆束13的一个端部15对应的管道23的一个端部处，管道23具有扩展的部分29，其根据波纹管(Faltenbalg)技术通过护套27的弹性的褶皱形成。通过该扩展部分29，由管道23所定义的容积空间虽然被封闭，但其中的大小是可变的，并取决于在管道23中的压力比而与其相适应。

在管道23的另一个端部以及同时在线缆束13的端部17处，压力传感器31被设置在管道23上，其被构建来用于测量位于的压力传感器31的相邻周边区域中的液体25的压力。图1中的压力传感器31确定相对于在压力传感器31周边区域中的其他的流体33(未示出)的压力的、流体25的压力，在此实施方案中，其他的流体33是位于测量缆11的内部空间35中并被封闭在其中的气体。配线21被从压力传感器31引向电子装置37，通过其为压力传感器31供电并且压力传感器31向该电子装置37输出相应的测量信号。在线缆束的端15、17处设有第一和第二插接器件39、41，其被构建为彼此互补的插头和插座并包括相应的接口器件43。接口器件43为金属接触件，其经由配线21与电子装置37相连接。

线缆束13以及管道23和作为线缆束13的部分的配线21是柔性的，以使特别是具有在其内部所包含的液体25的管道23可在空间中以完全不同的方式来设置。依赖于管道23的一个端部相对于管道23的另一个端部的位置，并且依赖于测量缆11的一个端部15相对于测量缆11的另一个端部17的相对位置，由压力传感器31所测量的流体25的局部压力发生改变，由此可确定测量缆11的端部15、17之间的高度差。

图2再次在示意性的图示中示出了测量缆11的可选的实施方案，其基本上与图1中所示出的相对应，但在其中与在图1中所示出的实施方案不同的是，测量缆11包括另一条管道45，该管道由另外的流体33(此处是气体(点线))填充。所述另一条管道45的边缘构成护套47，其用于对抗在管道45中所包含的气体33的扩散。如管道23一样，所述另一条管道45也具有扩展部分49，通过该扩展部分49实现管道45中封闭的容积空间的变化。压力传感器31确定相对于在压力传感器31的相邻周边区域中的所述另一条管道45中的气体33的压力的、管道23中的液体25的压力。出于参考的目的而被使用的气体33被封闭到在抗扩散的所述另一条管道45中，以及与在图1中不同，所述气体不位于的测量缆11内部空间中，在此处示出的实施方案中，测量缆11以及特别是缆护套19和插接器件39、41不需要呈现用于气体33的抗扩散的封闭空间。

在图3中以示意性的图示示出了另外的可选的实施方案。此处描述的测量缆11包括两个压力传感器31，其中一个压力传感器在线缆束13的一个端部15处被设置在管道23上以及另一个压力传感器在线缆束13的另一个端部17处被设置在管道23上。在此实施方案中，管道23的扩展部分29与管道23的端部有距离。两个压力传感器31与电子装置37经由配线21相互连接。电子装置37可经由配线21为压力传感器31供电并读取相应的测量信号。因为通过测量管道23的端部的压力差实现了对在线缆束13的一个端部15和线缆束13的另一个的端部17之间的高度差的测量，计算电子装置37中的压力传感器31的两个测量信号相互的偏差并作为单独的差值信号经由配线21向插接器件39、41传送，并在此处可将信号读出。在第一或第二插接器件39、41处，可连接用来读取测量信号的设备或其他的设备(未示出)。此外，测量缆11可经由插接器件39、41与其他类似的测量缆连接到测量系统(未示出)。

Claims (10)

1. 一种用于在地下矿山中以流体静力学方式确定高度的测量缆，所述测量缆包括：

线缆束，其具有两个端部并由缆护套包围；

第一管道，其由第一流体填充并作为所述线缆束的一部分从所述线缆束的一个端部向另一个端部延伸；

至少一个压力传感器，其在所述线缆束的端部处被设置到所述第一管道上，并被构建成用于确定在各自的压力传感器周围的所述第一流体的压力；

第一插接器件和第二插接器件，其被设在所述线缆束各自的端部。

2. 如权利要求1所述的测量缆，其特征在于，所述压力传感器被构建成用于确定相对于各自的压力传感器周边区域中的第二流体的压力的所述第一流体的压力。

3. 如权利要求2所述的测量缆，其特征在于，所述测量缆的内部空间由所述第二流体所填充。

4. 如权利要求2所述的测量缆，其特征在于，所述测量缆包括第二管道，所述第二管道由所述第二流体所填充，并作为所述线缆束的一部分从所述线缆束的一个端部向另一个端部延伸。

5. 如权利要求1所述的测量缆，其特征在于，所述测量缆包括至少两个压力传感器，其中至少一个压力传感器被设在所述线缆束的一个端部，以及至少另一个压力传感器被设置在所述线缆束的另一个端部，其中，所述至少两个压力传感器被设在所述第一管道处，并被构建成用来绝对地确定在各自的压力传感器周边区域中的所述第一流体的压力。

6. 如权利要求1至5中任一项所述的测量缆，其特征在于，所述第一管道具有用于防止所述第一流体扩散的护套，和/或所述测量缆包括第二管道，其中所述第二管道由第二流体填充并具有用于防止所述第二流体扩散的护套。

7. 如权利要求1至5中任一项所述的测量缆，其特征在于，所述第一管道包围封闭的容积空间以及具有第一管道扩展部分，通过所述第一管道扩展部分，所述第一管道包围封闭的容积空间是可变的，和/或所述测量缆具有第二管道，所述第二管道包围封闭的容积空间并具有第二管道扩展部分，通过所述第二管道扩展部分，所述第二管道包围封闭的容积空间是可变的。

8. 如权利要求1至5中任一项所述的测量缆，其特征在于，所述测量缆包括电子装置，所述电子装置与所述压力传感器电连接，以及所述电子装置经由配线与所述第一插接器件和所述第二插接器件连接。

9. 如权利要求1至5中任一项所述的测量缆，其特征在于，测量缆的第一插接器件和测量缆的第二插接器件互补地构建，从而使得所述测量缆的第一插接器件与另一条所述测量缆的第二插接器件能够彼此直接地或经由中间器件来机械地和/或导电地连接。

10. 一种测量系统，其通过至少两条如上述权利要求1-9中任一项所述的测量缆在地下矿山中以流体静力学方式确定高度，其特征在于，所述测量缆直接地或经由各自的中间器件来机械地和/或导电地相互连接。