CN104215214A - 长度可调节的煤矿巷道应变采集装置 - Google Patents

长度可调节的煤矿巷道应变采集装置 Download PDF

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Abstract

一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，包括：钢筋、应变片、采集板、空心套管及钢管手柄，所述钢筋是应变被测件，钢筋的应变能够同步反映巷道中浇筑在外面的混泥土的应变，所述空心套管用于放置串行数据传输线以及连接钢筋或者手柄，所述应变片是用于检测钢筋应变的传感器，所述采集板是用于控制应变数据采集以及数据传输。本发明以钢筋为被测件，通过等距安装应变片来确定被测点位置，可任意调节被测点数，同时可根据实际煤矿巷道的厚度通过套管调节钢筋长度，灵活性高；可以更好地适应煤矿巷道中的恶劣环境。

Description

长度可调节的煤矿巷道应变采集装置
技术领域
本发明专利涉及一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，属于测控和自动化技术领域。
背景技术
煤矿巷道应变采集装置用于工业现场测量煤矿巷道的应变程度。由于巷道中工业现场环境复杂，应变采集装置必须拥有良好的灵活性来适应不同的需求，同时应变采集装置必须能适应各种恶劣环境保证长期有效使用。
传统的煤矿巷道应变采集装置将应变片直接贴在巷道壁上，由于巷道结构庞大，应变片分布不均匀而导致应变测量结果精度低，不能反映巷道的实际应变程度。传统的煤矿巷道应变采集装置中没有贴应变片的固定方法，对于不同结构，不同厚度的巷道，必须重新设计和安装应变片，灵活性很小。传统的煤矿巷道采用单CPU方式，每个应变片都需要通过AD连接到唯一的单片机，连接线过多，应变采集装置的应变片、采集板、数据采集的串口数据线等裸露在外面，在恶劣环境下容易破损并且导致数据采集出现故障。
本文提出一种以钢筋为被测件的适用于恶劣环境，长度可调节，灵活性高，具有高采集精度的煤矿巷道应变采集装置。
发明内容
本发明解决的问题是：为了克服煤矿巷道应变采集装置结构灵活性小，无法适应不同厚度的巷道进行调整，采集精度不高，采集装置容易受潮、破损的缺点，结合以上背景和需求，本发明提供一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置。
本发明的技术解决方案是：
一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，包括：钢筋、应变片、采集板、空心套管及钢管手柄，所述钢筋是应变被测件，钢筋的应变能够同步反映巷道中浇筑在外面的混泥土的应变，所述空心套管用于放置串行数据传输线以及连接钢筋或者手柄，所述应变片是用于检测钢筋应变的传感器，所述采集板是用于控制应变数据采集以及数据传输的电路板，所述钢管手柄是用作手柄以及需要传输数据线时用来拧开空心套管。
本发明的有益效果包括：
本发明通过等距安装应变片来确定被测点位置，可任意调节被测点数，同时可根据实际煤矿巷道的厚度通过套管调节钢筋长度；将应变片和数据采集板安装在钢筋的槽内，采用多CPU方式，每个应变片都有单片机，相邻单片机将电源线、地线和数据线通过手拉手方式连接，通过串行总线RS485进行统一的数据管理和数据传输；每个采集板的串行数据线通过航空插头连接，钢筋的槽内用绝缘胶密封，串行数据线放置在与钢筋通过螺纹拧在一起的套管中，并用钢管手柄将套管密封拧紧。
(1)本发明被测件钢筋采用统一长度，便于批量生产，钢筋两端留有螺纹，可以通过套管将多根钢筋连接起来，可以根据不同煤矿巷道的地质地貌调整测量长度，适用性强；
(2)本发明设计的煤矿巷道应变采集装置的每一个应变采集点都配有独立单片机，相邻应变采集点间电源线、地线相连，数据通信线路采用RS485通信，应变采集点间通过手拉手方式连接，在应变采集装置内部仅存在电源线、地线和RS485总线4根线路就能够实现整个应变采集装置的供电、数据传输及与外界连接。传统装置采用单CPU模式，每个应变片都需要铺设信号线连接到装置唯一的单片机上，本发明的多CPU模式相比于传统的单CPU模式可极大程度的减少线缆使用量，一方面能够减少巷道中应变采集装置中线缆铺设所占空间，减小装置体积，另一方面减少煤矿巷道中因电缆破损而造成的意外。除此，传统装置直接传输模拟信号、用唯一的单片机完成模数转换的采集传输，容易在模拟信号传输中引入噪声和产生信号损耗，本发明的应变采集装置采用多CPU应变采集点和数字信号的总线数据传输方式完成数据采集和传输，能够实现低噪声、高精度的应变数据采集，且数据获取更便捷，传输线少，降低电气事故引发的煤矿爆炸概率；
(3)本发明对钢筋挖槽放置应变片和采集板，并用绝缘胶密封钢筋槽，将数据线置于空心套管，串行数据线通过航空插头与外部设备连接，插拔方便、连接可靠，保证了整个电路装置的密封性，能够防水，防潮，同时不会因为电路老化等产生的电火花而导致煤矿巷道内的瓦斯爆炸；
附图说明
图1为本发明的钢筋结构图；
图2为本发明的空心套管结构图；
图3为本发明的钢管手柄结构图；
图4为本发明的钢筋截面图；
图5为本发明的装置连接图。图中VCC表示电源电压，GND表示电源地，RS485A和RS485B表示RS485的通信线缆；
图6为本发明的采集板框图。
具体实施方法
一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，包括：钢筋101、应变片102、采集板103、空心套管104及钢管手柄105，所述钢筋101是应变被测件，钢筋的应变能够同步反映巷道中浇筑在外面的混泥土的应变，所述空心套管104用于放置串行数据传输线以及连接钢筋或者手柄，所述应变片102是用于检测钢筋101应变的传感器，所述采集板103是用于控制应变数据采集以及数据传输的电路板，所述钢管手柄105是用作手柄以及需要传输数据线时用来拧开空心套管104。
在本实施例中，
所述钢筋101长度为L1，横截面直径为D1，确定钢筋101上的应变被测点数N；在钢筋101表面挖一个深H，宽W，长度为L2的第一凹槽X1，在第一凹槽X1内每隔L2/N的距离安装一个应变片102，设为S1，S2，S3，……SN；在钢筋101正对第一凹槽X1的表面挖一个深H，宽W，长为L2的第二凹槽X2，2H小于D1，在第二凹槽X2内每隔L2/N的距离安装一个应变片102，设为S1，，S2，，S3，，……SN，；N为第一凹槽X1或第二凹槽X2内应变片总数；所述第一凹槽X1与第二凹槽X2平行，第一凹槽X1内的应变片S1，S2，S3，……SN与第二凹槽X2内的应变片S1，，S2，，S3，，……SN，分别以钢筋的轴线对称，所述采集板103装在每个应变片102旁，每个采集板103的传输线通过航空插头连接；所述钢筋101的两端采用GB/T192-1981标准的普通公螺纹，长度为A，2A等于L1-L2；所述空心套管104P1长度为L3，L3等于L2/N，使得多根钢筋101连接时应变片102之间仍是等间距，空心套管104P1的外直径为D2，将采集板103引出的传输线放置在空心套管104中，空心套管104P1两端的内壁有长度为A的普通母螺纹，与钢筋101和钢管手柄105通过螺纹拧紧，螺纹都符合GB/T192-1981标准，2A小于L3；所述钢管手柄105P2长度为L4，钢管手柄105P2的一端有长度为A的普通公螺纹，螺纹符合GB/T192-1981标准，A小于L4，与空心套管104通过螺纹拧紧。
所述的采集板103包括：中央处理器106、模数转换电路107、RS485通信接口108，所述中央处理器采用MSP430G2553单片机；所述模数转换电路采用24位A/D转换芯片，用于将应变片采集的模拟量转换为可传输的数字量；所述RS485通信接口108用于将系统采集的应变数据传送给上位机。

Claims (3)

1.一种长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，其特征在于，包括：钢筋(101)、应变片(102)、采集板(103)、空心套管(104)及钢管手柄(105)，所述钢筋(101)是应变被测件，钢筋的应变能够同步反映巷道中浇筑在外面的混泥土的应变，所述空心套管(104)用于放置串行数据传输线以及连接钢筋或者手柄，所述应变片(102)是用于检测钢筋(101)应变的传感器，所述采集板(103)是用于控制应变数据采集以及数据传输的电路板，所述钢管手柄(105)是用作手柄以及需要传输数据线时用来拧开空心套管(104)。
2.根据权利要求1所述的长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，其特征在于，所述钢筋(101)长度为L1，横截面直径为D1，确定钢筋(101)上的应变被测点数N；在钢筋(101)表面挖一个深H，宽W，长度为L2的第一凹槽X1，在第一凹槽X1内每隔L2/N的距离安装一个应变片(102)，设为S1，S2，S3，……SN；在钢筋(101)正对第一凹槽X1的表面挖一个深H，宽W，长为L2的第二凹槽X2，2H小于D1，在第二凹槽X2内每隔L2/N的距离安装一个应变片(102)，设为S1，，S2，，S3，，……SN，；N为第一凹槽X1或第二凹槽X2内应变片总数；所述第一凹槽X1与第二凹槽X2平行，第一凹槽X1内的应变片S1，S2，S3，……SN与第二凹槽X2内的应变片S1，，S2，，S3，，……SN，分别以钢筋的轴线对称，所述采集板(103)装在每个应变片(102)旁，每个采集板(103)的传输线通过航空插头连接；所述钢筋(101)的两端采用GB/T192-1981标准的普通公螺纹，长度为A，2A等于L1-L2；所述空心套管(104)P1长度为L3，L3等于L2/N，使得多根钢筋(101)连接时应变片(102)之间仍是等间距，空心套管(104)P1的外直径为D2，将采集板(103)引出的传输线放置在空心套管(104)中，空心套管(104)P1两端的内壁有长度为A的普通母螺纹，与钢筋(101)和钢管手柄(105)通过螺纹拧紧，螺纹都符合GB/T192-1981标准，2A小于L3；所述钢管手柄(105)P2长度为L4，钢管手柄(105)P2的一端有长度为A的普通公螺纹，螺纹符合GB/T192-1981标准，A小于L4，与空心套管(104)通过螺纹拧紧。
3.根据权利要求2所述的的长度可调节的煤矿巷道应变采集装置，其特征在于，采集板(103)包括：中央处理器(106)、模数转换电路(107)、RS485通信接口(108)，所述中央处理器采用MSP430G2553单片机；所述模数转换电路采用24位A/D转换芯片，用于将应变片采集的模拟量转换为可传输的数字量；所述RS485通信接口(108)用于将系统采集的应变数据传送给上位机。
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