CN105067163A - 一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置，包括：压力传感器、中央处理模块、显示装置和预警装置；所述压力传感器设置在支柱上，连接中央处理模块，用于采集支柱压力数据，并传输给中央处理模块；所述中央处理模块连接显示装置和预警装置，用于处理所述压力传感器采集到的数据，并产生显示信号和预警信号；所述显示装置，用于根据显示信号显示支柱压力值；所述预警装置，用于根据预警信号实现预警提示。本发明提出的压力数据监控装置，降低了零件更换成本，避免了在矿井下带电开盖调整阈值，且设置了预警系统，保证了采煤作业的安全运行。

Description

一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置

技术领域

本发明涉及矿井顶板监测的技术领域，尤其涉及一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置。

背景技术

履带行走支架车的使用，完善了采煤作业中短壁工作面的开采工艺及装备，提高了煤炭回收率，实现了安全高效，取得了较好的经济效益。

履带行走支架车包括车架、行走装置和悬架三个部分。车架是整体骨架，用来安装所有的集成架构和部件；行走装置用来支持机体，实现机体的行走功能；悬架是车架和行走装置之间互相传力的连接装置。为实现对顶板的支护，车架必不可少的部分就是支护板，支护板由四个支柱撑起，能够直接与顶板接触，可根据顶板的不同调整支护板的高度。用来测试四个支柱压力的压力表安装在支架车的前端中间位置，通过表盘架的卡和装置固定在支护板下侧。压力表是作业人员判定支架车支护顶板安全的标准，相当于作业人员的“眼睛”，其重要性不言而喻。但支架车在作业和使用过程中，存在煤堆挤压压力表盘的现象，长期挤压，容易导致表盘变形、损坏。此外，压力表盘为支架车的进口配件，购买、校准周期长，价格昂贵，给使用厂家带来诸多不便。

发明内容

本发明提供一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置，以监控顶板来压情况，保证采煤作业的安全运行。

本发明实施例提供了一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置，包括：压力传感器、中央处理模块、显示装置和预警装置；所述压力传感器设置在支柱上，连接中央处理模块，用于采集支柱压力数据，并传输给中央处理模块；所述中央处理模块连接显示装置和预警装置，用于处理所述压力传感器采集到的数据，并产生显示信号和预警信号；所述显示装置，用于根据显示信号显示支柱压力值；所述预警装置，用于根据预警信号实现预警提示。

本发明通过设计一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置，解决了现有技术中压力表高度过高，易被煤堆挤压损坏，及作为进口零件，更换时时效低、价格高的问题，保证了采煤作业的安全运行。

附图说明

图1是本发明实施例一中的压力数据监控装置的框架图；

图2是本发明实施例二中单色灯和三色灯的结构示意图；

图3a是本发明实施例三中的压力数据监控装置的前视图；

图3b是本发明实施例三中的压力数据监控装置的右视图；

图3c是本发明实施例三中的压力数据监控装置的俯视图；

图4是本发明实施例三中的压力数据监控装置的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的压力数据监控装置的框架图。如图1所示，压力数据监控装置包括压力传感器101、中央处理模块102、显示装置103和预警装置104；所述压力传感器101设置在支柱上，连接中央处理模块102，用于采集支柱压力数据，并传输给中央处理模块102；所述中央处理模块102连接显示装置103和预警装置104，用于处理所述压力传感器101采集到的数据，并产生显示信号和预警信号；所述显示装置103，用于根据显示信号显示支柱压力值；所述预警装置104，用于根据预警信号实现预警提示。

本发明实施例一中的压力数据监控装置适用于采煤作业中使用的履带行走支架车，用于检测顶板的来压情况，将支架车用于支撑支护板的四个支柱的压力值进行显示，并据此进行预警。支撑顶板的支护板是由四个支柱撑起的，每根支柱上的压力都会随支护板支撑顶板的情况进行改变，因此本发明将四个压力传感器设置在四个支柱上，分别测试四个支柱的受压值。压力传感器将压力值转化为电压信号传输给中央处理模块，中央处理模块对所述电压值进行处理，产生显示信号和预警信号，并分别将这两个信号传输给显示装置和预警装置，驱动显示装置显示四个支柱的压力值，预警装置进行安全预警。

进一步的，压力数据监控装置还包括遥控器，用于设定预警等级值、传感器测量值的零点和增益。

在压力监控装置出厂前，需要对其进行标校；在使用过程中，可能会调整报警参数。且压力监控装置的调零操作，以及压力传感器由压力值转换出的电压值的放大倍数，即增益，都需要人为调定。传统压力监控装置中这些值的设定需要将压力监控装置的外壳盖打开，在其内部进行设定，而在采煤作业中这种带电开盖的方式会给生产带来危险。本发明针对这个问题采用红外遥控操作的方式进行标校和阈值调整，在压力监控装置内部设置红外接收器，外部设置遥控器，由遥控器发出红外控制信号，接收器接收信号并由微控制单元(Micro-controllerUnit，MCU)处理器对信号进行处理，按照信号携带的控制信息调整对应的值。

进一步的，压力数据监控装置还包括胶封型本安电源，用于将电源电压转换为12V，为装置供电。

支架车后部控制箱内的电源为115V的交流电源，经胶封型本安电源后，变为压力数据监控装置所需的12V直流电压，对压力监控装置进行供电。且考虑到后期应用中电源接口的损坏及连接线的来向会根据需要进行调整，压力数据监控装置设置了预留电源接口。

此外，压力监控装置内部电路上采取了防雷击措施。

本发明实施例中的压力数据监控装置，集支柱压力采集、显示、预警于一体，实现了进口设备部件的国产化，有效降低了部件更换成本，提高了时效，此外，该装置还设置了红外遥控器，避免了在矿井下带电开盖调整阈值，且装置内部电路为本质安全型，保证了采煤作业的安全运行。

实施例二

本实施例二以实施例一为基础进行优化，在本实施例中，将实施例一中的显示装置优选为发光二极管(lightemittingdiode，LED)显示屏。

由于LED工作电压低，能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压(或电流)调节，其本身耐冲击、抗振动且寿命长，所以LED显示屏是一种常用的性能优良的显示器，本发明即优选的采用这种显示器作为压力值显示屏。

LED屏需显示4根支柱的压力值，优选的，显示压力值的单位为MPa，显示界面中分别设置“前左：”、“前右：”、“后左：”、“后右：”四个字样，四个字样在显示界面中使用两行两列的排列方式，“前左：”、“前右：”从左到右依次排列，作为第一行，“后左：”、“后右：”从左到右依次排列，作为第二行，其中，四个支柱的位置是相对支架车来说的。显示时，将实际测得的四个支柱压力值放到上述四个字样中对应字样的后面显示，四个字样及对应的压力值是同时在屏幕上显示的。例如：测得支架车前端左侧的支柱压力值为5MPa，那显示界面中与前左对应的位置会显示“前左：5MPa”。

进一步的，预警装置为单色灯和三色灯。

图2是本发明实施例二中单色灯和三色灯的结构示意图。如图2所示，单色灯210为红色灯221，三色灯220由红色灯221、黄色灯222和绿色灯223组成。预警显示要使作业人员快速了解当前的安全等级，且在安全等级发生变化时做出提示，为实现上述目标，本发明优选的将单色灯和三色灯配合使用进行预警。

进一步的，中央处理模块包括放大电路、滤波电路、采样电路、MCU处理器、LED驱动电路和红外接收电路，其中：放大电路、滤波电路、和采样电路顺序相连，用于将所述压力传感器采集的支柱压力数据进行放大、滤波和采样处理，并提供至MCU处理器；MCU处理器连接LED驱动电路、预警装置和红外接收电路，用于产生显示信号和预警信号，分别提供给所述LED驱动电路和预警装置，并处理遥控器发送的红外信号。

进一步的，所述MCU处理器包括提取模块、划分模块、生成模块和控制模块，其中：所述提取模块用于提取四个支柱压力值中的最大值；所述划分模块用于根据设定的区间端点值划分四个预警等级；所述生成模块用于判断所述最大值的预警等级，并据此生成预警信号；所述控制模块用于控制显示装置显示四个支柱的压力值，控制预警装置发出预警，并控制部件根据红外信号完成对应操作。

本发明实施例中的压力数据监控装置，设计了四级预警，具有压力区间指示和超压报警功能，且通过对压力传感器采集到的压力信号进行后续精细处理，使该装置具有精度高的特定。

实施例三

本实施例是实施例二的优选实施例。

图3a是本发明实施例三中的压力数据监控装置的前视图。如图3a所示，压力数据监控装置包括单色灯301、三色灯302、红外接收孔303、LED显示屏304、溜槽305、压力传感器接口306、电源接口307和预留电源接口308。中央处理模块设置在压力监控装置外壳的内部。图3b是本发明实施例三中的压力数据监控装置的右视图。图3c是本发明实施例三中的压力数据监控装置的俯视图。

溜槽305设置在压力数据监控装置的顶部，如图3c所示，溜槽305上设有椭圆形的凹槽，可与支架车的支撑板下侧对应形状的突起卡和，实现压力数据监控装置在支架车上的固定。

图4是本发明实施例三中的压力数据监控装置的电气原理图。如图4所示，该装置包括红外接收电路401、压力传感器402、放大电路403、滤波电路404、采样电路405、MCU处理器406、LED屏驱动电路407、LED显示屏408、单色灯409、三色灯410和胶封型本安电源411，其中红外接收电路401、放大电路403、滤波电路404、采样电路405、MCU处理器406、LED屏驱动电路407属于中央处理模块。

进一步的，所述压力传感器包括四个阻值相等的力敏电阻构成的惠斯通电桥，所述力敏电阻使用扩散工艺制备在硅膜片上。

压力传感器中压敏元件的电阻会随着其所受压力的变化而变化，当给压敏元件施加电压时，这种电阻的变化会转化为电压的变化。本实施例中的压力敏感元件利用了单晶硅的压阻效应，在硅膜片上，用集成工艺中的扩散法，形成4个阻值相等的力敏电阻，经蒸镀铝电解及连线，接成惠斯通电桥，再用压焊法与外引线相连。硅膜片的一侧是和被测系统相连的高压腔，另一侧为低压腔，当硅膜片两边存在压力差而发生形变时，膜片各点产生应力，从而使扩散电阻的阻值变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，其电压的大小反映膜片所承受的压力差值。

由于压力传感器输出的电压值很小，为毫伏信号，不能直接采样，因此设计了放大电路，优选的，放大电路采用仪表放大器。经放大电路放大后的信号输出给滤波电路进行滤波，以消除共模干扰，优选的，滤波电路采用巴特沃斯二阶低通滤波电路，可有效地消除共模干扰，特别是电源工频50Hz及谐波。采样电路对滤波电路输出的信号进行采样，并将采集到的信号传输给MCU处理器。由MCU处理器对信号进行处理，产生对应的驱动信号及预警信号，进而驱动LED屏驱动电路使LED屏显示压力值，并指示单色灯和三色灯根据驱动信号发出预警提示。此外，红外接收电路接收由遥控器发出的红外控制信号，并输出给MCU处理器，MCU处理器对信号进行处理，并据此控制对应的部件进行调整。

为提示作业人员顶板的来压，本发明设计的压力监控装置将四个支柱的压力值在LED显示屏上进行显示，但是作业人员在忙碌的工作时不会去注意LED显示屏上的示数，故需给出更为明显并易被短时间捕获的来压提示信息，告知作业人员当前安全等级，因此设置预警系统，本发明使用了提示灯，包括单色灯和三色灯。为提高安全性，选取四个支柱压力中的最大值作为预警参考值。

MUC处理器划分了4个预警等级，由低到高依次为LOW、MID、HIGH和MAX；5个区间，分别为Zero-LOW、LOW-MID、MID-HIGH、HIGH-MAX和＞MAX。当预警参考值落在不同区间时，单色灯和三色灯会有不同的指示。且预警参考值在不同区间变换时，单色灯会以闪烁的方式来提示。上述对应关系为：一、升压过程中：预警参考值落在Zero-LOW区间时，单色灯和三色灯均不亮；预警参考值落在LOW-MID区间时，单色灯不亮，三色灯的绿灯亮；预警参考值落在MID-HIGH区间时，单色灯不亮，三色灯的黄灯亮；预警参考值落在HIGH-MAX区间时，单色灯不亮，三色灯的红灯亮；预警参考值落在＞MAX区间时，单色灯亮，三色灯的红灯亮。二、降压过程中指示灯在各预警区间时的亮起情况和升压过程相同。上述过程中，单色灯在预警参考值跨区间时闪烁5秒。例如，预警参考值落在Zero-LOW区间时，单色灯不亮，三色灯的绿灯亮，当预警参考值从Zero-LOW变为LOW-MID时，三色灯的绿灯不灭，单色灯闪烁5秒，然后单色灯灭，三色灯的绿灯灭，黄灯亮。

本发明实施例中的压力数据监控装置，在压敏元件的设计上采用了惠斯通电桥结构，提高了该装置对微弱压变数据的采集能力；通过单色灯和三色灯配合显示的方式实现了四级预警，具有压力区间指示和超压报警功能；通过对压力传感器采集到的压力信号进行后续精细处理，使该装置具有精度高的特点；该装置的厚度小于履带支架车原有压力表的高度，避免了因煤堆长期积压易变形的问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种基于履带行走支架车的压力数据监控装置，其特征在于，包括：压力传感器、中央处理模块、显示装置和预警装置；

所述压力传感器设置在支柱上，连接中央处理模块，用于采集支柱压力数据，并传输给中央处理模块；

所述中央处理模块连接显示装置和预警装置，用于处理所述压力传感器采集到的数据，并产生显示信号和预警信号；

所述显示装置，用于根据显示信号显示支柱压力值；

所述预警装置，用于根据预警信号实现预警提示。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括遥控器，用于设定预警等级值、传感器测量值的零点和增益。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括胶封型本安电源，用于将电源电压转换为12V，为装置供电。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述显示装置为发光二极管LED显示屏。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预警装置为单色灯和三色灯。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，中央处理模块包括放大电路，滤波电路、采样电路、微控制单元MCU处理器、LED驱动电路和红外接收电路，其中：

放大电路、滤波电路、和采样电路顺序相连，用于将所述压力传感器采集的支柱压力数据进行放大、滤波和采样处理，并提供至MCU处理器；

MCU处理器连接LED驱动电路、预警装置和红外接收电路，用于产生显示信号和预警信号，分别提供给所述LED驱动电路和预警装置，并处理遥控器发送的红外信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述MCU处理器包括提取模块、划分模块、生成模块和控制模块，其中：

所述提取模块用于提取四个支柱压力值中的最大值；

所述划分模块用于根据设定的区间端点值划分四个预警等级；

所述生成模块用于判断所述最大值的预警等级，并据此生成预警信号；

所述控制模块用于控制显示装置显示四个支柱的压力值，控制预警装置发出预警，并控制部件根据红外信号完成对应操作。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器包括四个阻值相等的力敏电阻构成的惠斯通电桥，所述力敏电阻使用扩散工艺制备在硅膜片上。