CN111721264A - 一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，主要包括测量座和控制盒，其中，测量座上的主要包括第一红外测距传感器和第二红外测距传感器，测量座用于巷道坡度相关数值的测量及取值；控制盒内的主要包括控制电路板、触摸屏、单片机及蓄电池，控制盒用于巷道坡度相关数值的计算及显示。其测量步骤分为两步：一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准；二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。本发明为便携式煤矿巷道局部坡度测量仪，不受巷道内昏暗视线的影响，主要通过几何算法自动测量煤矿巷道地面的局部坡度，其计算思路简单，可快速完成对坡度的测量及计算，且测量精确度高。

Description

一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及煤矿检测领域，具体为一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法。

背景技术

矿井巷道是在不同岩石中沿不同方向、以不同倾角、按不同断面和长度开凿的，服务于不同范围、用作不同用途的各种地下空间的总称。矿井巷道按照其空间尺寸、倾角方向、位置、服务范围及用途等进行命名和分类。由于煤矿巷道在刚修建后需要对其底部坡度进行测量，以此用于验收，但是目前的坡度测量仪大多是基于量角器改进的，其主要通过人眼读取测量数值，其测量误差较大，而且煤矿巷道内昏暗模糊，读值时需要借助照明灯等辅助设备，不仅携带麻烦，其测量效率较低。为了解决上述存在的问题，本发明设计了一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决由于煤矿巷道在刚修建后需要对其底部坡度进行测量，以此用于验收，但是目前的坡度测量仪大多是基于量角器改进的，其主要通过人眼读取测量数值，其测量误差较大，而且煤矿巷道内昏暗模糊，读值时需要借助照明灯等辅助设备，不仅携带麻烦，其测量效率较低等缺点，而提出一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：主要包括测量座和控制盒，所述测量座的顶座中间固定有控制盒，所述测量座的顶座两侧均固定有支架，所述测量座一侧的支架通过轴承连接有配重板，其配重板的底部中间固定有第一红外测距传感器，所述测量座另一侧的支架直接固定有配重板，其配重板的底部中间固定有第二红外测距传感器，所述测量座两侧支架的底部均啮合有校准螺杆，所述校准螺杆的顶部端头固定有校准台，所述控制盒主要由控制电路板、触摸屏、单片机及蓄电池组成。

其测量步骤共分为两步：

步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准。

步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。

优选的，步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准。将测量座和控制盒置于水平面上，启动控制盒，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器和第二红外测距传感器，第一红外测距传感器和第二红外测距传感器分别照射对应的校正台后，将两处测量值显示在触摸屏上，根据两处测量值之间的差值，分别对应调整其底部的校准螺杆，直至两测量值相同(在误差允许的范围内)。第二红外测距传感器主要用于校准第一红外测距传感器，由于第一红外测距传感器的测量值会随坡度的不同改变，而第二红外测距传感器的测量值为固定值，通过校准使得第一红外测距传感器测量的初始值(即测量仪置于水平面上其测量的值)与第二红外测距传感器的测量值相同，以此保证后续坡度测量的准确性。

优选的，步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。将测量座和控制盒置于巷道待测地面上，启动控制盒，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器和第二红外测距传感器，第一红外测距传感器和第二红外测距传感器分别照射对应的校正台后，将两处测量值显示在触摸屏上，通过触摸屏启动单片机，通过单片机内的运算程序对两处测量值进行计算，即刻可将坡度值显示在触摸屏上。工作人员直接查看触摸屏上的结果即可获取坡度值，其计算结果比人眼读值的精确度更高，而且通过红外测距传感器测距并不受昏暗环境的影响，工作人员也无需携带照明灯等辅助工具，即可轻松完成坡度测量。

优选的，所述单片机内寄存有三角函数运算程序，即反余弦值运算：γ＝arccos(a/b)，其中，γ为煤矿巷道地面的坡度角，a为第二红外测距传感器的测量值，b为第一红外测距传感器的测量值。在水平面校准时，第一红外测距传感器和第二红外测距传感器测得其到校准台的距离均为a，因此a为第一红外测距传感器的初始值。进入煤矿测量巷道地面时，由于第一红外测距传感器在轴承及配重块的影响一直保持垂直状态，其测量值会随坡度的不同而改变，此时第一红外传感器的测量值会变为b，而第二红外测距传感器的测量值为固定值a，也为第一红外测距传感器的初始值a，由几何关系可知，坡度角可通过γ＝arccos(a/b)公式直接求得。

优选的，所述测量座为双层一体式结构，其顶座与底座相互平行，因此底座的坡度角即为顶座的坡度角。

优选的，所述测量座顶座两侧的支架及配重板的尺寸大小均相同，其中，两侧支架均通过螺钉与测量座啮合固定，其中一侧配重板通过轴承与配合于其对应支架上，当改变坡度角时，此配重块在轴承及其自身重力的影响下会一直呈垂直状态，并不会随其支架倾斜，即第一红外测距传感器会一直呈垂直状态；其中另一侧配重板直接通过胶垂直固定于其对应支架上，当改变坡度角时，此配重块会跟随其支架呈倾斜状态，即第二红外测距传感器也会跟随呈倾斜状态。

优选的，所述测量座两侧支架的底部均通过螺纹啮合有校准螺杆，两处校准螺杆顶部端头处均通过胶水平固定有校准台，校准台呈圆形，两处校准台的直径并不相同，其中直径较大的校准台对应第一红外测距传感器，其中直径较大的校准台对应第二红外测距传感器，第一红外测距传感器和第二红外测距传感器均通过胶固定于对应配重块的底部中间。通过校准螺杆可以比较精确的控制校准台的进给量，以调整校准台与第一红外测距传感器或第二红外测距传感器的间距，校准台用于分别校准第一红外测距传感器的测量值和第二红外测距传感器的测量值并使之相等，是坡度测量的前提，以此保证坡度测量的准确性。

优选的，所述控制盒通过螺钉啮合固定于测量座的顶座中间，控制盒的外部主要包括主要触摸屏，控制盒的内部主要包括控制电路板、单片机及蓄电池，其中，控制盒以控制电路板为信号控制中心，分别与第一红外测距传感器、第二红外测距传感器、触摸屏、单片机和蓄电池相连接。其中，测量座主要用于巷道坡度相关数值的测量及取值，而控制盒主要用于巷道坡度相关数值的计算及显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明为便携式煤矿巷道局部坡度测量仪，无需携带照明灯等工具辅助照明，其测量不受巷道内昏暗视线的影响，主要通过几何算法自动测量煤矿巷道地面的局部坡度，其计算思路简单，可快速完成对坡度的测量及计算，且测量精确度高。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的左视结构示意图。

图3为本发明的右视结构示意图。

图4为本发明的俯视结构示意图。

图5为本发明的剖视结构示意图A-A。

图6为本发明的局部放大结构示意图B。

图7为本发明的局部放大结构示意图C。

图8为本发明校准时的测量原理图。

图9为本发明测量时的测量原理图。

图10为本发明的工作原理示意图。

图中：1-测量座，2-控制盒，3-支架，4-配重板，5-第一红外测距传感器，6-校准螺杆，7-校准台，8-第二红外测距传感器，9-轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：主要包括测量座1和控制盒2，所述测量座1的顶座中间固定有控制盒2，所述测量座1的顶座两侧均固定有支架3，所述测量座1一侧的支架3通过轴承9连接有配重板4，其配重板4的底部中间固定有第一红外测距传感器5，所述测量座1另一侧的支架直接固定有配重板4，其配重板4的底部中间固定有第二红外测距传感器8，所述测量座1两侧支架3的底部均啮合有校准螺杆6，所述校准螺杆6的顶部端头固定有校准台7，所述控制盒2主要由控制电路板、触摸屏、单片机及蓄电池组成。其测量步骤共分为两步：

步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准。

将测量座1和控制盒2置于水平面上，启动控制盒2，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8分别照射对应的校正台7后，将两处测量值显示在触摸屏上，根据两处测量值之间的差值，分别对应调整其底部的校准螺杆，直至两测量值相同(在误差允许的范围内)。第二红外测距传感器8主要用于校准第一红外测距传感器5，由于第一红外测距传感器5的测量值会随坡度的不同改变，而第二红外测距传感器8的测量值为固定值，通过校准使得第一红外测距传感器5测量的初始值(即测量仪置于水平面上其测量的值)与第二红外测距传感器8的测量值相同，以此保证后续坡度测量的准确性。

步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。

将测量座1和控制盒2置于巷道待测地面上，启动控制盒2，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8分别照射对应的校正台7后，将两处测量值显示在触摸屏上，通过触摸屏启动单片机，通过单片机内的运算程序对两处测量值进行计算，即刻可将坡度值显示在触摸屏上。工作人员直接查看触摸屏上的结果即可获取坡度值，其计算结果比人眼读值的精确度更高，而且通过红外测距传感器测距并不受昏暗环境的影响，工作人员也无需携带照明灯等辅助工具，即可轻松完成坡度测量。

单片机内寄存有三角函数运算程序，即反余弦值运算：γ＝arccos(a/b)，其中，γ为煤矿巷道地面的坡度角，a为第二红外测距传感器8的测量值，b为第一红外测距传感器5的测量值。在水平面校准时，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8测得其到校准台的距离均为a，因此a为第一红外测距传感器的初始值。进入煤矿测量巷道地面时，由于第一红外测距传感器5在轴承9及配重块4的影响一直保持垂直状态，其测量值会随坡度的不同而改变，此时第一红外传感器5的测量值会变为b，而第二红外测距传感器8的测量值为固定值a，也为第一红外测距传感器5的初始值a，由几何关系可知，坡度角可通过γ＝arccos(a/b)公式直接求得。

测量座1为双层一体式结构，其顶座与底座相互平行，因此底座的坡度角即为顶座的坡度角。

测量座1顶座两侧的支架3及配重板4的尺寸大小均相同，其中，两侧支架3均通过螺钉与测量座1啮合固定，其中一侧配重板4通过轴承9与配合于其对应支架3上，当改变坡度角时，此配重块4在轴承9及其自身重力的影响下会一直呈垂直状态，并不会随其支架3倾斜，即第一红外测距传感器5会一直呈垂直状态；其中另一侧配重板4直接通过胶垂直固定于其对应支架3上，当改变坡度角时，此配重块4会跟随其支架3呈倾斜状态，即第二红外测距传感器8也会跟随呈倾斜状态。

测量座1两侧支架3的底部均通过螺纹啮合有校准螺杆6，两处校准螺杆6顶部端头处均通过胶水平固定有校准台7，校准台7呈圆形，两处校准台7的直径并不相同，其中直径较大的校准台7对应第一红外测距传感器5，其中直径较大的校准台7对应第二红外测距传感器8，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8均通过胶固定于对应配重块4的底部中间。通过校准螺杆6可以比较精确的控制校准台7的进给量，以调整校准台7与第一红外测距传感器5或第二红外测距传感器8的间距，校准台7用于分别校准第一红外测距传感器5的测量值和第二红外测距传感器8的测量值并使之相等，是坡度测量的前提，以此保证坡度测量的准确性。

控制盒2通过螺钉啮合固定于测量座1的顶座中间，控制盒2的外部主要包括主要触摸屏，控制盒2的内部主要包括控制电路板、单片机及蓄电池，其中，控制盒2以控制电路板为信号控制中心，分别与第一红外测距传感器5、第二红外测距传感器8、触摸屏、单片机和蓄电池相连接。其中，测量座1主要用于巷道坡度相关数值的测量及取值，而控制盒2主要用于巷道坡度相关数值的计算及显示。

本发明的工作原理为：

本发明的测量步骤共分为两步：

步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准。

将测量座1和控制盒2置于水平面上，启动控制盒2，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8分别照射对应的校正台7后，将两处测量值显示在触摸屏上，根据两处测量值之间的差值，分别对应调整其底部的校准螺杆，直至两测量值相同(在误差允许的范围内)。第二红外测距传感器8主要用于校准第一红外测距传感器5，由于第一红外测距传感器5的测量值会随坡度的不同改变，而第二红外测距传感器8的测量值为固定值，通过校准使得第一红外测距传感器5测量的初始值(即测量仪置于水平面上其测量的值)与第二红外测距传感器8的测量值相同，以此保证后续坡度测量的准确性。

步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。

将测量座1和控制盒2置于巷道待测地面上，启动控制盒2，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8分别照射对应的校正台7后，将两处测量值显示在触摸屏上，通过触摸屏启动单片机，通过单片机内的运算程序对两处测量值进行计算，即刻可将坡度值显示在触摸屏上，工作人员直接查看触摸屏上的结果即可获取坡度值。

单片机的工作原理：其内部寄存有三角函数运算程序，即反余弦值运算：γ＝arccos(a/b)，其中，γ为煤矿巷道地面的坡度角，a为第二红外测距传感器8的测量值，b为第一红外测距传感器5的测量值。在水平面校准时，第一红外测距传感器5和第二红外测距传感器8测得其到校准台的距离均为a，因此a为第一红外测距传感器的初始值。进入煤矿测量巷道地面时，由于第一红外测距传感器5在轴承9及配重块4的影响一直保持垂直状态，其测量值会随坡度的不同而改变，此时第一红外传感器5的测量值会变为b，而第二红外测距传感器8的测量值为固定值a，也为第一红外测距传感器5的初始值a，由几何关系可知，坡度角可通过γ＝arccos(a/b)公式直接求得。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：主要包括测量座(1)和控制盒(2)，所述测量座(1)的顶座中间固定有控制盒(2)，所述测量座(1)的顶座两侧均固定有支架(3)，所述测量座(1)一侧的支架(3)通过轴承(9)连接有配重板(4)，其配重板(4)的底部中间固定有第一红外测距传感器(5)，所述测量座(1)另一侧的支架直接固定有配重板(4)，其配重板(4)的底部中间固定有第二红外测距传感器(8)，所述测量座(1)两侧支架(3)的底部均啮合有校准螺杆(6)，所述校准螺杆(6)的顶部端头固定有校准台(7)，所述控制盒(2)主要由控制电路板、触摸屏、单片机及蓄电池组成；

其测量步骤共分为两步：

步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准；

步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：步骤一，测量坡度前，将测量仪置于水平面上进行基准校准；

将测量座(1)和控制盒(2)置于水平面上，启动控制盒(2)，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器(5)和第二红外测距传感器(8)，第一红外测距传感器(5)和第二红外测距传感器(8)分别照射对应的校正台(7)后，将两处测量值显示在触摸屏上，根据两处测量值之间的差值，分别对应调整其底部的校准螺杆，直至两测量值相同(在误差允许的范围内)。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：步骤二，进入煤矿巷道，将测量仪置于待测巷道地面上，启动测量仪，经计算后对坡度值读取；

将测量座(1)和控制盒(2)置于巷道待测地面上，启动控制盒(2)，通过触摸屏分别打开第一红外测距传感器(5)和第二红外测距传感器(8)，第一红外测距传感器(5)和第二红外测距传感器(8)分别照射对应的校正台(7)后，将两处测量值显示在触摸屏上，通过触摸屏启动单片机，通过单片机内的运算程序对两处测量值进行计算，即刻可将坡度值显示在触摸屏上。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：所述单片机内寄存有三角函数运算程序，即反余弦值运算：γ＝arccos(a/b)，其中，γ为煤矿巷道地面的坡度角，a为第二红外测距传感器(8)的测量值，b为第一红外测距传感器(5)的测量值。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：所述测量座(1)为双层一体式结构，其顶座与底座相互平行。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：所述测量座(1)顶座两侧的支架(3)及配重板(4)的尺寸大小均相同，其中，两侧支架(3)均通过螺钉与测量座(1)啮合固定，其中一侧配重板(4)通过轴承(9)与配合于其对应支架(3)上，其中另一侧配重板(4)直接通过胶垂直固定于其对应支架(3)上。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：所述测量座(1)两侧支架(3)的底部均通过螺纹啮合有校准螺杆(6)，两处校准螺杆(6)顶部端头处均通过胶水平固定有校准台(7)，校准台(7)呈圆形，两处校准台(7)的直径并不相同，其中直径较大的校准台(7)对应第一红外测距传感器(5)，其中直径较大的校准台(7)对应第二红外测距传感器(8)，第一红外测距传感器(5)和第二红外测距传感器(8)均通过胶固定于对应配重块(4)的底部中间。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道局部坡度测量仪及测量方法，其特征在于：所述控制盒(2)通过螺钉啮合固定于测量座(1)的顶座中间，控制盒(2)的外部主要包括主要触摸屏，控制盒(2)的内部主要包括控制电路板、单片机及蓄电池，其中，控制盒(2)以控制电路板为信号控制中心，分别与第一红外测距传感器(5)、第二红外测距传感器(8)、触摸屏、单片机和蓄电池相连接。

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