CN112033285A - 巷道断面位移测量系统及测量方法 - Google Patents

巷道断面位移测量系统及测量方法 Download PDF

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赵阳羲
王正胜
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Abstract

本发明实施例提供一种巷道断面位移测量系统及测量方法。该系统包括第一安装面板、三个测距装置和安装于第一安装面板上的固定支架和计算模块，第一安装面板固定于巷道的顶板上，三个测距装置固定安装于固定支架，使得三个测距装置处于同一平面并与巷道的宽度方向平行。本发明将三个测距装置以特定角度固定于固定支架上，通过三角函数计算，可实现实时测量，计算模块自动计算巷道顶板与底板之间的距离，巷道两帮之间的距离，测量精准，误差小。

Description

巷道断面位移测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及巷道监测技术领域，尤其涉及一种巷道断面位移测量系统及测量方法。
背景技术
在煤矿建设井巷工程中，为确保巷道安全，需要对巷道表面位移进行监测，监测内容包括顶底板相对移近量、两帮相对移进量，巷帮位移量等重要信息。目前常用方法为“十字法”测量顶底板距离、两帮距离，通过记录每次测量数据进行比对得出相对变化量。
目前“十字法”测量主要采用人工手持两个激光测距仪，十字交叉进行测量。这种测量方法存在以下缺陷：
人工测量受限因素较多，测量过程繁琐，人工测量产生的角度误差和读数误差较大，且实时性差，还会影响巷道正常工作。
发明内容
本发明实施例提供一种巷道断面位移测量系统及测量方法，用以解决现有技术中人工测量导致测量误差大和实时性差的缺陷，实现巷道表面位移实时测量，自动计算，测量精准，误差小。
本发明实施例提供一种一种巷道断面位移测量系统，包括：第一安装面板、第一测距装置、第二测距装置、第三测距装置和安装于所述第一安装面板上的固定支架和计算模块，所述第一安装面板固定于巷道的顶板上，所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置固定安装于所述固定支架，使得所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置处于同一平面并与所述巷道的宽度方向平行，且所述第一测距装置的测量端垂直朝向所述巷道的底板，所述第二测距装置的测量端以第一测量角度朝向巷道一帮，所述第三测距装置的测量端以第二测量角度朝向巷道另一帮，所述计算模块与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置电连接，用于处理监测到的距离信息。
其中，还包括角度传感器，所述角度传感器的测量端与所述固定支架连接，用于监测所述固定支架的偏角。
其中，还包括第二安装面板，所述第二安装面板扣合安装于所述第一安装面板，且在所述第二安装面板表面设置透明视窗，且所述透明视窗的位置与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置的位置对应设置。
其中，还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置电连接，用于指示所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置的工作状态。
其中，设定所述第一测量角度和所述第二测量角度的数值相同。
其中，所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置均为激光测距传感器。
本发明实施例还提供了一种根据本发明实施例的巷道断面位移测量系统的测量方法，包括：
获取所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置监测得到的距离值，
巷道顶板与底板之间的距离利用以下公式获得：
H＝H1
巷道两帮之间的距离利用以下公式计算：
L＝L1*sinα+L2*sinθ
其中，H代表巷道顶板与底板之间的距离；
H1代表第一测距装置监测得到的距离值；
L代表巷道两帮之间的距离；
L1代表第二测距装置监测得到的距离值；
α代表第二测距装置的测量端与第一测距装置的测量端之间的夹角；
L2代表第三测距装置监测得到的距离值；
θ代表第三测距装置的测量端与第一测距装置的测量端之间的夹角。
其中，设定θ＝α；则L＝(L1+L2)*sinα。
其中，还包括：
利用角度传感器监测固定支架的偏角；
若监测到固定支架产生偏角，则利用以下公式计算：
H＝H1'*cosβ*cosγ
L＝(L1'+L2')*sinα*cosβ*cosγ
其中，
H1'代表在此偏角状态下，第一测距装置监测得到的距离值；
cosβ代表固定支架沿所述巷道宽度方向产生的偏角；
cosγ代表固定支架沿所述巷道长度方向产生的偏角；
L1'代表在此偏角状态下，第二测距装置监测得到的距离值；
L2'代表在此偏角状态下，第三测距装置监测得到的距离值。
本发明实施例提供的巷道断面位移测量系统及测量方法，本测量系统安装于巷道顶面，在测量的同时不会影响巷道的正常使用，将测距装置以特定角度固定于固定支架上，可实现实时测量，计算模块自动计算巷道顶板与底板之间的距离，巷道两帮之间的距离，测量精准，误差小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种巷道断面位移测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例1的巷道横截面测量示意图；
图3是本发明实施例2的巷道横截面测量示意图；
图4是本发明实施例2的巷道纵截面测量示意图。
附图标记：
100：第一安装面板；201：第一测距装置；202：第二测距装置；203：第三测距装置；300：固定支架；400：角度传感器；500：第二安装面板；600：状态指示灯；700：透明视窗。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面结合图1描述本发明实施例的巷道断面位移测量系统，包括：第一安装面板100、第一测距装置201、第二测距装置202、第三测距装置203和安装于第一安装面板100上的固定支架300和计算模块，第一安装面板100固定于巷道的顶板上，第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203固定安装于固定支架300，使得第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203处于同一平面并与巷道的宽度方向平行，且第一测距装置201的测量端垂直朝向巷道的底板，第二测距装置202的测量端以第一测量角度朝向巷道一帮，第三测距装置203的测量端以第二测量角度朝向巷道另一帮，计算模块与第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203电连接，用于处理监测到的距离信息。
具体地，为了便于表达，可根据巷道建立立体坐标系，规定沿巷道宽度方向为X轴，长度方向为Y轴，高度方向为Z轴。可以理解的是：为了保证测量准确，第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203所在平面与X轴平行。在将第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203安装在固定支架300上时，需要预设探测角度，即第一测距装置201的探测角度与巷道底板垂直(即与Z轴平行)，第二测距装置202和第三测距装置203分别以第一测量角度和第二测量角度朝向巷道两帮。值得注意的是，第一测量角度和第二测量角度均是与第一测距装置201的探测角度所形成的夹角，即与Z轴之间的夹角。
计算模块通过直接获取第一测距装置201的距离数据即可得到巷道顶板和底板之间的距离，利用预设的第一测量角度、第二测量角度、第二测距装置202和第三测距装置203的距离数据，经过三角函数计算，转换为“十字法”测量结果，得到巷道两帮之间的距离。
本发明实施例提供的巷道断面位移测量系统，本测量系统安装于巷道顶面，在测量的同时不会影响巷道的正常使用，将测距装置以特定角度固定于固定支架300上，可实现实时测量，通过计算模块自动计算巷道顶板与底板之间的距离，巷道两帮之间的距离，测量精准，误差小。
其中，本实施例的巷道断面位移测量系统还包括角度传感器400，角度传感器400的测量端与固定支架300连接，用于监测固定支架300的偏角。由于固定支架300在测量过程中可能会发生偏移，导致第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203偏离于原来的测量角度，因此采用角度传感器400对固定支架300的偏角进行测量，利用三角函数转换为标准状态下的距离，从而对巷道位移变形量进行修正。具体地，本实施例中的角度传感器400采用三轴倾角传感器。
其中，本实施例的巷道断面位移测量系统还包括第二安装面板500，第二安装面板500扣合安装于第一安装面板100，且在第二安装面板500表面设置透明视窗700，且透明视窗700的位置与第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203的位置对应设置。本实施例中的第二安装面板500和第一安装面板100扣合安装，形成外部壳体，以避免内部的测距装置、固定支架300和计算模块受到冲击损坏。测距装置的射线可以从透明视窗700穿过进行测距。具体地，第一安装面板100用于安装系统的内部组件，并固定在巷道顶板上，可通过螺钉等紧固装置将第二安装面板500固定安装在第一安装面板100上。
其中，本实施例的巷道断面位移测量系统还包括状态指示灯600，状态指示灯600与第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203电连接，用于指示第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203的工作状态，当状态指示灯600亮起时，代表测距装置工作；状态指示灯600熄灭时，代表测距装置停止工作。进一步地，应当理解的是，状态指示灯600安装于第二安装面板500的外表面，以方便工作人员观察测距装置的工作状态。
其中，为了方便计算，设定第一测量角度和第二测量角度的数值相同。
其中，第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203均为激光测距传感器，发出的激光可由透明视窗700穿过并照射在对应的巷道内壁上，经反射后由采集器接收激光，进行距离测算。
通过以下两个实施例，介绍该巷道断面位移测量系统的测量方法
实施例1：
如图2所示，本发明实施例还公开了一种根据上述实施例的巷道断面位移测量系统的测量方法，该测量方法适用于固定支架300处于标准状态下(即固定支架300不发生角度变化的情况下)
包括：
获取第一测距装置201、第二测距装置202和第三测距装置203监测得到的距离值，
巷道顶板与底板之间的距离利用以下公式获得：
H＝H1
巷道两帮之间的距离利用以下公式计算：
L＝L1*sinα+L2*sinθ
其中，H代表巷道顶板与底板之间的距离；
H1代表第一测距装置201监测得到的距离值；
L代表巷道两帮之间的距离；
L1代表第二测距装置202监测得到的距离值；
α代表第二测距装置202的测量端与第一测距装置201的测量端之间的夹角；
L2代表第三测距装置203监测得到的距离值；
θ代表第三测距装置203的测量端与第一测距装置201的测量端之间的夹角。
根据公式：L＝L1*sinα+L2*sinθ
可知，本实施例将第二测距装置202和第三测距装置203测得距离数据通过三角函数转化为到第一测量角度的水平距离，将两者的水平距离相加即可得到巷道两帮之间的距离。
进一步地，设定θ＝α；则L＝(L1+L2)*sinα。
本实施例中可设定第二测距装置202的测量端和第三测距装置203的测量端分别与第一测距装置201的测量端之间的夹角相等，使得计算更加方便。
实施例2：
如图3和图4，若固定支架300由于变形产生角度变化，本实施例还包括：
利用角度传感器400监测固定支架300的偏角；
若监测到固定支架300产生偏角，则利用以下公式计算：
H＝H1'*cosβ*cosγ
L＝(L1'+L2')*sinα*cosβ*cosγ
其中，
H1'代表在此偏角状态下，第一测距装置201监测得到的距离值；
cosβ代表固定支架300沿巷道宽度(即X轴)方向产生的偏角；
cosγ代表固定支架300沿巷道长度(即Y轴)方向产生的偏角；
L1'代表在此偏角状态下，第二测距装置202监测得到的距离值；
L2'代表在此偏角状态下，第三测距装置203监测得到的距离值。
依据上述公式，可知本实施例将固定支架300发生的偏角通过三角函数进行修正，使得测得距离投影在对应的测量方向上。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种巷道断面位移测量系统，其特征在于，包括：第一安装面板、第一测距装置、第二测距装置、第三测距装置和安装于所述第一安装面板上的固定支架和计算模块，所述第一安装面板固定于巷道的顶板上，所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置固定安装于所述固定支架，使得所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置处于同一平面并与所述巷道的宽度方向平行，且所述第一测距装置的测量端垂直朝向所述巷道的底板，所述第二测距装置的测量端以第一测量角度朝向巷道一帮，所述第三测距装置的测量端以第二测量角度朝向巷道另一帮，所述计算模块与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置电连接，用于处理监测到的距离信息。
2.根据权利要求1所述的巷道断面位移测量系统，其特征在于，还包括角度传感器，所述角度传感器的测量端与所述固定支架连接，用于监测所述固定支架的偏角。
3.根据权利要求1所述的巷道断面位移测量系统，其特征在于，还包括第二安装面板，所述第二安装面板扣合安装于所述第一安装面板，且在所述第二安装面板表面设置透明视窗，且所述透明视窗的位置与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置的位置对应设置。
4.根据权利要求1所述的巷道断面位移测量系统，其特征在于，还包括状态指示灯，所述状态指示灯与所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置电连接，用于指示所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置的工作状态。
5.根据权利要求1所述的巷道断面位移测量系统，其特征在于，设定所述第一测量角度和所述第二测量角度的数值相同。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的巷道断面位移测量系统，其特征在于，所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置均为激光测距传感器。
7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的巷道断面位移测量系统的测量方法，其特征在于，包括：
获取所述第一测距装置、所述第二测距装置和所述第三测距装置监测得到的距离值，
巷道顶板与底板之间的距离利用以下公式获得：
H＝H1
巷道两帮之间的距离利用以下公式计算：
L＝L1*sinα+L2*sinθ
其中，H代表巷道顶板与底板之间的距离；
H1代表第一测距装置监测得到的距离值；
L代表巷道两帮之间的距离；
L1代表第二测距装置监测得到的距离值；
α代表第二测距装置的测量端与第一测距装置的测量端之间的夹角；
L2代表第三测距装置监测得到的距离值；
θ代表第三测距装置的测量端与第一测距装置的测量端之间的夹角。
8.根据权利要求7所述的巷道断面位移测量系统的测量方法，其特征在于，
设定θ＝α；则L＝(L1+L2)*sinα。
9.根据权利要求8所述的巷道断面位移测量系统的测量方法，其特征在于，还包括：
利用角度传感器监测固定支架的偏角；
若监测到固定支架产生偏角，则利用以下公式计算：
H＝H1'*cosβ*cosγ
L＝(L1'+L2')*sinα*cosβ*cosγ
其中，
H1'代表在此偏角状态下，第一测距装置监测得到的距离值；
cosβ代表固定支架沿所述巷道宽度方向产生的偏角；
cosγ代表固定支架沿所述巷道长度方向产生的偏角；
L1'代表在此偏角状态下，第二测距装置监测得到的距离值；
L2'代表在此偏角状态下，第三测距装置监测得到的距离值。
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