CN212508266U - 一种集成式孔中物探传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种集成式孔中物探传感器，包括声发射传感器、弹性波传感器、电磁波传感器和两个连接杆，所述声发射传感器、所述弹性波传感器和所述电磁波传感器通过所述连接杆固定连接，所述声发射传感器、所述弹性波传感器和所述电磁波传感器依次通过电连接，所述声发射传感器外部设置有多个弹性倒爪，所述弹性倒爪沿着所述声发射传感器的外环间隔布置，将集成式的传感器放入煤层内的钻孔中，通过声发射信号、弹性波信号和电磁波信号，对煤层的地层结构、煤层内的介质以及煤层的瓦斯突出现象进行监测，实施分析各类信息综合得到完整准确的地质情况，提升了对煤层的地层信息监测的准确性，降低了对煤层采掘的风险性。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种集成式孔中物探传感器。
背景技术
国外声发射技术的研究主要集中在波兰、南非、德国等，主要用于金属矿山、煤矿、隧道、边坡等的稳定性监测。基础研究主要还是集中在岩石类材料的声发射特征规律研究。近些年国外在煤矿领域的声发射应用研究比较少，主要集中在冲击地压、岩爆等灾害方面的微地震监测技术研究，对于煤与瓦斯突出声发射监测技术很少见到相关报道。
弹性波监测方面相关技术主要是随钻地震方面的相关研究，位于地面、钻柱顶端或井下的检波器或水听器接收来自震源的信息，这些振动信息经加工处理，可以实时获得各种地层参数(如层速度、钻头前方反射界面的深度等），根据获得的各种地质参数可以估算出钻头前方待钻地层的岩石类型，岩石孔隙度、孔隙压力和其它声学敏感的岩石参数，同时，结合声波测井资料，可以更准确地研究井眼附近的地层性质。
将电磁波传播理论应用于地质勘探领域，最早始于上世纪初期。前苏联和欧洲一些国家的科研人员进行了一系列的相关理论探索和野外试验工作。具体到坑道无线电。逐步形成了一种独立的物探方法，该方法后来又称为无线电波透视法。但由于煤层和金属矿床在赋存条件、成因等方面存在着巨大差异，因此在煤矿井下与金属矿山进行电磁波探测有着本质的区别。
对于将声发射、弹性波、电磁波融于一体，根据监测数据同时进行分析并给出相应的结果的装置目前仍未出现。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中煤层监测信号的单一现象，造成对煤层整体信息检测不完整的问题，提供一种集成式孔中物探传感器。
为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：
一种集成式孔中物探传感器，包括声发射传感器、弹性波传感器、电磁波传感器和两个连接杆，所述声发射传感器、所述弹性波传感器和所述电磁波传感器通过所述连接杆固定连接，所述声发射传感器、所述弹性波传感器和所述电磁波传感器依次通过电连接，所述声发射传感器外部设置有多个弹性倒爪，所述弹性倒爪沿着所述声发射传感器的外环间隔布置。
作为本实用新型的优选方案，所述声发射传感器包括声发射外壳、声发射集成组、声发射控制电路板和航空插座，所述声发射集成组固定在所述声发射外壳内部的前端，所述声发射控制电路板固定在所述声发射外壳内部的中间，所述航空插座固定在所述声发射外壳的后端，所述声发射集成组、所述声发射控制电路板和航空插座依次电连接，所述弹性倒爪设置在所述声发射外壳上，声发射传感器用于监测煤层破裂瞬间产生的信号，通过采集分析，提取出煤层内瓦斯突出前相关的信息，为煤层的掘进提供有力的信号。
作为本实用新型的优选方案，所述声发射外壳的前端固定有端盖，所述端盖的前端固定有弧形前进头，所述声发射外壳的后端固定有声发射接头，所述航空插座设置在所述声发射接头上，所述声发射接头的外环设置有所述弹性倒爪，端盖和声发射接头为声发射外壳内部的声发射集成组和声发射控制电路板提供了密封保障，避免粉尘进入造成干扰，弧形前进头便于声发射外壳在钻孔内移动，减小进入钻孔内的阻力，并防止声发射传感器的前进端被碎石屑卡住，在声发射接头上同样设置弹性倒爪提高了声发射传感器在钻孔内的稳定性，避免声发射传感器的移动；声发射控制电路板通过传感头接收声波信号，再由低噪音精密仪表放大器放大，然后对一不同的元件为基础进行整相相加，并生成多个接收数据，经过AD模块采样后，由CPU进行处理、判别、计算、逻辑比较后，将结果传输出去。
作为本实用新型的优选方案，所述声发射接头与所述连接杆螺纹连接。
作为本实用新型的优选方案，所述弹性波传感器包括弹性波外壳、弹性波集成组、弹性波控制电路板、电源管理模块和航空插座，所述弹性波外壳的两端均设置有弹性波接头，所述弹性波控制电路板设置在所述弹性波外壳内部的前端，所述弹性波控制电路板设置在所述弹性波外壳内部的中部，所述电源管理模块设置在所述弹性波外壳的后端，所述航空插座设置在所述弹性波接头上，采集综掘机在进行采掘时，产生弹性波信号，通过弹性波信号在不同介质分界面中传播的不同速度判断煤层内是否存在介质的异常；弹性波集成电路板通过传感头接收弹性波信号，通过滤波模块进行滤波，再由微弱信号放大模块放大，经过AD模块采样后，由CPU进行处理、判别、计算、逻辑比较后，将结果传输出去。
作为本实用新型的优选方案，所述弹性波接头与所述连接杆螺纹连接。
作为本实用新型的优选方案，所述电磁波传感器包括电磁波外壳、滤波模块、电磁波控制电路板和航空插座，所述电磁波外壳的两端均设置有电磁波接头，所述电磁波接头上设置有所述航空插座，所述滤波模块设置在所述电磁波外壳内部的前端，所述电磁波控制电路板设置在所述电磁波外壳内部的后端，电磁波传感器采用微型小尺寸接收天线，采用极窄带滤波原理，在煤层介质中发射和接收，主要监测煤层中的电磁波信号的增加和件，通过电磁波信号幅度的改变来判断介质中存在或新形成的构造，为瓦斯突出的预测提供有力的保障；电磁波控制电路板由天线模块接收电磁波信号，然后由放大模块进行调谐和放大，再和本振信号进行混频，混频后的信号输入到滤波模块进行滤波处理，然后再进行放大后进入数字模块的CPU进行采样、计算后，将结果传输出去。
作为本实用新型的优选方案，所述电磁波传感器前端的电磁波接头与所述连接杆螺纹连接，所述电磁波传感器后端的电磁波接头同样螺纹连接有连接杆。
作为本实用新型的优选方案，所述电磁波外壳为无磁材料，避免对电磁波信号造成影响。
作为本实用新型的优选方案，所述连接杆为圆环杆，各个传感器之间的连接线由连接杆内部通过，避免整体在钻孔内滑动的时候线束被煤层磨损。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、将集成式的传感器放入煤层内的钻孔中，通过声发射信号、弹性波信号和电磁波信号，对煤层的地层结构、煤层内的介质以及煤层的瓦斯突出现象进行监测，实施分析各类信息综合得到完整准确的地质情况，提升了对煤层的地层信息监测的准确性，降低了对煤层采掘的风险性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为声发射传感器的结构示意图；
图3为弹性波传感器的结构示意图；
图4为电磁波传感器的结构示意图；
图中标记：1-声发射传感器，11-声发射外壳，12-声发射集成组，13-声发射控制电路板，14-端盖，15-前进头，16-声发射接头，2-弹性波传感器，21-弹性波外壳，22-弹性波集成组，23-弹性波控制电路板，24-电源管理模块，25-弹性波接头，3-电磁波传感器，31-电磁波外壳，32-滤波模块，33-电磁波控制电路板，34-电磁波接头，4-连接杆，5-弹性倒爪，6-航空插座，7-煤层，8-钻孔。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
实施例1
如图1-图4所示，一种集成式孔中物探传感器，包括声发射传感器1、弹性波传感器2、电磁波传感器3和两个连接杆4，所述声发射传感器1、所述弹性波传感器2和所述电磁波传感器3通过所述连接杆4固定连接，所述声发射传感器1、所述弹性波传感器2和所述电磁波传感器3依次通过电连接，所述声发射传感器1外部设置有多个弹性倒爪5，所述弹性倒爪5沿着所述声发射传感器1的外环间隔布置。
如图2所示，所述声发射传感器1包括声发射外壳11、声发射集成组12、声发射控制电路板13和航空插座6，所述声发射集成组12固定在所述声发射外壳11内部的前端，所述声发射控制电路板13固定在所述声发射外壳11内部的中间，所述航空插座6固定在所述声发射外壳11的后端，所述声发射集成组12、所述声发射控制电路板13和航空插座6依次电连接，所述弹性倒爪5设置在所述声发射外壳11上，声发射传感器1用于监测煤层破裂瞬间产生的信号，通过采集分析，提取出煤层内瓦斯突出前相关的信息，为煤层的掘进提供有力的信号。
如图2所示，所述声发射外壳11的前端固定有端盖14，所述端盖14的前端固定有弧形前进头15，所述声发射外壳11的后端固定有声发射接头16，所述航空插座6设置在所述声发射接头16上，所述声发射接头16的外环设置有所述弹性倒爪5，端盖14和声发射接头16为声发射外壳11内部的声发射集成组12和声发射控制电路板13提供了密封保障，避免粉尘进入造成干扰，弧形前进头15便于声发射外壳11在钻孔内移动，减小进入钻孔8内的阻力，并防止声发射传感器1的前进端被碎石屑卡住，在声发射接头16上同样设置弹性倒爪5提高了声发射传感器1在钻孔8内的稳定性，避免声发射传感器1的移动；声发射控制电路板13通过传感头接收声波信号，再由低噪音精密仪表放大器放大，然后对一不同的元件为基础进行整相相加，并生成多个接收数据，经过AD模块采样后，由CPU进行处理、判别、计算、逻辑比较后，将结果传输出去，本实施例中所说的前端和后端指的分别是如图2中的左边为前端，右边为后端，实际使用过程中，将集成式传感器送入钻孔8的过程中，前端即前进头15在孔的底部。
本实施例中，所述声发射接头16与所述连接杆4螺纹连接。
如图3所示，所述弹性波传感器2包括弹性波外壳21、弹性波集成组22、弹性波控制电路板23、电源管理模块24和航空插座6，所述弹性波外壳21的两端均设置有弹性波接头25，所述弹性波控制电路板23设置在所述弹性波外壳21内部的前端，所述弹性波控制电路板23设置在所述弹性波外壳21内部的中部，所述电源管理模块24设置在所述弹性波外壳21的后端，所述航空插座6设置在所述弹性波接头25上，采集综掘机在进行采掘时，产生弹性波信号，通过弹性波信号在不同介质分界面中传播的不同速度判断煤层内是否存在介质的异常；弹性波控制电路板23通过传感头接收弹性波信号，通过滤波模块进行滤波，再由微弱信号放大模块放大，经过AD模块采样后，由CPU进行处理、判别、计算、逻辑比较后，将结果传输出去，如图3所示，前端指的是图3中的左边，后端指的是图3中的右边，本实施例中，弹性波传感器2前端的弹性波接头25通过连接杆4与前端的声发射传感器1连接，弹性波传感器2后端的弹性波接头25通过连接杆4与后端的电磁波传感器3连接。
本实施例中，所述弹性波接头25与所述连接杆4螺纹连接。
如图4所示，所述电磁波传感器3包括电磁波外壳31、滤波模块32、电磁波控制电路板33和航空插座6，所述电磁波外壳31的两端均设置有电磁波接头34，所述电磁波接头34上设置有所述航空插座6，所述滤波模块32设置在所述电磁波外壳31内部的前端，所述电磁波控制电路板33设置在所述电磁波外壳31内部的后端，电磁波传感器3采用微型小尺寸接收天线，采用极窄带滤波原理，在煤层介质中发射和接收，主要监测煤层中的电磁波信号的增强或衰减，通过电磁波信号幅度的改变来判断介质中存在或新形成的构造，为瓦斯突出的预测提供有力的保障；电磁波控制电路板由天线模块接收电磁波信号，然后由放大模块进行调谐和放大，再和本振信号进行混频，混频后的信号输入到滤波模块进行滤波处理，然后再进行放大后进入数字模块的CPU进行采样、计算后，将结果传输出去。
本实施例中，所述电磁波传感器3前端的电磁波接头34与所述连接杆4螺纹连接，所述电磁波传感器3后端的电磁波接头34同样螺纹连接有连接杆4。
本实施例中，所述电磁波外壳31为无磁材料，避免对电磁波信号造成影响；所述连接杆4为圆环杆，各个传感器之间的连接线由连接杆4内部通过，避免整体在钻孔8内滑动的时候线束被煤层7磨损，声发射传感器1、弹性波传感器2和电磁波传感器3通过圆环杆4连接，各个传感器之间的连接线上设置航空插头，航空插头与航空插座连接实现各个传感器的连接，连接线设置在圆环杆4的内部，减少线束的磨损，提高了传感器的使用寿命。
如图2-图4所示，航空插座6固定在声发射接头16、弹性波接头25和电磁波接头34的中部，用于航空插头适配，并不影响各个声发射接头16、弹性波接头25和电磁波接头34与连接杆4的螺纹连接。
本申请的具体工作流程：如图1所示，在煤层7内钻出钻孔8，通过钻杆连接连接杆4，将集成式传感器整体送入钻孔8内，通过声发射传感器1上的弹性倒爪5和连接杆4上的弹性倒爪5将集成式传感器整体支撑在钻孔8内，防止传感器滑脱掉落，通过声发射传感器1、弹性波传感器2和电磁波传感器3分别通过声波信号、弹性波信号和电磁波信号采集煤层7的信息，通过各个传感器采集到的信号整合判断出煤层8准确的地质情况，提升了对煤层8的地层信息监测的准确性，降低了煤层8采掘的风险性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成式孔中物探传感器，其特征在于，包括声发射传感器（1）、弹性波传感器（2）、电磁波传感器（3）和两个连接杆（4），所述声发射传感器（1）、所述弹性波传感器（2）和所述电磁波传感器（3）通过所述连接杆（4）固定连接，所述声发射传感器（1）、所述弹性波传感器（2）和所述电磁波传感器（3）依次通过电连接，所述声发射传感器（1）外部设置有多个弹性倒爪（5），所述弹性倒爪（5）沿着所述声发射传感器（1）的外环间隔布置。
2.根据权利要求1所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述声发射传感器（1）包括声发射外壳（11）、声发射集成组（12）、声发射控制电路板（13）和航空插座（6），所述声发射集成组（12）固定在所述声发射外壳（11）内部的前端，所述声发射控制电路板（13）固定在所述声发射外壳（11）的内部，所述航空插座（6）固定在所述声发射外壳（11）的后端，所述声发射集成组（12）、所述声发射控制电路板（13）和航空插座（6）依次电连接，所述弹性倒爪（5）设置在所述声发射外壳（11）上。
3.根据权利要求2所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述声发射外壳（11）的前端固定有端盖（14），所述端盖（14）的前端固定有弧形前进头（15），所述声发射外壳（11）的后端固定有声发射接头（16），所述航空插座（6）设置在所述声发射接头（16）上，所述声发射接头（16）的外环设置有所述弹性倒爪（5）。
4.根据权利要求3所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述声发射接头（16）与所述连接杆（4）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述弹性波传感器（2）包括弹性波外壳（21）、弹性波集成组（22）、弹性波控制电路板（23）、电源管理模块（24）和航空插座（6），所述弹性波外壳（21）的两端均设置有弹性波接头（25），所述弹性波控制电路板（23）设置在所述弹性波外壳（21）内部的前端，所述弹性波控制电路板（23）设置在所述弹性波外壳（21）内部的中部，所述电源管理模块（24）设置在所述弹性波外壳（21）的后端，所述航空插座（6）设置在所述弹性波接头（25）上。
6.根据权利要求5所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述弹性波接头（25）与所述连接杆（4）螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述电磁波传感器（3）包括电磁波外壳（31）、滤波模块（32）、电磁波控制电路板（33）和航空插座（6），所述电磁波外壳（31）的两端均设置有电磁波接头（34），所述电磁波接头（34）上设置有航空插座（6），所述滤波模块（32）设置在所述电磁波外壳（31）内部的前端，所述电磁波控制电路板（33）设置在所述电磁波外壳（31）内部的后端。
8.根据权利要求7所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述电磁波传感器（3）前端的电磁波接头（34）与所述连接杆（4）螺纹连接，所述电磁波传感器（3）后端的电磁波接头（34）同样螺纹连接有连接杆（4）。
9.根据权利要求7所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述电磁波外壳（31）为无磁材料。
10.根据权利要求1所述的集成式孔中物探传感器，其特征在于，所述连接杆（4）为圆环杆。
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