CN218156633U - 一种矿用本安压力仪表 - Google Patents

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韩会峰
李鑫明
周传凤
侯凡华
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Abstract

一种矿用本安压力仪表,包括表壳、表芯、波登管和连接台座,所述波登管包括连接段、涡卷段和摆动段,所述连接段和摆动段分别连接在涡卷段的两端,所述连接段与连接台座连通,所述表壳中还设置有光栅单元,所述光栅单元包括光栅悬臂梁和应变光栅,所述光栅悬臂梁的一端与连接台座固定连接,另一端通过连接绳与波登管的摆动段末端连接,所述应变光栅沿光栅悬臂梁长度方向,紧贴在光栅悬臂梁表面设置,并通过光纤光缆与设置矿井外的光纤顶板动态监测主机连接,光纤顶板动态监测主机能够解析应变光栅中光信号的波长变化,远程监控并记录压力仪表的压力变化,因为采用了无源本安的光纤技术,不会引爆矿井内的易燃易爆气体。

Description

一种矿用本安压力仪表
技术领域
本实用新型涉及光纤光栅传感技术领域,具体涉及一种矿用本安压力仪表。
背景技术
在矿井作业中有时会发生诸如顶板离层位移塌陷等事故,会造成严重的人员伤亡和财产损失。而经过研究发现,在顶板离层位移塌陷等类似事故发生之前,矿井巷道的墙壁及顶板所承受的压力会发生异常变化,通过监测这种压力异常变化能够对事故的发生做出准确预警,提前通知矿井中的人员进行逃生。
监测这种压力异常变化主要手段是在墙壁及顶板上钻孔,塞入液压油包,在液压油包上安装压力仪表,通过监控液压油包中的压力变化来感知矿井巷道墙壁及顶板所受压力变化。
但目前使用的传统压力仪表只能现场实时显示压力变化,方便矿井中的人员进行观察,并不具备记录能力,而对顶板离层位移塌陷等矿难事故的预测,需要对某一时间段内的压力变化进行分析才能够更准确得出,才可以有效避免误报或漏报的情况发生,而且矿难的发生往往是大规模的,矿难预警必须从矿井外发送到各个巷道中,才能更全面且及时的通知工人从矿井中撤出,这些能力是传统压力仪表所不具备的,而在传统压力仪表上加装有源的信号发射器等设备又会存在引爆矿井内易燃易爆气体的风险,而且矿井内环境复杂会严重干扰信号发射器发出的电信号。
实用新型内容
为解决上述问题,本实用新型提供一种矿用本安压力仪表,该压力仪表采用光纤技术,将采集到的液压油包的压力变化转化为光纤内光信号的变化,实时传递给矿外的光纤顶板动态监测主机进行解析和记录,光纤技术无源本安的特点,能够避免引爆矿井内易燃易爆气体,而且抗干扰能力强,光信号的传播不容易被干扰。
本实用新型的技术方案如下:
一种矿用本安压力仪表,包括表壳、表芯、波登管和连接台座,所述连接台座一端设置在表壳中与波登管连通,另一端伸出表壳外与液压油包连接,液压油包中的压力变化能够使波登管形变,从而使波登管带动表芯的表针转动,指向表盘上相应的压力刻度,所述波登管包括连接段、涡卷段和摆动段,所述连接段和摆动段分别连接在涡卷段的两端,所述连接段与连接台座连通,所述表壳中还设置有光栅单元,所述光栅单元包括光栅悬臂梁和应变光栅,所述光栅悬臂梁的一端与连接台座固定连接,另一端通过连接绳与波登管的摆动段末端连接,所述应变光栅沿光栅悬臂梁长度方向,紧贴在光栅悬臂梁表面设置,并通过光纤光缆与设置矿井外的光纤顶板动态监测主机连接,光纤顶板动态监测主机能够解析应变光栅中光信号的波长变化,远程监控并记录压力仪表的压力变化,因为采用了无源本安的光纤技术,不会引爆矿井内的易燃易爆气体。
如上所述的一种矿用本安压力仪表,所述波登管的连接段和摆动段都为直管,所述涡卷段的形状为螺旋状,所述摆动段的末端通过连接杆与表芯连接,还通过连接绳与光栅悬臂梁连接,所述连接段与摆动段的夹角为30-60度,当液压油包受到钻孔内壁的挤压时,波登管的涡卷段膨胀变形,进而带动摆动段发生摆动。
进一步的,所述涡卷段的螺旋圈数为1.5-3圈,螺旋圈数太少,压力不容易使摆动段产生足够角度的摆动,圈数太多,容易使摆动段摆动幅度过大。
如上所述的一种矿用本安压力仪表,所述光栅悬臂梁包括固定部、形变部和连接部,所述形变部的形状为等腰三角形,所述连接部设置在形变部顶角的一端,通过连接绳与波登管的摆动段连接,使波登管能够更容易的拉动光栅悬臂梁的形变部发生弯曲变形,所述固定部设置在形变部底边的一端,其通过固定螺栓垂直于连接绳,水平固定在连接台座朝内的一端。
进一步的,所述形变部的表面设置有光栅槽,所述光栅槽的一端与形变部的顶端连接,另一端与形变部的底边垂直连接,所述应变光栅设置在光栅槽中,以此来防止应变光栅固定在形变部表面上之后出现滑移。
进一步的,所述连接部上设置有上下贯穿的连接孔,所述连接绳从连接孔中穿过,所述连接绳穿过连接孔之后的位置上设置有固定夹块,所述固定夹块的尺寸大于连接孔的直径,使所述固定夹块能够卡住连接孔,无法从连接孔中穿过。
进一步的,所述固定夹块的形状包括圆柱形,其轴线垂直于光栅悬臂梁的设置方向,所述固定夹块的一侧设置有固定夹缝,所述固定夹缝的宽度不小于连接绳的直径,用工具夹紧固定夹块,使固定夹缝闭合,即可完成连接绳与固定夹块的固定。
实用新型相对于现有技术所取得的有益效果在于:
本实用新型一种矿用本安压力仪表,所述压力仪表除了能够利用波登管带动表芯的转动,进而使表针现场指示实时压力之外,其光栅单元还能够将波登管的形变转化为光栅悬臂梁的弯曲形变,进而改变应变光栅中光信号的波长,远程显示并记录液压油包的压力变化,而光栅单元无源且本安的特点能够避免引爆矿井内的易燃易爆气体,使所述压力仪表能够在充满易燃易爆气体的矿井内进行使用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本实用新型的限制。
在附图中:
图1为实施例1中一种矿用本安压力仪表的内部结构示意图;
图2为实施例1中光栅单元的结构示意图;
图3为实施例1中固定夹块的结构示意图;
图中各附图标记所代表的组件为:
1、表壳;2、表芯;21、表针;22、连接杆;3、波登管;31、连接段;32、涡卷段;33、摆动段;34、连接绳;35、固定夹块;36、固定夹缝;4、连接台座;5、光栅单元;51、光栅悬臂梁;52、应变光栅;53、固定部;54、形变部;55、连接部;56、光栅槽;57、连接孔;6、钻孔;7、液压油包。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员,可以以各种形式实现本公开,而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本实用新型中提及的方位“前后”、“左右”等,仅用来表达相对的位置关系,而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。
实施例1
参见图1-图3,一种矿用本安压力仪表,包括表壳1、表芯2、波登管3和连接台座4,所述连接台座4一端设置在表壳1中与波登管3连通,另一端伸出表壳1外与液压油包7连接,液压油包7中的压力变化能够使波登管3形变,从而使波登管3带动表芯2的表针21转动,指向表盘上相应的压力刻度,用于在矿井巷道中实时显示巷道顶板墙壁的受力情况,所述波登管3包括连接段31、涡卷段32和摆动段33,所述连接段31和摆动段33分别连接在涡卷段32的两端,所述连接段31与连接台座4连通,所述表壳1中还设置有光栅单元5,所述光栅单元5包括光栅悬臂梁51和应变光栅52,所述光栅悬臂梁51的一端与连接台座4固定连接,另一端通过连接绳34与波登管3的摆动段33末端连接,所述应变光栅52沿光栅悬臂梁51长度方向,紧贴在光栅悬臂梁51表面设置,并通过光纤光缆与设置矿井外的光纤顶板动态监测主机连接,因为采用了无源本安的光纤技术,不会引爆矿井内的易燃易爆气体。矿井巷道的顶板墙壁承受压力之后,能够将压力传递给钻孔6中的液压油包7,液压油包7与所述仪表的波登管3互通,液压油包7中油压的变化能够使波登管3的涡卷段32受压膨胀而发生形变,进而带动摆动段33发生摆动,使摆动段33的末端通过连接绳34拉动光栅悬臂梁51产生弯曲形变,而贴在光栅悬臂梁51的应变光栅52中光信号的波长会因为光栅悬臂梁51的弯曲而发生变化,这种光信号波长的变化通过光纤光缆传递到矿井外光纤顶板动态监测主机之后,能够被其解析为所述仪表所检测到的压力变化,并由光纤顶板动态监测主机进行记录分析,用来预测顶板相关矿难事故的发生。
参见图2,所述光栅悬臂梁51包括固定部53、形变部54和连接部55,所述形变部54的形状为等腰三角形,所述连接部55设置在形变部54顶角的一端,通过连接绳34与波登管3的摆动段33连接,使波登管3能够更容易的拉动光栅悬臂梁51的形变部54发生弯曲变形,提高检测精度,所述固定部53设置在形变部54底边的一端,其通过固定螺栓垂直于连接绳34,水平固定在连接台座4朝内的一端,光栅悬臂梁51在长时间受力的情况下,容易产生金属疲劳,影响仪表的监测精度,固定螺栓的连接方式,方便后期对光栅悬臂梁51进行拆卸更换。
进一步的,所述形变部54的表面设置有光栅槽56,所述光栅槽56的一端与形变部54的顶端连接,另一端与形变部54的底边垂直连接,所述应变光栅52设置在光栅槽56中,以此来防止应变光栅52固定在形变部54表面上之后出现滑移,导致仪表的检测精度收到影响。
进一步的,所述连接部55上设置有上下贯穿的连接孔57,所述连接绳34从连接孔57中穿过,所述连接绳34穿过连接孔57之后的位置上设置有固定夹块35,所述固定夹块35的尺寸大于连接孔57的直径,使所述固定夹块35能够卡住连接孔57,无法从连接孔57中穿过,通过改变固定夹块35夹紧连接绳34的位置,能够使连接绳34与光栅悬臂梁51之间一直保持受力接触,使所述仪表能够精确检测液压油包7的压力变化。
参见图3,本实施例所述固定夹块35的形状为圆柱形,其轴线垂直于光栅悬臂梁51的设置方向,所述固定夹块35的一侧设置有固定夹缝36,所述固定夹缝36的宽度不小于连接绳34的直径,能够容纳连接绳34塞入,连接绳34塞入固定夹缝36中之后,用工具夹紧固定夹块35,使固定夹缝36闭合,即可完成连接绳34与固定夹块35的固定。
参见图1,所述波登管3的连接段31和摆动段33都为直管,所述涡卷段32的形状为螺旋状,所述摆动段33的末端通过连接杆22与表芯2连接,还通过连接绳34与光栅悬臂梁51连接,所述连接段31与摆动段33的夹角为30-60度,当液压油包7受到钻孔6内壁的挤压时,其中的液压油会流向仪表的波登管3中,使波登管3的涡卷段32膨胀变形,进而带动摆动段33发生摆动,扩大摆动段33与连接段31之间的夹角,从而使摆动段33拉动表芯2的表针21使表芯2的表针21转动的同时,也拉动光栅悬臂梁51,使光栅悬臂发生弯曲形变,进而带动应变光栅52中的光信号波长发生变化,而且所述仪表的表芯2及光栅单元5实际上都是检测的波登管3的形变程度,因此具有同步性,从而使所述仪表现场的显示数值及远程传递解析之后的数值能够保持一致。
进一步的,所述涡卷段32的螺旋圈数为1.5-3圈,螺旋圈数太少,压力不容易使摆动段33产生足够角度的摆动,影响所述压力检测仪表的检测精度,圈数太多,容易使摆动段33摆动幅度过大,进而使光栅悬臂梁51弯曲变形幅度过大无法复位导致其损坏。

Claims (7)

1.一种矿用本安压力仪表,包括表壳(1)、表芯(2)、波登管(3)和连接台座(4),所述连接台座(4)一端设置在表壳(1)中与波登管(3)连通,另一端伸出表壳(1)外与液压油包(7)连接,液压油包(7)中的压力变化能够使波登管(3)形变,其特征在于,所述波登管(3)包括连接段(31)、涡卷段(32)和摆动段(33),所述连接段(31)和摆动段(33)分别连接在涡卷段(32)的两端,所述连接段(31)与连接台座(4)连通,所述表壳(1)中还设置有光栅单元(5),所述光栅单元(5)包括光栅悬臂梁(51)和应变光栅(52),所述光栅悬臂梁(51)的一端与连接台座(4)固定连接,另一端通过连接绳(34)与波登管(3)的摆动段(33)末端连接,所述应变光栅(52)沿光栅悬臂梁(51)长度方向,紧贴在光栅悬臂梁(51)表面设置,并通过光纤光缆与设置矿井外的光纤顶板动态监测主机连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述波登管(3)的连接段(31)和摆动段(33)都为直管,所述涡卷段(32)的形状为螺旋状,所述摆动段(33)的末端通过连接杆(22)与表芯(2)连接,还通过连接绳(34)与光栅悬臂梁(51)连接,所述连接段(31)与摆动段(33)的夹角为30-60度。
3.根据权利要求2所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述涡卷段(32)的螺旋圈数为1.5-3圈。
4.根据权利要求1所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述光栅悬臂梁(51)包括固定部(53)、形变部(54)和连接部(55),所述形变部(54)的形状为等腰三角形,所述连接部(55)设置在形变部(54)顶角的一端,通过连接绳(34)与波登管(3)的摆动段(33)连接,所述固定部(53)设置在形变部(54)底边的一端,其通过固定螺栓垂直于连接绳(34),水平固定在连接台座(4)朝内的一端。
5.根据权利要求4所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述形变部(54)的表面设置有光栅槽(56),所述光栅槽(56)的一端与形变部(54)的顶端连接,另一端与形变部(54)的底边垂直连接,所述应变光栅(52)设置在光栅槽(56)中。
6.根据权利要求5所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述连接部(55)上设置有上下贯穿的连接孔(57),所述连接绳(34)从连接孔(57)中穿过,所述连接绳(34)穿过连接孔(57)之后的位置上设置有固定夹块(35),所述固定夹块(35)的尺寸大于连接孔(57)的直径。
7.根据权利要求6所述的一种矿用本安压力仪表,其特征在于,所述固定夹块(35)的形状包括圆柱形,其轴线垂直于光栅悬臂梁(51)的设置方向,所述固定夹块(35)的一侧设置有固定夹缝(36),所述固定夹缝(36)的宽度不小于连接绳(34)的直径。
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