CN2612801Y - 巷道顶板离层自动监测报警装置 - Google Patents

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CN2612801Y CN 03214444 CN03214444U CN2612801Y CN 2612801 Y CN2612801 Y CN 2612801Y CN 03214444 CN03214444 CN 03214444 CN 03214444 U CN03214444 U CN 03214444U CN 2612801 Y CN2612801 Y CN 2612801Y
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王富奇
李明旭
蒋敬平
章定强
李士岗
曲延伦
许义
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Abstract

一种巷道顶板离层自动监测报警装置,由顶板安装孔内的上锚固器、下锚固器、测量钢丝绳、锚固爪,传感器箱内的钢丝绳轮、光电数码轮盘、光电开关、脉冲整形电路,报警器内的单片机、存储器、声响报警电路、数码显示电路、报警闪烁和光控电路、数据通信电路等组成。测绳下端缠绕固定于钢丝绳轮上。光电数码轮盘与钢丝绳轮同轴,轴上有测绳张紧螺旋弹簧。光电数码轮盘外缘有数个等间隔的光电槽,光电槽处于光电开关中间狭缝中。光电开关的输出经脉冲整形传输电路送单片机I/O口。单片机通过不同的I/O口与各电路连接。测量精度高、可靠性高、抗干扰能力强、复用性好;在掘进现场把测量、存储、数显、声光报警、数据通信集于一体,便于组站、集中监测。

Description

巷道顶板离层自动监测报警装置
所属技术领域本实用新型涉及巷道顶板离层位移测量装置,特别是一种用于掘进巷道把巷道顶板离层位移测量、数据存储、数码显示、超限报警、数据通信多种功能集于一体的巷道顶板离层自动监测报警装置。
背景技术
目前,我国煤矿使用的巷道顶板离层位移测量装置,多采用引进澳大利亚SCT公司的双高度顶板离层仪。它主要由巷道顶板安装孔内的上、下锚固器,测量钢丝绳,锚固爪和测读指示装置等组成。上、下锚固器是孔内基点固定部件;锚固爪由带倒刺的塑料套件组成,起固定离层仪的作用;测量钢丝绳连接孔内锚固器与测读指示装置;测读指示装置由一个反光刻度尺与可指示顶板离层位移量的刻度指示环组成。用卡箍将与指示环相连的测量钢丝绳卡住,卡箍在测绳张紧弹簧作用下使测量钢丝绳张紧。仪器的测读方式是测尺显示、目测读数。测量精度不高。有的产品在此基础上增加了机械式离层位移超限检测报警机构。还有的产品将巷道顶板离层位移测量与综采工作面矿压测量结合在一起,把测得的巷道顶板离层位移数据用长距离电话线定时读取、地面接收显示。澳大利亚SCT公司在双高度顶板离层仪基础上又开发了RMM远距离监测系统。
综上所述,巷道顶板离层测量数据采集有两种:1.人工每天下井观测手写记录。2.用长距离电话线传输到地面。不能对顶板离层位移测量值实时检测、记录存储,又与数码显示、超限报警结合起来,并与现场设备连接在一起。
发明内容
为了克服现有巷道顶板离层位移测量装置测量精确度不高、不能把位移测量值实时检测记录存储、与现场超限报警相结合的不足,本实用新型提供一种巷道顶板离层自动监测报警装置,它测量精确度高,能在掘进现场把顶板离层位移量的测量、存储、数码显示、超限声光报警、数据通信功能集于一体。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:在由装于巷道顶板安装孔内的上锚固器、下锚固器、与上下锚固器分别连接的两根测量钢丝绳、位于安装孔下端口的锚固爪、测绳张紧弹簧、测读指示装置、以及单片机、存储器、数据通信电路所组成的巷道顶板离层自动监测报警装置中,其测读指示装置由钢丝绳轮、光电数码轮盘、光电开关,以及与单片机连接的脉冲整形传输电路、数码显示电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路等组成。两根测量钢丝绳下端分别缠绕并固定于两个钢丝绳轮上。两个光电数码轮盘分别与两个钢丝绳轮同轴。测绳张紧弹簧连接于钢丝绳轮轴与机架之间,该测绳张紧弹簧为测绳张紧螺旋弹簧。光电数码轮盘的外缘有数个等间隔的光电槽,光电数码轮盘轮缘的光电槽处于光电开关的中间狭缝中、亦即光电开关的发光管和光电管分别位于光电槽的两侧。光电开关的输出端经脉冲整形传输电路与单片机I/O口连接。单片机其它I/O口,分别与数显电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路、数据通信电路连接。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案还可以是:巷道顶板离层自动监测报警装置的钢丝绳轮、测绳张紧螺旋弹簧、光电数码轮盘、光电开关、脉冲整形传输电路的脉冲整形电路位于传感器箱内。传感器箱为矿用本安型设备。脉冲整形传输电路的光电耦合和脉宽调整电路、单片机、存储器、数码显示电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路以及数据通信电路等,位于报警器外壳内,报警器外壳为矿用防爆型。传感器箱与报警器由信号传输电缆相连接。
巷道顶板离层自动监测报警装置的传感器箱的顶部有进绳导管与锚固爪相联接。箱内有支架,支架主要由前支架板、后支架板、支撑杆构成。前、后支架板上各有左右两个对应的轴孔,两对轴孔内各装有一根轴;两根轴的前端伸出前支架板,两个钢丝绳轮分别固定两轴的前端;两轴的后端伸出后支架板,两个光电数码轮盘分别固定两轴的后端;测绳张紧螺旋弹簧联接在轴的中部,该弹簧一端固联于轴上,另一端固定于弹簧固定柱上。每个测绳张紧螺旋弹簧外围有一弹簧盒,弹簧盒和弹簧固定柱固定于前支架板背面上。前支架板前面上部有测绳导柱。钢丝绳轮上有钢丝绳端头固定螺钉与挡圈。
巷道顶板离层自动监测报警装置的数码显示电路由高亮度LED数码管、串入并出移位寄存器、单片机等组成。单片机I/O口的显示七段脉冲输出端与显示数码管计数同步脉冲输出端,分别与移位寄存器的CLK端、末位移位寄存器的数据输入端连接。报警闪烁显示控制电路由光亮显示开关三极管、基极上偏电阻、基极下偏电阻,以及两只报警闪烁显示单向输出二极管等组成。光亮显示开关三极管的发射极、集电极串接于电源正极与LED数码管的公共阳极之间,该三极管的基极与一只报警闪烁显示单向输出二极管的负极相连接,该二极管的正极与单片机的I/O口的闪烁显示脉冲输出端连接。上偏电阻不接基极的一端,与另一只报警闪烁显示单向输出二极管的正极相连接,该二极管的负极与单片机I/O口的另一闪烁显示脉冲输出端相连接。
巷道顶板离层自动监测报警装置的数码显示电路中有光控电路。光控电路的光敏电阻的一端与光亮显示开关三极管的基极、或者上偏电阻不接基极的一端相连接,其另一端与光亮显示开关三极管发射极所接电源极性相反的一极相接、或者与该极连接的可导通元件相连接。
巷道顶板离层自动监测报警装置的数据通信电路,由FSK调制解调器集成电路,以及与其模拟信号接收输入端连接的集成运放放大器、与其模拟信号发送输出端连接的集成运放放大器组成。
本实用新型的有益效果是:①本装置是机电一体化产品,测量精确度高、可靠性高、抗电磁干扰能力强、复用性好。能把顶板离层位移传感器的精确测量和报警器的数码显示、存储、声光报警、光控显示有机地结合起来。使顶板离层位移测量在测量方式、显示方式、存储方式上均有质的提高。它自动记录顶板从离层到全部下落全过程的数据,并能自动存储自动发送,有助于顶板变化的分析。
②本装置把顶板离层位移测量、存储、显示、报警、数据通信功能集于一身,不仅能解决巷道顶板离层数据安全采集和超警戒值报警问题,而且能通过数据通信,组联分站、集中监测,解决煤矿掘进巷道大范围多点测量的需要。
③报警器数码显示采用串行同步位移显示方法,出错率低、可操作性好。测绳张紧螺旋弹簧,可以始终使钢丝绳处于较佳拉力状态,使钢丝绳变形对测量的影响较小。采用光控数显电路,节省电能消耗,延长元件使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型巷道顶板离层自动监测报警装置的组成及安装示意图图2是传感器箱的主视图图3是传感器箱的C-C剖视图图4是传感器箱的D-D向视图图5是传感器箱的A-A剖视图图6是传感器箱的B-B剖视图图7是传感器箱内脉冲整形电路的原理图图8是报警器箱体的主视剖视图图9是报警器箱体的俯视图图10是报警器主电路板的光耦调宽电路、单片机系统的电路原理图图11是报警器数显电路、报警闪烁显示控制电路、光控电路的原理图图12是报警器主电路板的报警电路的原理图图13是报警器主电路板的数据通信电路的原理图图中:1-上锚固器、2-下锚固器、3-测量钢丝绳、4-锚固爪、5-传感器箱、6-信号传输电缆、7-报警器、8-进绳导管、9-耳子、10-插座、11-钢丝绳轮、12-钢丝绳轮、13-螺栓、14-挡圈、15-前支架板、16-支撑杆、17-后支架板、18-光电数码轮盘、19-脉冲整形电路板、20-螺母、21-轴、22-光电开关、23-张紧螺旋弹簧、24-弹簧盒、25-测绳导柱、26-测绳固定螺钉、27-面板、28-箱体、29-背板、30-弹簧固定柱、31-密封主电路板、32-显示电路板、33-防水扬声器、34-报警器箱体、35-插座、36-启动按钮、37-数码管电路板、38-盖板、39-手动显示按钮、40-插座、41-插座、42-数码显示窗、43-指示灯窗具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示,本实用新型巷道顶板离层自动监测报警装置由顶板离层位移传感器箱外的上锚固器(1)、下锚固器(2)、测量钢丝绳(3)、锚固爪(4)、传感器箱(5)和报警器(7)等组成。上、下锚固器(1、2)安装在掘进巷道顶板安装孔内,两根测量钢丝绳(3)分别与上、下锚固器(1、2)连接,锚固爪(4)安装在安装孔下端口,传感器箱(5)通过进绳导管与锚固爪(4)联接。报警器(7)挂在巷道内一定高度处,通过信号传输电缆(6)与传感器箱(5)连接。
图2~6示出传感器箱(5)内,主要由两个钢丝绳轮(11、12)、测绳张紧螺旋弹簧(23)、光电数码轮盘(18)、光电开关(22)、脉冲整形电路板(19)组成。
传感器箱由箱体(28)、面板(27)、背板(29),通过螺钉紧固联接成一个本安型防爆外壳。其箱体(28)的顶部有进绳导管(8)、两侧上部有耳子(9)、一侧有传感信号输出插座(10),箱体(28)内固定有支架。支架由前支架板(15)、后支架板(17),通过支撑杆(16)及螺钉联接成一体。前、后支架板(15、17)上各有左右两个对应的轴孔,轴孔内装轴承,两对轴承内各装有一轴(21)。左右两个轴(21)的前端伸出前支架板(15),每个轴(21)前端端头由螺栓(13)固定一钢丝绳轮(11或12)。两个轴(21)的后端伸出后支架板(17),每个轴(21)的后端端头带螺纹,由螺母(20)固定一个光电数码轮盘(18)。两个轴(21)的中间部位各联接一个测绳张紧螺旋弹簧(23)。该弹簧(23)一端固联于轴(21)上,另一端固定于弹簧固定柱(30),每个弹簧(23)外围有一弹簧盒(24),弹簧盒(24)和弹簧固定柱(30)固定于前支架板(15)的背面上。
两光电数码轮盘(18)的侧下方各有一个光电开关(22),光电数码轮盘(18)的轮缘上有光电槽,光电槽随光电数码轮盘(18)的转动从光电开关(22)的中间狭缝中掠过,使光电开关(22)位于光电槽两侧的发光管和光电管之间的光路,受光电槽控制。光电开关(22)的输出端与脉冲整形电路板(19)通过导线连接。
上、下锚固器(1、2)是巷道顶板安装孔内基点固定装置,为四爪压簧式结构;它预置于巷道顶板安装孔内的要求位置上的高点和低点。与上、下锚固器(1、2)分别连接的两根测量钢丝绳(3),为柔软、弹性小的多股细钢丝绳;由传感器箱的进绳导管(8)进入,绕过测绳导柱(25),分别缠绕在钢丝绳轮(11)和(12)上,测绳(3)绳端由钢丝绳轮(11、12)上的固定螺钉(26)固定,钢丝绳轮后的挡圈(14)起挡绳作用。两个钢丝绳轮轴(21)上的测绳张紧螺旋弹簧(23)在测量时,处于张紧状态,使两钢丝绳轮保持一定的转矩、两根钢丝绳保持一定的张力。两锅丝绳轮轴上的光电数码轮盘(18)上,沿圆周外缘开出许多等间隔的光电槽。光电槽宽度0.6~0.8mm,光电槽的间隔1mm。光电开关(22)由红外线发射二极管和红外线光电管构成,二者分别通过开关上的一个<0.4mm的孔槽发射和接收红外线光束。红外光束的接收受控于光电数码轮盘(18)外缘的光电槽,并由红外光电管转换成电信号。
图7示出光电开关的电路和脉冲整形电路。两组光电开关(22)、即脉冲整形电路的CGQ1、CGQ2,其输入端的两个红外LED顺向串联,正极经接线排(X1)的8脚、限流电阻(R1)接电源正极(VDD),其负极经接线排(X1)的5脚接地。两组光电开关(CGQ1、CGQ2)输出端红外光电管的集电极都接电源正极(VDD),它们的发射极:一个(CGQ1)经接线排(X1)的3脚,接并联非门(IC1A)和非门(IC1B)的输入端,该并联非门的输出端经接线排接输出插座(X2)的4脚;另一个(CGQ2)经接线排(X1)的1脚,接并联非门(IC1D)和非门(IC1E)的输入端,该并联非门的输出端经接线排接七孔输出插座(X2)的7脚。
并联非门(IC1A和IC1B)的输入端与地之间,还接有光电开关(CGQ1)输出负载电阻(R2)、降噪电容器(C3);并联非门(IC1A和IC1B)的输出端还与非门(IC1C)输入端连接;非门(IC1C)的输出端经限流电阻(R3)、脉冲信号输出指示LED(D1)接地。并联非门(IC1D和IC1E)、光电开关(CGQ2)输出负载电阻(R4)、降噪电容器(C4)、非门(IC1F)、限流电阻(R5)及输出指示LED(D2),构成与上述完全相同的另一路脉冲整形电路。  接在电源(VDD)与地之间的电容(C1)和电解电容(C2)是滤波电容。以上六个非门同属一个CMOS六非门集成电路CD4069(IC1)。
图8、9示出报警器的结构。报警器的外壳由箱体(34)、盖板(38)通过螺栓紧固成防爆箱体。箱体内有密封主电路板(31)、显示电路板(32)、防水扬声器(33)与数码管电路板(37)。盖板(38)上有数码显示窗(42)、指示灯窗(43)、电源启动按钮(36)与手动显示按钮(39)。数码显示窗(42)显示四组数据:测点号码、位移差值、高点位移值和低点位移值。报警器箱体(34)两侧有插座(35)、插座(40)和插座(41)。插座(41)供连接传感器箱用,插座(40)和插座(41)供组建分站、数据通信用。三个插座均用航空插座,带有盖和密封垫。
报警器内的电路主要由光耦隔离与脉宽调整电路、单片机系统电路、数码显示及其光控电路、声响报警电路、数据通信调制解调器及其放大器组成。
图10主要示出报警器主电路板光耦调宽电路、单片机系统的电路原理。
与传感器信号输出插座(X2)4脚连接的高端测量脉冲输入端、插头(P1-1)的IN1端接光电耦合器(GB1)输入端红外LED的负极,输入端红外LED的正极经LED(D3)接电源正极(VDD);光电耦合器(GE1)输出端的红外光电管的集电极接电源正极(VDD),发射极接非门(IC2D)的输入端,该输入端经负载电阻(R6)接地,非门(IC2D)输出端接单稳态触发器输入端;该触发器由二输入端与非门(IC3C)、非门(IC2C)、RC充放电回路电阻(R8)和电容(C5)构成。该触发器的输出端接单片机(IC5)的RA口的RA0端。与传感器另一路信号输出插座(X2)的7脚连接的低端测量脉冲输入端、插头P1-2的IN2端,经由光电耦合器(GB2)、非门(IC2A)、负载电阻(R7)、与非门(IC3D)、非门(IC2B)、RC充放电回路的电阻(R9)和电容(C6)构成的、与上述相同的电路,接单片机(IC5)RA口的RA1端。
单片机(IC5)的RA、RB、RC口都是I/O可编程的双向端口。其外围电路还包括:OSC1、OSC2晶振连接端,接晶振(J1)、电容器(C10和C11)组成时钟电路;/MCLR上电复位端,接由电阻(R13)和电容(C9)构成的上电复位电路。VDD、VSS端是单片机系统的电源正极、接地端。RTCC为定时端。
单片机(IC5)的RC口的RC0、RC1端与存储器(IC4)的SCL、SDA端分别连接。存储器(IC4)的SCL端为串行时钟线,外接上拉电阻(R11);其SDA端为串行数据线,外接上拉电阻(R12);A0、A1、A2端为地址选择线,GF端为写保护端,VDD端为接电源正极,R端为片选端。
单片机(IC5)RB口的RB0、RB1端是数码管的显示脉冲输出端。
单片机(IC5)RB口的RB2端、RC口的RC6端是报警闪烁显示输出控制端。
单片机(IC5)RB口的RB5端经输出端插头(P3)、插座(X6)接由集成电路(IC6和IC7)组成的声响报警电路。
单片机(IC5)RA口的RA2端、RB口的RB6和RB7端、RC口的RC3和RC5端,分别与数据通信调制解调器(IC8)的CD和TEST、RS、AOG、RD、XD端对应连接,调制解调器(IC8)的模拟信号接收输入端(AI)和发送输出端(A0),分别经集成运放(IC9)构成的输入放大器和输出放大器接数据通信线路接线端(XS1、XS2)。
图11示出报警器数码显示、报警闪烁显示控制及光控电路的电路原理。数显电路主要由11只七段LED数码管(L1~L11)、11片串入并出移位寄存器(IC10~IC21)组成;由单片机(IC5)RB口数码显示脉冲输出端(RB0、RB1)控制,采用串行同步位移显示方式。其中:两只数码管显示测点编号、三只数码管显示位移差值、三只显示高端位移量、三只显示低端位移量。LED数码管(L1~L11)采用七段高亮度LED数码管。移位寄存器(IC10~IC21)为74LS164,A、B是数据输入端、CLK是时钟输入端、MR是复位端、Q0~Q7是并行输出端,Q7在此作进位端。图11中的插接件(X4)1~8引脚和图10中插接件(X3)的1~8引脚对应连接。
单片机(IC5)RB口的RB0端为显示七段脉冲输出端,经插接件(X3、X4)8脚接移位寄存器(IC10~IC21)的CLK端;单片机的RB1端为显示数码管计数同步脉冲输出端经插接件(X3、X4)7脚,接末位移位寄存器(IC10)的数据输入端(A和B)。末位移位寄存器(IC10)的输出端(Q7)接前一位移位寄存器(IC11)的数据输入端(A和B),其余移位寄存器依次类推。移位寄存器(IC10~IC21)输出端(Q0~Q6)分别经相应的排电阻(RP1~RP11)接LED数码管(L1~L11)。电源正极(VDD)经光亮显示三极管(N2)的发射极与集电极,与LED数码管(L1~L11)公共阳极连接。数码管显示检验电阻(R18)与显示电压单向输出二极管(D8)串联后、连接于LED数码管(L1~L11)公共阳极与单片机(IC5)的RC2端之间。光亮显示开关三极管(N2)的基极与下偏电阻(R17)、上偏电阻(R16)、去干扰电容(C14)、报警闪烁显示单向输出二极管(D6)的负极连接。二极管(D6)的正极与单片机(IC5)RB口的RB2端经(X3和X4)的6脚连接。报警闪烁显示单向输出二极管(D7)的正极与上偏电阻(R16)不接基极一端连接,二极管(D7)负极与经插接件(X3和X4)的引脚4脚、电阻R10,与单片机(IC5)RC口的RC6端连接。电源滤波电容(C16)和(C17)分别接在开关三极管(N2)的发射极与集电极上。
供电与显示数码管开关三极管(N1)与基极电阻(R19)、光敏电阻(R15)等组成光控显示电路。光敏电阻(R15)的一端接三极管(N1)集电极、另一端接上偏电阻(R16)、二极管(D7)的正极。开关三极管(N1)的基极接去干扰电容器(C15)并经基极电阻(R19)接电源正极(VCC)。接在电源正极(VCC)与地之间还接有串联的供电电源指示灯(D5)和限流电阻(R14)。两端连接于光敏电阻(R15)与三极管(N1)发射极之间的插头(P2),经插座(X5)与手动显示数据按钮开关(K1)连接。
图12示出报警器主电路板声响报警电路的电路原理。声响报警电路由CMOS集成电路NE556(IC6)、音频功放集成电路TDA2003(IC7)组成。NE556(IC6)是双时基电路,其两只555电路(IC6-A、IC6-B)与外围元件:电阻R25、R26、R27、R28、R29,电容C18、C19、C20、C21,电位器W1、W2,组成典型的高低音两种音调交替出现的音频振荡电路,可发出警笛声报警。图中:TH-输入端、T/-触发输入端、VC-电压控制端、R/-总复位端、OUT-输出端、DIS-放电端、+V-电源正极端、GND-接地端。功放电路由集成电路TDA2003(IC7)与外围元件:电阻R21~R24,电容C22~C28,以及扬声器(SP)组成。TDA2003是汽车用音频功放集成电路,具有高电流输出和大功率输出能力。图示为TDA2003典型功放电路。
单片机(IC5)RB口的RB5端,经插头(P3)、插座(X6)、电阻(R29),接双时基电路(IC6-A、IC6-B)总复位端(R/),控制音频振荡电路工作、发出报警声。
图13示出报警器主电路板数据通信电路的电路原理。数据通信电路由FSK调制解调器集成电路MSM7512B(IC8)及其外围电路构成。FSK即移频键控方式。MSM7512B(IC8)的Modem接收串行数据输出端(RD)、FSK信号和应答信号发送使能端(RS)、Modem发送串行数据输入端(XD)、模拟发送信号幅度选择端(AOG),分别与单片机(IC5)I/O口的RC3、RB6、RC5、RB7端对应连接,MSM7512B(IC8)的FSK接收信号和应答信号控制端(CD)和芯片测试端(TEST),与单片机(IC5)RA口的RA2端连接。MSM7512B(IC8)的模拟信号接收输入端(AI)与集成运放(IC9D)构成的反相放大器的输出端连接;MSM7512B(IC8)的模拟信号发送输出端(AO),与由集成运放(IC9C、IC9A)构成的两级反相放大器的输入端相连接。MSM7512B(IC8)的晶振连接端(X1、X2)与晶体振子(J2)、电容(C29、C30)构成时钟电路。
集成运放IC9-D、IC9-C、IC9-A是集成四运放LM324的三只运放。集成运放IC9-D与外围元件:输入电阻(R37)、反馈电阻(R36)和可调电阻(W3)、反馈回路开关二极管(D9)、反馈补偿电容(C33)、输出耦合电容(C31)、耦合电阻(R31),构成反相放大器,作通信输入信号放大,输入端为XS1。集成运放IC9-C、IC9-A与外围元件:输入电阻(R32、R34)、反馈电阻(R33、R35)、反馈补偿电容(C34、C37)、去干扰电容器(C35、C36),以及耦合电容(C32)构成两级反相放大器,作通信输出信号放大,输出端为XS2。稳压二极管(Z1)为三只运放的正输入端提供工作点基准电压。反馈开关二极管(D9)为防止信号幅度超限所加。
电源:VDD为单片机系统的供电电压、为+5V,VCC为单片机部分外围电路供电电压+12V~+18V。VDD由蓄电池和直流稳压电源共同提供,VCC由直流稳压电源提供。直流稳压电源的输入电压由井下127V交流电源提供。交流电源暂停时,VDD由蓄电池提供,维持基本测量工作进行;供电恢复后,为蓄电池充电。
巷道顶板离层自动监测报警装置的工作原理:①当巷道顶板离层下沉时,锚固器(1或2)产生位移,钢丝绳轮(11或12)在张紧螺旋弹簧(23)的作用下,缠绕测量钢丝绳(3)产生转动,带动同轴的光电数码轮盘(18)转动。测量钢丝绳(3)每移动1mm,光电数码轮盘(18)外缘光电槽在光电开关(22)中间狭缝内使红外光束遮挡一次。断续的红外光束经过光电开关(22)的光电管接收并进行光电转换,变成电脉冲信号。
②传感器的两组光电开关(22)、即(CGQ1、CGQ2),分别对应左右两个光电数码轮盘(18)。当光电数码轮盘(18)转动时,光电开关(22)便将上、下锚固器(1、2)的下沉位移量转换成两路电信号。两路电信号分别经非门(IC1A、IC1B)和非门(IC1D、IC1E),脉冲整形、去除干扰,输出至报警器处理和计量。两路非门利用门电路的开关特性,使输出脉冲的开关前后沿≤1μS。两路非门的输出同时经非门(IC1C)、(IC1F)反相,由LED(D1、D2)指示脉冲信号输出。
③传感器输出的两路脉冲信号:高端测量脉冲由报警器输入端(IN1)输入,经过光电耦合器(GB1)去除干扰、非门电路(IC2D)倒相、单稳态触发器(IC3C、IC2C)调整脉宽,送入单片机(IC5)的RA0端;低端测量脉冲由报警器的输入端(IN2)输入,经过光电耦合器(GB2)去除干扰、非门电路(IC2A)倒相、单稳态触发器(IC3D、IC2B)调整脉宽,送入单片机(IC5)的RA1端。单片机(IC5)把钢丝绳位移信号累计、通过RC0、RC1端,分别送存储器(IC7)的SDA、SCL端,存储到存储器(IC7)内。单片机(IC5)通过数码管显示七段脉冲输出端RB0、显示数码管计数同步脉冲输出端RB1端,把累计位移量送至移位寄存器(IC10~IC21),由串入并出移位寄存器74LS164(IC10~IC21)输出给LED数码管(L1~L11),进行数码显示。
电源正极(VDD)经光亮显示开关三极管(N2)的发射极与集电极,为LED数码管(L1~L11)的公共阳极供电。开关三极管(N2)的导通受控于基极回路的光敏电阻(R15)、开关三极管(N1)等。通常,开关三极管(N1)在电源(VCC)供电后即导通,故开关三极管(N2)主要受控于光敏电阻(R15)。当有光照时,光敏电阻(R15)阻值变小,开关三极管(N2)有基极电流、三极管(N2)导通,LED数码管显示。无光照时,光敏电阻(R15)阻值变大,三极管(N2)不导通,数码管不显示。
手动显示数据的按钮开关(K1)可以短接光敏电阻(R15)、开关三极管(N1),实现手动显示。而报警闪烁显示二极管(D6)和(D7),只在报警时起作用。
④当累计位移量超出设定的报警门限值时,单片机(IC5)通过RB5端输出高电平给声响报警电路。双时基电路NE556(IC6)的总复位端(R/)输入高电平后,两个555电路多谐振荡器开始工作,产生高低音交替的音频振荡,经音频功放集成电路TDA2003(IC7)构成的放大器放大,发出高功率的警笛声报警。
同时,单片机(IC5)RB2端通过报警闪烁显示二极管(D6),向光亮显示开关三极管(N2)基极输出脉冲;单片机(IC5)的RC6端通过电阻(R10)、报警闪烁显示二极管(D7),向开关三极管(N2)的基极电阻(R16)发出脉冲,共同作用使光亮显示开关三极管(N2)断续导通、LED数码管(L1~L11)公共阳极断续供电,使数码管闪烁显示报警。从而实现煤矿井下声光同时报警的要求。
⑤数据通信电路为组联分站、集中监测而设。主要由FSK调制解调器MSM7512B来完成。发送时,通信数据由单片机I/O口RC5端,送入MSM7512B的Modem发送串行数据输入端(XD),由MSM7512B的模拟信号发送输出端(AO)输出,经集成运放(IC9C、IC9A)两级放大,送至通信线路输出端(XS2)。接收时,通信数据由通信线路输入端(XS1),经集成运放(IC9D)放大,送入MSM7512B的模拟信号接收输入端(AI),由MSM7512B(IC8)的Modem接收串行数据输端(RD)输出,送入单片机I/O口的RC3端。MSM7512B的FSK信号和应答信号发送使能端(RS)、FSK接收信号和应答信号控制端(CD),分别由单片机的RB7、RA2端控制。
图7传感器脉冲整形电路元件表:R1:    510Ω~10KΩ    C2:    47~200μF    CGQ1、CGQ2:GK122R2、R4:10~470KΩ        C3、C4:101~104      T1:       接线排
R3、R5:510Ω~2KΩ    D1、D2:LED        T2:七芯航空插座C1:    104~105    IC1:   CD4069图10报警器光耦调宽电路、单片机电路元件表:R6、R7:  10~470KΩ      C7、C8:  102~105      IC2:CD4001R8、R9:  4.7~220KΩ    C12、C13:102~105      IC3:CD4069R10:     2~4.7KΩ        C9:      102~47μF    IC4:24LC01R11、R12:2~68KΩ          C10、C11:8~51PF       IC5:PIC16C57R13:     10KΩ~1MΩ    D3、D4:  4004、4148C5、C6    102~405    GE1、GE2:TIL117图11报警器数显及其光控电路元件表:R14:3~20KΩ          R20:      10KΩ~1KΩ          D8:       4004、4148R15:光敏电阻     RP1~RP11:1~3KΩ                 N1:       9013、1815R16:0.51~82KΩ    C14、C15: 100~105       N2:       9015(PNP)R17:10~470KΩ      C16、C17: 10~47μF      L1~L11:   LED数码管R18:1~100KΩ        D5:       LED            IC10~IC21:74LS164R19:1~100KΩ        D6、D7:   4004、4148     K1:        按钮开关图12报警器声响报警电路元件表(典型值):R21:     2.2Ω    R29:     20~47KΩ         C26:   4700PFR22:     1Ω        C18:     4.7μF       C27:   1μFR23:     220Ω    C19:     0.1μF       C28:   1000μFR24:     39Ω      C20、C23:1μF         W1、W2:10KΩR25、R27:10KΩ    C21:     1000PF       IC6:   NE556R26:     160KΩ  C22:     10μF        IC7:   TDA2003R27:     10KΩ    C24:     100μF       SP:    防水扬声器R28:     100KΩ  C25:     470μF图13报警器数据通信电路元件表(典型值):R30、R31:51KΩ        C31、C32:1~47μF    D9: 4148R32、R34:51KΩ        C33:     1000PF      Z1: 5.1V稳压管R33、R35:72KΩ        C34、C37:220PF       IC8:MSM7512BR36:     10KΩ        C35:     10PF        IC9:LM324R37:     20KΩ        C36:     1000PFC29、C30:8~51PF  W3:      100KΩ

Claims (6)

1.一种巷道顶板离层自动监测报警装置,包括巷道顶板安装孔内的上锚固器(1)、下锚固器(2)、与上下锚固器分别连接的两根测量钢丝绳(3)、位于安装孔下端口的锚固爪、测绳张紧弹簧、测读指示装置,以及单片机、存储器、数据通信电路,其特征在于:所说的测读指示装置包括钢丝绳轮(11、12)、光电数码轮盘(18)、光电开关(22),以及与所说的单片机(IC5)相连接的脉冲整形传输电路、数码显示电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路;两根测量钢丝绳(3)下端缠绕并固定于两钢丝绳轮(11、12)上,两光电数码轮盘(18)分别与两只钢丝绳轮(11、12)同轴(21);所说的测绳张紧弹簧联接于钢丝绳轮轴(21)与机架之间,该测绳张紧弹簧为测绳张紧螺旋弹簧(23);光电数码轮盘(18)的外缘有数个等间隔的光电槽,光电槽处在光电开关(22)的中间狭缝中、亦即光电开关(22)的发光管和光电管分别位于光电槽的两侧;光电开关(22)的输出端经脉冲整形传输电路,与单片机(IC5)I/O口(RA0、RA1)相连接,单片机(IC5)其它I/O口,分别与数码显示电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路、数据通信电路对应连接。
2.根据权利要求1所述的巷道顶板离层自动监测报警装置,其特征在于:所说的钢丝绳轮(11、12)、测绳张紧螺旋弹簧(23)、光电数码轮盘(18)、光电开关(22)、脉冲整形传输电路的脉冲整形电路部分位于传感器箱(5)内,传感器箱(5)为矿用本安型设备;脉冲整形传输电路的光电耦合脉宽调整电路部分,单片机(IC5)、存储器(IC7)、数码显示电路、报警闪烁显示控制电路、声响报警电路,以及数据通信电路,位于报警器(7)外壳内,报警器(7)外壳为矿用防爆型;传感器箱(5)与报警器(7)由信号传输电缆(6)相连接。
3.根据权利要求2所述的巷道顶板离层自动监测报警装置,其特征在于:所说的传感器箱(5),其顶部有进绳导管(8)与锚固爪相联接;箱内有支架,支架包括前支架板(15)、后支架板(17)、支撑杆(16);前、后支架板(15、17)上各有左右两个对应的轴孔,两对轴孔内各装有轴(21),两根轴(21)的前端伸出前支架板(15),两钢丝绳轮(11、12)固定在两轴(21)的前端,两根轴(21)的后端伸出后支架板(17),两个光电数码轮盘(18)固定在两轴(21)的后端;测绳张紧螺旋弹簧(23)联接在两根轴(21)中部,一端固联于轴(21)上,另一端固定于弹簧固定柱(30)上,每个弹簧(23)外围有弹簧盒(24);弹簧盒(24)和弹簧固定柱(30)固定于前支架板(15)背面上;前支架板(15)前面上部有测绳导柱(25);钢丝绳轮(11、12)上有钢丝绳端头固定螺钉(26)与挡圈(14)。
4.根据权利要求1所述的巷道顶板离层自动监测报警装置,其特征在于:所说的数码显示电路,包括高亮度LED数码管(L1~L11)、串入并出移位寄存器(IC10~IC21)、单片机(IC5);单片机(IC5)I/O口的显示七段脉冲输出端(RB0)与显示数码管计数同步脉冲输出端(RB1),分别接移位寄存器(IC10~IC21)CLK端、末位移位寄存器(IC10)的数据输入端(A和B);所说的报警闪烁显示控制电路,包括光亮显示开关三极管(N2)、基极上偏电阻(R16)、基极下偏电阻(R17)以及两只报警闪烁显示单向输出二极管(D6)、(D7);三极管(N2)的发射极、集电极串接于电源正极(VDD)与LED数码管(L1~L11)的公共阳极之间,三极管(N2)的基极与二极管(D6)负极相连接,二极管(D6)正极与单片机(IC5)I/O口的闪烁显示脉冲输出端(RB2)相连接;上偏电阻(R16)不接基极的一端,与二极管(D7)的正极相连接,二极管(D7)的负极与单片机(IC5)I/O口的另一闪烁显示脉冲输出端(RC6)相连接。
5.根据权利要求4所述的巷道顶板离层自动监测报警装置,其特征在于:所说的数码显示电路中有光控电路,光控电路的光敏电阻(R15)的一端与光亮显示开关三极管(N2)的基极、或上偏电阻(R16)不接基极的一端相连接,其另一端与光亮显示开关三极管(N2)的发射极所接电源极性相反的一极相连接、或者与该极连接的可导通元件相连接。
6.根据权利要求1所述的巷道顶板离层自动监测报警装置,其特征在于:与所说的数据通信电路,包括FSK调制解调器集成电路(IC8),以及与其模拟信号接收输入端(AI)连接的集成运放(IC9-D)放大器、与其模拟信号发送输出端(AO)连接的集成运放(IC9-C、IC9-A)放大器。
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