专利名称：数字式顶板监测警报仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是顶板监测警报仪系列产品之一，适用于测定煤矿井下顶板下沉量和回弹量；也可用于交通、水利电力的洞室工程中，对顶板的监测。
近年来，国内外对研制顶板监测警报仪十分重视。国外推广使用的有美国的RM－1型围岩应力监测仪，波兰的SAK地音监测系统和SYOK微震定位系统等，这些系统结构较庞大复杂，价昂。国内虽有山东矿业学院研制的KY－80型，KY－82型顶板动态仪，抚顺煤矿安全仪表厂生产的DL－2.5型测杆等，但是这些仪器在井下使用过程中比较突出的不足之处是不带声光报警系统，显示不够清晰等。矿井回采工作面顶板的冒落，严重影响采煤设备的效率和工人的安全。
为了使回采工作面的操作人员随时了解顶板动态，严格管理顶板，改善工人的安全条件，提高生产效率。根据井下作业的特点，要求声、光报警，显示清晰和易于分辩，还要求有抢险的准备时间(即提前量)。为此，发明了数字式顶板监测警报仪。
本实用新型的主要技术指标防爆形式ibI(＋150℃)适用范围0.9～3.5m可缩量200mm显示方式 LED3 1/2 位数码显示分辩率0.1mm相对精度±1.5％额定电压7.2V环境温度0～40℃
相对最大湿度97％蓄电池连续工作72小时电池充电时间8小时(地面进行)本实用新型的结构特点本实用新型主要由机械传动结构和位移数码显示以及声、光报警电路等部份组成。
图1为数字式顶板监测警报仪机械结构。由调节管1、主动管2、报警灯3、显示开关4、调零键5、箱体6、接长杆7、万向头8、报警定位装置9、位移显示10、喇叭11、欠压指示12、电池13、音响选择键14、电源开关15等部份组成。
图1中的报警定位装置9由(图2)触发环26、限位环28、警报调整拉杆29、触发调整标尺30构成。触发环26与触发调整标尺30之间用螺钉连接后，然后用限位螺钉锁紧固定在主动管2上。
图2为数字式顶板监测警报器总装结构。
在图2中，各部件的名称是箱体16(
图1中6)、接长杆17(
图1中7)、调节管18(
图1中1)、万向头19(
图1中8)、主动管20(
图1中2)、弹簧导向杆21、导杆22、导向读数卡头23、套管24、报警定位环25、触发环26、开口环27、限位环28、警报调整拉杆29、触发调整标尺30、弹簧31、齿条32、铭牌33、接头34、锁紧螺母35、螺母36、底盘螺母37、沉头螺钉38、平端紧定螺钉39、半园头铜铆钉(φ2×4)40、弹垫41、挡圈42。万向头19安装在整机的顶端，球面锥状结构，可以适应不同倾斜的顶板，使其在不同倾角的顶板中任意转动。套管24装在调节管18的外围。弹簧31(两根)装在箱体16和主动管20内，并贯穿整个箱体16和主动管20，主要起稳定和复位作用。这样设计与安装，其优点是弹簧31可以加工成所需要的允许的长度，可以减少弹簧31的初压力和未端压力差。弹簧导向杆21，安装在箱体16下端，起弹簧导向作用，连接两根弹簧31。箱体16内装有齿条32，使箱体不易损坏。主动管20与齿条32用开口环27连接，开口环27的环口在主动管20外部的底端，防止开口环27脱落。
本实用新型的工作步骤(图2)数字式顶板监测警报仪安装在煤矿井下顶底板之间。根据顶底板之间的高度，选择适当的接长杆，从而使仪器稳固地安装在顶底板之间。触发环26的位置由报警定位装置的限位环28经触发调整标尺30而调整锁定的。即是说根据所需要的报警值，可以任意调整好触发环26的位置，用限位环28的限位螺钉锁定。当顶板下沉时，主动管20和箱体16作相对运动，触发环26随主动管20一起运动，当与箱体16的触发开关(图4中的K2－1、K2－2)相触时，报警电路接通，实现报警。主动管20运动时，固定在主动管20上的齿条32带动固定在电位器(图4中的W2)上的齿轮转动，将位移的变化转换成电阻的变化。齿轮和电位器之间装一个小弹簧，可以使齿条32和齿轮吻合自如，避免卡阻现象。
本实用新型的电路原理图3为数字式顶板监测警报仪的电路原理。电路的各个部份如图3中虚线所示。它主要由位移电压变换电路43、ICL7107集成电路44、显示器45、声光报警电路46、电源47、稳压电路48、电压变换电路49、报警延时电路50、欠压指示回路51等组成。
在图3中
1.位移电压变换电路43采用电阻式位移传感器。由电位器W1、W2、W3，电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、等组成。当顶板下沉时，固定在主动管20上的齿条32移动，齿轮的转动则改变电位器W2的电阻，将位移信号转变成电信号。W2是一种滑线式精密线性电位器，输入为机械量(旋转角度QX)，输出为电阻(RX)的线性变化元件，有三个触头A、B、C，两个固定臂A、B和一个滑动臂C端。改变C的位置改变输入的位移量lX即QX，则输出UAC随之线性地变化，即QX＝K1lX(K1为比例常数) ∵RX＝K2Q2∴UAC＝ (E)/(R) ·RX＝ (E)/(R) ·K2·K1·1X＝K1X通过检测UAC的电压大小来检测位移量lX的大小，且UAC与lX之间是线性关系。当滑动臂C与固定臂触头B接触时UAC为最大，滑动臂C与固定臂触头A接触时，UAC输出电压最小(等于零)。
采用由电位器W2、W3和电阻R10、R11构成的桥式电路。用此电路起到消除滑动臂C滑至固定臂A端时RX不为零所带来的测量误差；同时也可以使该测试仪表在任意位置时都能作为起始点(即lX＝0点)。
位移电压变换电路ICL7107集成电路的两个引出端30和31脚提供精度较高的恒压流，从而保证测试精度。
2.ICL7107集成电路44由A／D转换、整形电路、时基振荡、分频电路、与门、计数器、恒压源等构成。电路上采用集成化程度高的特点。A／D转换是将得到的位移量lX的电压信号送入ICL7107，进行检测后。在显示器45上显示出实际的位移量。该线路结构简单，且调试少。
3.显示器45，采用七段LED显示器，型号为4－BS206。每段驱动电流4mA，发光清晰、亮度大，与ICL7107的2至25脚连接。
4.声光报警电路46由声响电路和灯光电路构成。灯光报警电路是以NE555集成电路为核心，由电阻R12、R13、R14及电容C9等组成的自激震荡器所产生的间歇震荡。由于输出信号较小，难以直接驱动BD1～3三只报警灯。所以，在NE555的输出端加放大管BG1，使报警灯有足够的闪铄光，每间隔0.75秒灯亮一次，灯亮0.5秒，直至报警。声响报警电路采用KD9561集成电路，型号为CMOS。它有四种声音可供选择，由转换开关K4完成。该电路输出端O／P接功率放大管LM386，使扬声器y发出宏亮的报警声。当顶板下沉位移量达到预先设定的危险下沉量，即报警门限时，仪器同时发出10分钟的声、光报警信号。
5.电源47为仪器自带采用6节1.5AH镉镍电池和限流电阻3.5Ω／35W用环氧树脂封装为一体。为本质安全型，不报警可连续使用72小时以上，报警可连续使用2小时。
另带充电机在井上使用。
6.稳压电路48采用集成块7805。考虑到仪器在矿山井下使用，选用了可充电干电池。随着使用时间的延长，端电压要下降，集成块7805的三端可以输出5V的直流电压，不随输入电压的变化而变化。电容C12是输出滤波。
7.电压变换电路49采用7660集成电路。ICL7107集成电路44需正、负两组电源。该电路的作用是将正电源转换成精度较高的负电源，以满足ICL7107集成电路44所需正、负两组电源的要求、可以节省一组负电源。
8.报警延时电路50由电阻R20、电容C12、二极管D2、与门JC5、三极管BG4、BG5(为复管)、继电器JRC等组成。当报警开关K2闭合，C12充电，充电时间的长短由R20调整。与门JC40118的3脚成为高电位，继电器J导通，J2、J1断开，停止报警。该电路充电电容比较小，容易解决防爆问题。
9.欠压指示回路51是采用339集成电路和电阻R25、R26、R27、R28、R29以及电容C14、发光二极管LED5组成。当电源电压低于6.3V时，LED5闪铄，表示欠压。
权利要求1.本实用新型是一种数字式顶板监测警报仪，它由机械传动结构部份和位移数码显示以及声、光报警电路部份组成，其特征是机械传动结构由调节管、主动管、报警灯、显示开关、调零键、箱体、接长杆、万向头、报警定位装置、位移显示、喇叭、欠压指示、电池、音响选择键、电源开关等构成，报警定位装置由触发环、限位环、警报调整拉杆、触发调整标尺构成，电路部份主要由位移电压变换电路、ICL7107集成电路、显示器、声光报警电路、电源、稳压电路、电压变换电路、报警延时电路、欠压指示电路等组成。
2.根据权利要求1所述的一种数字式顶板监测报警仪，其特征是弹簧装在主动管和箱体内，并贯穿在整个主动管和箱体内，箱体内装有齿条，齿轮和电位器之间装有小弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种数字式顶板监测报警仪，其特征是报警延时电路由电阻、电容、二极管、与门、三极管、继电器等组成。
专利摘要本实用新型是顶板监测警报仪系列产品之一，适用于测定煤矿井下顶板下沉量和回弹量；也可用于交通、水利电力的洞室工程中对顶板的监测。主要由机械传动结构和位移数码显示以及声、光报警组成的本质安全型仪器。线路集成化程度高，线路简单、可靠，调试容易。当顶板下沉位移量达到预先设定的危险下沉量，仪器同时发出10分钟的声、光报警信号。该警报仪体积小、重量轻、坚固耐用，防潮防震、操作简单，维修方便。
文档编号E21D17/00GK2059939SQ8921714
公开日1990年8月1日 申请日期1989年9月19日 优先权日1989年9月19日
发明者刘达启, 王令祥, 周泽斌, 史元伟, 梁思祥, 沈少军 申请人:煤炭科学研究总院重庆分院