专利名称：具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪的制作方法
技术领域：
具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪技术领域本申请涉及矿山顶板检测仪器。
技术背景目前在矿山采掘工作面顶板检测中普遍采用机械式顶板动态仪监测顶板动 态位移量。通过对某一时间段的顶板位移变化预测顶板的来压规律，以便在冒 顶、来压事故发生前作出及时的预报，采取相应安全措施保证矿山安全生产。 机械式顶板动态仪的构造是，包括壳体、上支杆、下支杆和机械指针表。上、 下支杆在顶底板之间相对移动时，带动指针表转动，从表头上人工读出位移数。 其不足之处是需要人工下井定时观测，手抄表记录，工作量大，很容易造成关 键数据丢失、误报，且读数精度低，预测来压不准，属于原始的检测仪器。 发明内容本申请的目的是针对机械式顶板动态仪的使用缺陷，提出一种具有数显、 上下限报警、存储、红外通讯、计算机联网功能的顶板位移数显检测仪。 本申请的技术方案是顶板位移数显检测仪，由上支杆、下支杆、弹簧、壳体、容栅传感器、微 处理器系统电路板组成。其中微处理器系统电路板、电池盒、容栅传感器的定 尺安装固定在壳体内；壳体的上端与上支杆固定在一体，壳体的下端连接有套 管，套管内装有压縮弹簧，容栅传感器的动尺穿过容栅传感器的定尺和压縮弹 簧后与下支杆固定在一体。初始状态容栅传感器的动尺在容栅传感器的定尺内 的起始位置。上、下支杆在外力作用下发生相互位移时，容栅传感器动尺在定 尺内相对移动，产生位移量值的数字信号，按固定频率传送给微处理器系统进行处理。微处理器系统是以微处理器CPU为核心，其外围包括以下器件和电路容 栅传感器信号处理电路、LED显示器/报警器、EEPROM存储器、外部定时器、 外部看门狗电路、光敏传感器和输入/输出接口。位移数字信号处理过程是容栅传感器发出的位移值数字信号通过容栅传 感器信号处理电路放大后进入CPU。 CPU运算处理后得到位移值，并判断该位 移值是否超越检测仪量程和上、下限报警值。若超越量程时通过LED闪烁错误 信号；若不超量程时根据判断进入报警状态和非报警状态两种子过程。报警状 态下CPU全速运行，采集即时位移值送LED显示并间隔闪烁警示信号。非报警 状态下CPU处于休眠状态，在外部定时器定时信号下或在外部看门狗电路动作、 光敏传感器信号和红外控制信号任一唤醒条件下CPU进入运行状态。另外，外 部定时器在量程内任何状态下定时强制LED显示数据并把数据存储到存储器。 在微处理器系统无反应时由外部看门狗电路将其复位，保证正常运行，提高长 时间工作的可靠性。输入/输出接口是检测仪微处理器系统与外部其它系统的数据通讯口，可采 用红外通讯方式或RS485接口方式。上位机系统可通过输入/输出接口控制微处 理器系统并进行数据通讯。CPU检测到电池欠压信号后，通过LED显示欠压报 警信号。本申请的积极效果是l.检测仪微处理器系统以单片微处理器为核心，功耗 低，可用普通干电池供电，长时间工作。可采用多种软、硬件措施提高抗干扰 能力。2.采用容珊传感器检测位移，检测精度高，并实现数字量正、负采集。3. 采用LED高亮度显示器，在无光源的条件下具有极好的数据显示效果。4.采用 EEPROM存储器自动定时保存数据，存储量大，数据保存时间长。5.采用红外通讯接口或RS485接口，可与上位机进行通讯，以便由上位机对数据进行处理 和分析。6.可做为独立仪器单独监测、报警使用，也可结合PC机系统进行多点 联网监测、报警。总之，本申请的检测仪结构简单、检测数据准确、自动化程度高、使用方 便、应用范围广。
图1是本申请的机械结构主视图；图2是本申请微处理器系统模块原理框图。图例说明l一上支杆，2 —下支杆，3 —弹簧，4一微处理器系统电路板，5 一支架板，6—电池，7—电池盒，8 —容栅传感器定尺，9一容栅传感器动尺， IO—壳体，ll一LED显示窗，12—套管。
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本申请的工作原理和结构。 如图l、图2所示，本申请的顶板位移数显检测仪(以下称检测仪)由上支 杆l、下支杆2、压縮弹簧3、壳体IO、容栅传感器定尺8、容栅传感器动尺9、 微处理器系统电路板4和电池盒7组成，电池盒7内装有电池6。微处理器系统 电路板4、组合电池盒6和容栅传感器定尺8安装固定在密封壳体10内的支架 板5上。壳体10的上端与上支杆1固定在一体，壳体10的下端连接有套管12, 套管12内装有压縮弹簧3;容栅传感器动尺9的底端与下支杆2固定在一体， 上端穿入容栅传感器定尺8中。壳体10中部是容栅传感器动尺9与容栅传感器 定尺8相对位移的通道。在确定起始位置执行清零操作后，检测仪上支杆1和下支杆2，在外力作用 下发生相互位移时，容栅传感器得到相对位移量值的数字信号，容栅传感器不间断的按固定频率将即时数据传送给微处理器系统进行处理。容栅传感器的工作原理是容栅传感器定尺8和动尺9两者相对的面上分 别印制(镀或刻划) 一系列尺寸相同、均匀分布并互相绝缘的金属栅状极片， 形成一对对电容，这些电容并联联接。最小电容量理论上为零，实际上为容栅 固有电容值。当动尺和定尺相对移动时，每对电容的相对遮盖长度将由大到小 或由小到大地周期性变化，电容量值也随之相应周期变化，经电路处理后，测得线位移量值，再通过容栅传感器信号处理电路与CPU连接。如图2所示，微处理器系统是以微处理器(CPU)为核心，外围包括以下 器件和电路容栅传感器信号处理电路、外部定时器、LED显示器/报警器、光 敏传感器存储器、外部看门狗电路、存储器和输入/输出接口。微处理器系统的信号传输与处理过程是CPU采集到位移量信号并运算处理后得到位移值，判断得到的位移值是否超越量程和上、下限报警值，若不超越量程和上、下限报警量则休眠；若超越量程和上、下限报警值，则停止休眠， 进入错误或报警状态，通过LED闪烁错误信号或警示信号。CPU休眠状态下需 外部定时器信号、外部看门狗电路信号、光敏传感器信号和红外控制信号唤醒 运行。外部定时器为定时时间可调的定时器，设计成秒级定时器和分级定时器。 为使系统反应灵敏，秒级定时器输出周期为0.8秒。CPU在秒级定时器输出周 期内被唤醒，采集容珊传感器发送过来的数据。分级定时器输出周期为6分钟， 唤醒CPU采集并保存位移数据进入EEPROM存储器一次，同时LED显示数据 2秒钟。LED显示器用于本地数据显示和报警，采用动态扫描方式。由于LED耗电 量大和电池供电等因素，为了节电，LED显示器正常状态被软件关闭。非报警状态下仅定时显示数据；当报警状态时则闪烁显示数据和警示信号。光敏传感器感受光照度，在人工观测时给予有光情况下唤醒系统强制LED 显示当前数据。外部看门狗电路在微处理器系统无反应时将系统复位，保证其正常运行， 提高长时间工作的可靠性。微处理器系统采用IIC总线的大容量EEPROM存储器，可记录间隔离散的 动态数据，通过PC机可还原7天以上的位移历史状态，从而预测顶板的变化规 律。CPU与EEPROM存储器的通讯为双向的。输入、输出接口是检测仪微处理器系统与外部其它系统的数据通讯口，采 用红外通讯方式和RS485总线方式或其中一种。上位机系统可通过输入/输出接 口控制检测仪微处理器系统并进行数据通讯。在红外通讯方式下若接收红外控 制器发送过来的数据，CPU被中断唤醒，判断指令码，执行抄数、清零、显示、 调整参数等操作。若为"抄数"指令则一次送出EEPROM存储器中所保存的数 据。在RS485有线通讯方式下则通过上位机实现以上操作。电池欠压报警功能是当电池电压低于设定最低值时，CPU通过LED显示欠 压报警信号。
权利要求1、一种具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪，它包括壳体、上支杆和下支杆，其特征在于，壳体内安装固定有微处理器系统电路板、电池盒和容栅传感器定尺；壳体的上端与上支杆固定在一体，壳体的下端连接有套管，套管内装有压缩弹簧，容栅传感器动尺穿过容栅传感器定尺和压缩弹簧后与下支杆固定在一体，容栅传感器动尺在定尺内相对移动，产生位移量值的数字信号，按固定频率传送给微处理器系统；微处理器系统是以微处理器CPU为核心，其外围包括以下器件和电路容栅传感器信号处理电路、LED显示器/报警器、EEPROM存储器、外部定时器、外部看门狗电路、光敏传感器和输入/输出接口。
2、 如权利要求1所述的具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪，其特 征在于，输入/输出接口采用红外通讯方式或RS485接口方式。
3、 如权利要求1所述的具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪，其转 征在于，输入/输出接口采用红外通讯方式和RS485接口方式。
专利摘要本申请公开了一种具有记录、报警功能的顶板位移数显检测仪，它包括壳体、上支杆和下支杆，壳体内安装固定有微处理器系统电路板、电池盒和容栅传感器定尺；壳体的上端与上支杆固定在一体，壳体的下端连接有套管，套管内装有压缩弹簧，容栅传感器动尺穿过容栅传感器定尺和压缩弹簧后与下支杆固定在一体，容栅传感器动尺在定尺内相对移动，产生位移量值的数字信号，按固定频率传送给微处理器系统进行处理。本申请主要用于矿山顶板动态位移量的监测。
文档编号G01D5/241GK201138210SQ20082002209
公开日2008年10月22日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者伟 亓, 涛 亓, 克 孙, 孙伟方 申请人:孙伟方;亓 涛