专利名称：顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种深煤岩层变形位移量非接触测量的传感器，具体为煤矿顶煤顶板运移轨迹跟踪仪。
背景技术：
煤矿综放开采顶煤运移经历了裂隙的产生、张开、闭合等复杂过程，认识这一过程，掌握顶煤运移规律，对于研究顶煤体在外力作用下的变形、破坏发展过程，从而研究顶煤体的可放性、顶煤体的控制、顶煤的采出率、支架-围岩相互作用关系等都有非常重要的意义。其研究手段之一使用顶煤顶板运移轨迹跟踪仪进行观测。由于顶煤运移最大可达2000mm左右，且不可直接接触测量，观测困难，对检测仪的测量方式、安装可操作性、量程等都有苛刻的要求。以往，顶煤顶板运移观测方法是在工作面前端往顶煤顶板斜向钻取30米深左右的钻孔，往钻孔内塞入一个系有钢丝绳的爪锚，爪锚随顶煤顶板一起产生运移，通过人工定时测量钢丝绳的缩入量而得出顶煤顶板运移量。这种方法耗时耗力，且准确度不高。现有的矿用位移跟踪仪如顶板离层仪，主要用于顶板下沉量测量，测量钻孔一般垂直于顶板，钻孔孔深约10米，测量量程约400mm，不能满足顶煤顶板运移量观测的要求。
实用新型内容为解决现有的顶煤顶板运移轨迹测量使用人工测量、耗时耗力、准确度不高，从而给研究顶煤体的可放性、顶煤体的控制、顶煤的采出率、支架-围岩相互作用关系等分析带来不便的问题，本实用新型提供一种无需人为测量的电学监测仪器。为此，本实用新型采用以下技术方案一种顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，具有外壳，其特征在于外壳内装有测量电路板，用于处理位移传感元件送出的位移信号；位移传感元件，用于测量顶煤顶板运移量，其输出接至所述测量电路板的信号输入端，该位移传感元件具有旋转轴，其旋转轴上固定传感元件转轮；绕线转轮；钢丝绳，用于连接顶煤顶板和所述绕线转轮，该钢丝绳的一端固定在所述绕线转轮上并缠绕在绕线转轮上，该钢丝绳的另一端在所述传感元件转轮上缠绕后穿过外壳上的小孔，悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的外表面。进一步地所述位移传感元件通过传感元件固定条垂直水平面固定于外壳的内底板上，该位移传感元件的供电和信号输出引脚与测量电路板连接。所述绕线转轮由轮壳、转轴、发条弹簧组成，该发条弹簧一端固定于绕线转轮的转轴上，另一端固定于绕线转轮内表面，绕线转轮的转轴的两端各有一片支撑片，转轴被卡在支撑片的孔中，支撑片高度大于绕线转轮半径，使得绕线转轮悬空，该支撑片由螺栓固定于
3外壳的内底板上。所述钢丝绳悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的外表面的一端经爪锚连接顶煤顶板，该爪锚用于将测量钢丝绳固定在顶煤顶板，该爪锚由空心钢筒和钢筒上的倒刺组成。本实用新型顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的电路结构具有体积小、功耗低、灵敏度高、 易批量生产、成体低等优点，特别是其量程大，安装简便。
图1是本实用新型的结构示意图的主视图；图2是本实用新型的结构示意图内部结构的右视图；图3是本实用新型的结构示意图的内部结构俯视图；图4-图6分别是本实用新型安装用爪锚结构示意图的主视图、俯视图、右视图。
具体实施方式
本实用新型为一种顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，具有外壳，外壳内装有测量电路板，用于处理位移传感元件送出的位移信号；位移传感元件，用于测量顶煤顶板运移量，其输出接至所述测量电路板的信号输入端，该位移传感元件具有旋转轴，其旋转轴上固定传感元件转轮；绕线转轮；钢丝绳，用于连接顶煤顶板和所述绕线转轮，该钢丝绳的一端固定在所述绕线转轮上并缠绕在绕线转轮上，该钢丝绳的另一端在所述传感元件转轮上缠绕后穿过外壳上的小孔，悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪外表面。所述位移传感元件通过传感元件固定条垂直水平面固定于外壳的内底板上，该位移传感元件的供电和信号输出引脚与测量电路板连接。所述绕线转轮由轮壳、转轴、发条弹簧组成，该发条弹簧一端固定于绕线转轮的转轴上，另一端固定于绕线转轮内表面，绕线转轮的转轴的两端各有一片支撑片，转轴被卡在支撑片的孔中，支撑片高度大于绕线转轮半径，使得绕线转轮悬空，该支撑片由螺栓固定于外壳的内底板上。所述钢丝绳悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的外表面的一端经爪锚连接顶煤顶板，该爪锚用于将测量钢丝绳固定在顶煤顶板，该爪锚由空心钢筒和钢筒上的倒刺组成。顶煤顶板运移轨迹跟踪仪固定于观测钻孔附近，拉伸悬挂于跟踪仪外表面的钢丝绳端头，将其与位于观测钻孔内的爪锚后端的钢丝绳连接，通电并开始工作。顶煤顶板的移动将带动钢丝绳伸长，由此导致位移传感元件感应到位移变化，测量电路通过测量位移传感元件的输出电信号变化，从而由单片机程序解算出顶煤顶板运移轨迹的位移量。
以下结合附图详细说明。参见图1 图6所示本实用新型顶煤顶板运移轨迹跟踪仪包含绕线转轮1、钢丝绳8、位移传感元件2、传感元件转轮3，测量电路板4。位移传感元件2使用多圈线绕电位器，作为位移-电信号传感器，位移传感元件2具有旋转轴，传感元件转轮3固定在位移传感元件2的旋转轴上。位移传感元件通过传感元件固定条5垂直水平面固定于内底板11 上，多圈线绕电位器的引脚17、18、19与测量电路板4连接。测量电路板给多圈线绕电位器的引脚17、18提供一个恒压电路，多圈线绕电位器的引脚19输出电压为以位移值为变量的线性函数。测量电路板连接有数据采集插座22、电池23、电源指示灯24。缠绕在传感元件转轮3上的钢丝绳8拉动传感元件转轮转动，多圈线绕电位器阻值则相应发生变化，由此导致多圈线绕电位器的引脚19输出电压发生相应变化。 顶煤顶板运移轨迹跟踪仪内部包含两个绕线转轮1，钢丝绳8的一头固定在绕线转轮1上，绕线转轮由轮壳6、转轴7、钢丝绳8、发条弹簧9组成，绕线转轮内部有多圈发条弹簧9，发条弹簧一端固定于绕线转轮转轴7上，另一端固定于绕线转轮内表面。绕线转轮外表面绕有多圈钢丝绳8，钢丝绳的8另一端绕过传感元件转轮3并穿过外壳14上的小孔， 经由导引轴16转向90度，再穿过固定地板20上的小孔，悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪外表面。15为导引轴16的安装座。 绕线转轮1的转轴7两端各有一片支撑片10，转轴被卡在支撑片的方形孔中，支撑片高度略大于绕线转轮半径，使得绕线转轮悬空。支撑片由螺栓固定于内底板11上。所述顶煤顶板运移轨迹跟踪仪内部包含绕线转轮1、位移传感元件2，传感元件转轮3，钢丝绳8各两件，可同时测量两路位移。顶煤顶板运移轨迹跟踪仪还包含一个安装用爪锚，用于将测量钢丝绳固定在顶煤顶板一定深度的测量位置。爪锚由空心钢筒25和倒刺沈组成。装配时，绕线转轮用支撑片10固定于内底板上11，位移传感元件用传感元件固定条5固定于绕线转轮前端，并将钢丝绳绕过传感元件转轮再将钢丝绳端头12穿过绳孔悬挂于底座外表面，然后拧上外壳上盖13。本实用新型安装时，首先在工作面前端巷道超前一定位置，往顶煤顶板方向斜向钻取一定深度的钻孔。将一根略长于孔深的钢丝绳一端系在安装爪锚倒刺内十字上，用安装杆将爪锚推入孔内安装位置，然后将钢丝绳8露出孔外的另一端与钢丝绳端头12连接， 打开电源开关21，液晶显示屏幕27点亮并显示数值，仪器开始正常工作。本实用新型的测量电路板包含单片机，单片机的信号输入端连接位移传感元件和恒压电路、电压转换电路、实时时钟电路。单片机的信号输出端连接数据显示电路、串行数据输出电路和数据存储电路。单片机选用内部集成A/D转换器的CPU(C8051F500型号)，位移传感元件选用普通多圈线绕电位器，其输入引脚与恒压源电路连接，输出端与单片机输入端的ADCO连接；恒压源电路由稳压二极管和电阻组成，给位移传感元件提供一个恒定的电压，单片机通过检测位移传感元件上的输出电压来测量顶煤顶板运移的变化。与单片机的信号输出端相连的显示电路包含液晶显示屏，其输入端与单片机的相应输出端相连。单片机计算出顶煤顶板运移位移后，驱动数码显示芯片使4位数码显示管显示位移值，显示非常直观。与单片机的信号相连的还有数据存储芯片电路，数据存储芯片的数据输入输出引脚和时钟引脚与单片机的相应引脚相连.与单片机的信号相连的还有实时时钟电路，实时时钟芯片可提供每次测量数据的实际时间并存储，便于数据分析。测量电路采用电池供电，电池供电端与测量电路插头连接，并在测量电路由低压差稳压芯片将电压稳定在测量电路里所使用芯片的工作电压。该顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的电路结构具有体积小、功耗低、灵敏度高、易批量生产、成体低等优点，特别是其量程大，安装简便。因此，使用时可将该顶煤顶板运移轨迹跟踪仪固定于锚网或锚杆上，再将钢丝绳端头拉伸并与观测钻孔内的钢丝绳连接。一旦顶煤顶板产生位移，钢丝绳即带动传感元件转轮转动，使得传感元件输出信号发生变化，单片机通过检测其输出信号即可用软件解算出位移量。位移量值被液晶屏幕实时显示并存储至数据存储芯片内供读出。
权利要求1.一种顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，具有外壳，其特征在于外壳内装有测量电路板，用于处理位移传感元件送出的位移信号；位移传感元件，用于测量顶煤顶板运移量，其输出接至所述测量电路板的信号输入端， 该位移传感元件具有旋转轴，其旋转轴上固定传感元件转轮；绕线转轮；钢丝绳，用于连接顶煤顶板和所述绕线转轮，该钢丝绳的一端固定在所述绕线转轮上并缠绕在绕线转轮上，该钢丝绳的另一端在所述传感元件转轮上缠绕后穿过外壳上的小孔，悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的外表面。
2.如权利要求1所述的顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，其特征在于所述位移传感元件通过传感元件固定条垂直水平面固定于外壳的内底板上，该位移传感元件的供电和信号输出引脚与测量电路板连接。
3.如权利要求1所述的顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，其特征在于所述绕线转轮由轮壳、转轴、发条弹簧组成，该发条弹簧一端固定于绕线转轮的转轴上，另一端固定于绕线转轮内表面，绕线转轮的转轴的两端各有一片支撑片，转轴被卡在支撑片的孔中，支撑片高度大于绕线转轮半径，使得绕线转轮悬空，该支撑片由螺栓固定于外壳的内底板上。
4.如权利要求1所述的顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，其特征在于所述钢丝绳悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪的外表面的一端经爪锚连接顶煤顶板，该爪锚用于将测量钢丝绳固定在顶煤顶板，该爪锚由空心钢筒和钢筒上的倒刺组成。
专利摘要一种顶煤顶板运移轨迹跟踪仪，其外壳内装有测量电路板，用于处理位移传感元件送出的位移信号；位移传感元件，用于测量顶煤顶板运移量，其输出接至所述测量电路板的信号输入端，该位移传感元件具有旋转轴，其旋转轴上固定传感元件转轮；绕线转轮；钢丝绳，用于连接顶煤顶板，该钢丝绳的一端固定在所述绕线转轮上并缠绕在绕线转轮上，该钢丝绳的另一端在所述传感元件转轮上缠绕后穿过外壳上的小孔，悬挂于顶煤顶板运移轨迹跟踪仪外表面。本实用新型的电路结构具有体积小、功耗低、灵敏度高、易批量生产、成体低等优点，特别是其量程大，安装简便。
文档编号G01B7/02GK202024723SQ20102068514
公开日2011年11月2日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者付东波, 任勇, 尹希文, 徐刚, 秦海涛, 邓志刚 申请人:天地科技股份有限公司