巷道空间形变测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于岩体力学参数测量技术领域，具体是一种监测空间任意两点相对 位移及角度的巷道空间形变测量装置。
【背景技术】
[0002] 巷道作为井下重要的运输通道和工作空间，其稳定状况直接影响到矿井的正常生 产及工人的生命安全。目前在地下工程中，由于掘进作业破坏了岩体原有应力平衡状态，导 致围岩体一定程度的位移、变形以及破坏；其次围岩体的应力一直处于动态变化的过程中， 岩体的位移、变形和渗透特性也随之改变。岩体位移及变形数据是岩体力学参数的基础，准 确获取岩体位移及变形数据是控制岩体稳定、确保工程顺利开展的重要保障。
[0003] 目前隧道、矿井、地下工程对关键位置的变形位移及沉降的测量主要采用机械钢 尺式收敛仪。此类收敛仪收敛值的计算是基于两次基点前后两次间距差值得到的。此类设 备并没有考虑当测量时两基点在空间位置上发生了偏移，基点连线的方位角与倾角发生改 变，因此这时利用收敛仪测试的结果是欠妥的。且现有的测量装置中不含有三维罗盘，无法 进行准确测量。此外，传统的机械收敛仪钢尺部分重量较重，在测量过程中由于重力易产生 下坠，而无法确保其水平度，造成测量偏差。因此，亟需一种能够有效提高测量结果准确度 的巷道空间形变测量装置。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中巷道空间形变测量偏差 大、准确率低的缺点，提供一种能够准确精准测量巷道空间形变的装置。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：巷道空间形变测量装置，包括 基点固定件、带孔钢尺及主机，带孔钢尺与主机为可分离式结构，所述主机包括挂钩、调节 螺母、数据处理与显示装置、三维罗盘、卡尺、尺孔销及联尺架，所述基点固定件用于巷道岩 体内的基点定位，基点固定件上设有用于与挂钩相连的连接件，基点固定件包括第一基点 固定件与第二基点固定件，所述带孔钢尺一端设有挂钩，通过挂钩将带孔钢尺与第一基点 固定件的连接件相连接，所述带孔钢尺上设有若干个圆孔，通过将尺孔销插入圆孔中，用尺 卡将带孔钢尺与联尺架的一端相固定，联尺架的另一端连接有三维罗盘，三维罗盘与数据 处理及显示装置的一端相连，所述数据处理与显示装置包括控制单元及显示单元，显示单 元包括位于数据处理与显示装置表面的显示系统张力程度的张力窗口及显示测量参数值 的参数窗口，所述张力窗口中显示有定位线，定位线为若干根，张力窗口内还设有标示尺， 标示尺上设有标示线，标示尺与调节螺母相连，旋转调节螺母时，标示尺上的标示线能够在 定位线之间进行相应的移动，所述测试参数值至少包括数显位移、方位角及倾角的值，数据 处理及显示装置的另一端与调节螺母的一端相连，调节螺母的另一端设有挂钩，所述挂钩 与第二基点固定件的连接件相连。
[0006] 具体的，所述连接件为钩状结构金属物，其表面涂覆有防锈层。
[0007] 进一步的，所述数据处理与显示装置中还设置有电池及与电池相连的LED灯，所 述LED灯设置于显示单元上方。
[0008] 优选的，数据处理与显示装置还包括复位单元及开关单元，所述复位单元及开关 单元与控制单元相连接，所述数据处理与显示装置表面还设有清零按钮和开关按钮，所述 清零按钮和开关按钮分别与复位单元和开关单元相连。
[0009] 进一步的，该装置还包括用于支撑带孔钢尺的支撑架。
[0010] 具体的，所述带孔钢尺上的圆孔为等间距设置，相邻两个圆孔的距离为25mm。
[0011] 具体的，所述张力窗口包括屏幕，定位线位于张力窗口的屏幕上，屏幕下方设有标 示尺，还包括弹簧，所述调节螺母通过弹簧与标示尺相连。
[0012] 本实用新型的有益效果是：结构简单，易于制作，对现有机械钢尺式收敛仪仅通过 空间两点长度的变化判断空间形变的装置进行了优化，通过对空间两点的长度、方位角及 倾角等参数来计算其空间形变量，使得结果更加优化；其次本装置采用带孔钢尺与主机分 离的结构，优化了现有收敛仪中由于钢尺重力影响其水平度的缺点，降低了系统的测量误 差，进一步提高结果的准确度。本实用新型适用于岩体力学参数测量。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明安装使用时的结构示意图；
[0014] 图2是本发明中带孔钢尺的结构示意图；
[0015] 图3是本发明中联尺架、尺卡、尺孔销的连接结构示意图；
[0016] 图4是本发明中数据处理与显示装置的前视图；
[0017] 图5是本发明中三维罗盘工作原理示意图；
[0018] 图6是本发明进行读数时读数部分的结构示意图；
[0019] 图7是本发明空间基点变形如后的结构不意图；
[0020] 其中，11为第一基点固定件，12为第二基点固定件，2为挂钩，3为调节螺母，20为 数据处理与显示装置，4为参数窗口，5为张力窗口，51为标示线，52为定位线，6为三维罗 盘，7为尺卡，8为带孔钢尺，9为尺孔销，10为联尺架，81为钢尺主体，82为卷盘，83为圆孔， 21为清零按钮，22为开关按钮，H x，Hy，氏是三轴磁阻传感器测出的罗盘坐标系x，y，z轴的 地磁场强度分量；gx，g y是姿态角加速度传感器测得的罗盘坐标系x，y轴的重力加速度分 量；A/D代表模拟数字信号转换器，a表不方位角，(p表不倾角，0-XYZ为空间坐标系，ab代 表变形前基点连线，a nbn代表变形后基点连线。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合附图，详细描述本实用新型的技术方案。
[0022] 如图1所示，本实用新型的巷道空间形变测量装置，包括基点固定件1、带孔钢尺8 及主机，带孔钢尺即设有孔洞的钢尺。带孔钢尺8与主机为可分离式结构，所述主机包括挂 钩2、调节螺母3、数据处理与显示装置20、三维罗盘6、尺卡7、尺孔销9及联尺架10。带孔 钢尺8使用现有机械钢尺式收敛仪中的钢尺即可实现，其结构如图2所示，采用的是卷尺， 包括钢尺主体81、卷盘82以及圆孔83。
[0023] 所述基点固定件1用于巷道岩体内的基点定位，基点固定件1上设有用于与挂钩2 相连的连接件。连接件为钩状结构金属物，此外，还可以为环状、凸起或其他形状，优选钩状 是因为其结构简单，易于实现，且能够节约成本，节省材料。优选铁材质，因为其成本低廉， 易于制作。因为井下巷道阴冷潮湿、潮气重、湿度大，因此在钩状结构金属物的表面涂覆有 防锈层，在具体操作中，可喷涂有防锈漆。基点固定件1包括第一基点固定件11与第二基 点固定件12。所述带孔钢尺8 -端设有挂钩2,通过挂钩2将带孔钢尺8与第一基点固定 件11的连接件相连接，所述带孔钢尺8上设有若干个圆孔，为了保证测量精度，便于操作， 所述圆孔为等间距设置，相邻两个圆孔的距离为25mm。通过将尺孔销9插入圆孔中，用尺卡 7将带孔钢尺8与联尺架10的一端相固定，联尺架10的另一端连接有三维罗盘6,三维罗 盘6与数据处理及显示装置20的一端相连。联尺架、尺卡、尺孔销的连接结构如图3所示。
[0024] 所述数据处理与显示装置20包括控制单元及显示单元，显示单元包括位于数据 处理与显示装置20表面的显示系统张力程度的张力窗口 5及显示测量参数值的参数窗口 4〇
[0025] 所述张力窗口中显示有定位线52,定位线52为若干根，且左右对称设置，张力窗 口 5内还设有标示尺，标示尺上设有标示线51，标示尺与调节螺母相连，通过调节螺母旋转 调节，标示尺左右移动，标示线51的位置发生改变，标示尺上的标示线51能够在两侧的定 位线52之间进行相应的移动。此外，也可以进行如下设计：张力窗口包括屏幕，定位线52 位于张力窗口的屏幕上，屏幕下方设有标示尺，即实现标示线51位于定位线52下方，还包 括弹簧，所述调节螺母通过弹簧与标示尺相连。旋转调节螺母，改变主机部分长度，进而改 变改变标志线位置，当标志线出现在定位线的相同位置，即弹簧变形位移相同时，便可对钢 尺产生恒定拉力，从而保证了测量的准确性及可比性。主机长度的改变量由数显电路测出 并显示在LED屏上。
[0026] 所述测试参数值至少包括数显位移、方位角及倾角的值。所述数据处理与显示装 置还包括复位单元及开关单元，所述复位单元及开关单元分别与控制单元相连接，所述数 据处理与显示装置表面还设有清零按钮和开关按钮，所述清零按钮和开关按钮分别与复位 单元和开关单元相连。复位单元使用现有技术中的复位装置即可实现。数据处理与显示装 置20的前视图如图4所示。
[0027] 图5是本发明中三维罗盘工作原理示意图，其测量原理如下：
[0028] 把三维罗盘相对于地理坐标系（0-XYZ) X、Y、Z三个轴绕逆时针转动角度分别定义 为滚角9、倾角f和方位角a。根据姿态角加速度传感器测得的重力加速度在罗盘坐标系 (0-xyz) x轴和y轴方向的分加速度gjP g ￥可以直接计算得到钻孔的倾角（p:和滚角0，计 算关系式如下：
[0029]
[0030]
[0031] 设三轴磁阻传感器测量到的磁场矢量值在罗盘坐标系（0-xyz)中对应的坐标为 (氏，民，扎），分解到地理坐标系（01￥2)中对应坐标为（氏，仏，氏）。当三维罗盘在运动过程 中发生滚角9和倾角V时，利用方向余弦法，通过乘以滚角0和倾角？所引起的方向余弦 矩阵可以得到罗盘坐标系与地理坐标系间的转换关系式如下：