r>[0032]
[0033] 将三轴磁阻传感器测量到的磁场矢量值在罗盘坐标系中对应的坐标（Hx，Hy，Hz)带 入上式中得到磁场矢量值在地理坐标系X、Y轴的分量Hx、Hy:
[0034]
[0035] HY= H y cos 9 +HZ sin 9
[0036] 则此时，地理坐标系X轴（罗盘前进方向x轴在水平面的投影）与磁北方向的夹 角即三维罗盘的磁方位角a'可由下式计算得到：
[0037] a ' = arctan (HY/HX)
[0038] 由于地磁南北极与地理南北极并不完全一致，磁北方向与地北方向间存在一定的 夹角，称为磁偏角，记为0，而方位角a，是地理坐标系X轴（罗盘前进方向x轴在水平面 的投影）与地北方向的夹角，因此
[0039] a = a ' +0
[0040] 其中每个地区的磁偏角0是一个固定值，可以列表形式导入微控制器中，并根据 GPS的信息选择具体的值自动计算方位角。
[0041] 数据处理及显示装置20的另一端与调节螺母3的一端相连，调节螺母3的另一端 设有挂钩2,即数据处理及显示装置20通过调节螺母3与挂钩2相连，所述挂钩2与第二基 点固定件12的连接件相连。
[0042] 由于井下巷道光亮度有限，为了在光线不好的巷道中提高照明度，使得便于读取 显示单元上的参数窗口 4的数值、张力窗口 5的张力程度以及带孔钢尺8上的读数，在所述 数据处理与显示装置20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。本技术方案中的读数部分包括数据处理与显示装置20显示测量参数值的参数窗 口 4以及带孔钢尺，如图6所示，所得长度量为参数窗口 4显示的数显位移读数及钢尺读数 之和。
[0043] 由于在具体的使用中，带孔钢尺必须保证其置地或者被支撑住，切忌使其自由悬 空，因此可以利用支撑架进行支撑，此外还可以让测量人员人工托住。优选的，是置地或利 用支撑架。支撑架可以是一个也可以是多个，必须保持带孔钢尺在一条水平线上。所述支 撑架包括底盘、支撑柱以及与带孔钢尺连接的连接部，所述底盘较大，能够稳定支撑；连接 部与带孔钢尺相匹配，即所述连接部为直线型。
[0044] 本实用新型的工作原理如下：在实际应用中，选取待测巷道空间内表面岩性较好 的位置进行打孔，安装基点固定件，埋入预定围岩，可使用快凝水泥将其固定，待基点固定 件固定完成后进行测试系统安装。首先通过主机部分测得沿巷道走向的方位角，而后通过 挂钩2将带孔钢尺8连接第一基点固定件11上，并通过挂钩将主机连接到第二基点固定件 12上。在带孔钢尺8上选择合适的圆孔，将联尺架10上尺孔销9插入该尺孔，用尺卡7扣 住联尺架，使带孔钢尺8与主机连接在一起，使得带孔钢尺8保持平整。打开数据处理与显 示装置的开关按钮，调整调节螺母3,使得张力窗口内标示线位于标尺上定位线之间时停止 调节，此时对带孔钢尺8产生恒定张力，保证测量的准确性及可比性，记下钢尺基准线长度 与参数窗口 4中数显位移、方位角、倾角数据，方位角、倾角数据由三维罗盘6测得；此外，记 录带孔钢尺在联尺架一端尺孔处的长度L。为了提高准确度，标示线出现的位置每次应一 致，且至少重复测三次并取平均值。
[0045] 进一步的，为了提高测量准确度，当三次读数中三类数值（数显位移、方位角、倾 角）中其中一个的极差超过10%时，应重新测试；测试过程中，若数显读数已超过25mm时， 收拢钢尺（换尺孔）25_重新测试，两组长度平均值相减，即为两尺孔的实际间距，以此消 除钢尺冲孔距不确定造成的测量误差；若后续测量与首次测量的环境温度相差较大时，要 根据相关修正公式进行温度修正。具体而言，数据处理过程如下：
[0046] 提取显示窗口上记录的方位角、倾角、数显位移以及钢尺上的表示长度的钢尺读 数。而后利用上述参数进行数据处理。如图7所示，ab代表变形前基点连线，anbn代表变 形后基点连线，用以下式计算变形值：
[0051] 式中：SX代表x方向位移值；Sy代表y方向位移值；Sz代表z方向位移值；D代表整 体位移值；D。为首次数显读数（mm)，Dn为第n次数显读数（mm)，L。为首次钢尺读数（mm)，Ln 为第n次钢尺读数（mm)，咨为首次倾角读数（° )，A为第n次倾角读数（° )，a为巷道 走向方向的方位角读数（° )，a。为首次方位角读数（°)，an为第n次方位角读数（° )， n为测量的次数。其中，将两个挂钩分别连接两个基点固定件，即靠两基点处的巷道侧壁面 放置，分别读取靠左侧壁面与右侧壁面时方位角读数，将左右两侧读数之和的平均值作为 巷道走向方向的方位角a。为了使得测量数据更准确，对靠左侧壁面与右侧壁面时方位角 读数重复读取3次，将3次左右两侧读数之和的平均值作为巷道走向方向的方位角a。
[0052] 为了提高结果的准确度，如第n次测量与首次测量的环境温度相差较大时，如相 差0. 2°C，就需要进行温度修正，其修正公式如下：
[0053] Lrn=Ln-a(Tn-T〇)XLn
[0054] 式中：L' "为温度修正后钢尺长度（mm)，a为钢带尺线膨胀系数，取a= 12父106°(：，1；为第11次测量环境温度（°(：)，1'。为首次测量环境温度（°(：)。
[0055] 按照上述方法即可准确地得到巷道空间任意两点的变形值，如下：
[0059]
[0060] 如此即可得到准确度高、误差偏移小的巷道空间任意两点的变形值。
【主权项】
1. 巷道空间形变测量装置，其特征在于，包括基点固定件（I)、带孔钢尺（8)及主机， 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)，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，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，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，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)，所述张力窗口中显示有定位线，定位线为若干根，张力窗 口（5)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（20)的另一端与调节螺母（3)的一端相连，调 节螺母（3)的另一端设有挂钩（2)，所述挂钩（2)与第二基点固定件（12)的连接件相连。2. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，所述连接件为钩状结构 金属物，其表面涂覆有防锈层。3. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，所述数据处理与显示装 置（20)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。4. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，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。5. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，还包括用于支撑带孔钢 尺⑶的支撑架。6. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，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。7. 如权利要求1所述的巷道空间形变测量装置，其特征在于，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。
【专利摘要】巷道空间形变测量装置，属于岩体力学参数测量技术领域，以克服现有技术中巷道空间形变测量准确率低的缺点。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，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，基点固定件包括第一基点固定件与第二基点固定件，通过挂钩将带孔钢尺与第一基点固定件相接，通过将尺孔销插入带孔钢尺的圆孔中，用尺卡将带孔钢尺与联尺架相固定，联尺架连有三维罗盘，三维罗盘还与数据处理及显示装置相连，数据处理与显示装置包括控制单元及显示单元，数据处理及显示装置通过调节螺母与挂钩相连，挂钩与第二基点固定件相连。本实用新型适用于测量岩体力学参数。
【IPC分类】G01B21/32, G01B5/30
【公开号】CN204924230
【申请号】CN201520706110
【发明人】邱治强, 高明忠, 谢晶, 王满, 徐晓炼, 谭强, 王英伟, 汪文勇, 李安强, 吕有厂, 孙矩正, 高建成, 杨继东
【申请人】四川大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月14日