专利名称：一种矿用钻孔微位移测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用钻孔微位移测量仪，尤其涉及一种用于煤矿井下工作面钻孔中测量微小位移的测量仪器。
背景技术：
在煤矿开采的矿井中，采场周围岩体的运动及围岩中高应力区域的存在是导致煤矿发生顶板垮落、冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的根本致因。因此，准确地监测采场围岩(主要是煤体)中应力和/或支承压力的分布规律，预报高应力集中区域的位置是预防和控制煤矿重大动力灾害的前提。矿山压力理论研究成果表明:采动后围岩(煤体)中支承压力势必导致顶底板的移近和煤体的压缩，通过监测顶底板的移近量和移近速度(煤体的压缩量和压缩速度)可以推断煤体中支承压力的高峰位置。矿用微位移测量仪主要利用上述原理，在工作面前方煤体中布置钻孔，测量钻孔中煤体的压缩量和压缩速度，对煤体中的支承压力分布变化规律特别是压力高峰的位置进行推断和预测，为煤矿动力灾害预防控制提供基础数据，是煤矿矿压观测必选仪器之一。目前国内外尚没有对工作面前方煤体的微位移进行测量的专用仪器。目前一直采用的方法是在巷道中预置机械百分表来测量顶底板的位移量，由于综合机械化采煤，巷道中已经不能布置这些测量点，急需采用新的测量方法和仪器，适应新型采煤工艺的需要。CN1020588C公开了一种容式位移测量装置，但其测量结构完全暴露，无法适应井下恶劣的测量环境，且其两极之间没有充填介质的功能，测量精度无法保证，无法测量钻孔中微小位移；CN1170116C公开了一种容式位移测量装置，其结构复杂，体积较大，无法在钻孔中使用。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提出一种矿用微位移测量仪，包括:本体和多个传感器；每个所述传感器包括动尺和静尺，所述动尺和静尺均是由导体制成的，所述静尺中具有适于所述动尺插入的通孔，所述通孔的下端设置有密封静活塞，所述密封静活塞上设置有用于介质进出的接头和用于固定所述密封静活塞的锁紧头；所述动尺设置在静尺的所述通孔内，所述动尺尺身上附着有绝缘材料，其下端设置有密封动活塞，所述密封动活塞是由绝缘材料制成的，其上设置有静尺橡胶密封圈，所述动尺的上端设置有紧固止退箍，所述紧固止退箍内部附着有绝缘材料并具有螺纹，所述紧固止退箍通过螺纹配合固定安装在所述静尺上，所述动尺可相对所述紧固止退箍移动；所述动尺的上端设置有动尺接线片，所述动尺接线片上通过绝缘紧固钉固定有导线，所述导线连接电路模块，所述电路模块通过螺柱固定设置在本体上，包括电容测量芯片CAV414、多通道模拟量切换芯片⑶4051、24位A/D转换芯片、16位低功耗MCU芯片、时钟芯片、存储器芯片、RS485芯片，用于检测传感器的测量结果并予以分析、记录和发送；各个传感器以并联的方式固定在所述本体上，各个传感器的静尺的下端通过三通互相连接并通过油气管连接储能罐，所述油气管上设置有阀门。优选所述紧固止退箍内部附着的绝缘材料为动尺橡胶密封圈。优选所述密封静活塞上的接头通过连接管连接所述三通，所述三通连接所述油气管。本实用新型的优点在于:1、体积小，可安装在煤体钻孔中，不受综采工作面设备移动及行人的影响；2、采用电容式位移传感器，精度高，体积小，适用于井下环境；3、传感器上安装有能产生电容效应的动尺、静尺，在煤体受到外力作用变形时，动尺随着煤体变形而产生位移变化，进而产生电容变化，经过电路处理可计算出位移传感器上的尺寸，其大小与电容变化量的变化量成正比，实现将变形量向电容量的转换，从而实现了位移的测量；4、电路中含有电容测量芯片CAV414(或CAV424)、多通道模拟量切换芯片⑶4051、24位A/D转换芯片、16位低功耗MCU芯片、时钟芯片、大容量存储器芯片、RS485芯片，实现了高精度的数据采集、计算、存储，并可通过RS485通信与其他设备实现数据交换。
附图1是本实用新型所述微位移多点测量仪的外形图(局部剖视)。附图标记如下:I 一绝缘紧固钉,2 —动尺接线片，3 —动尺,4 一紧固止退箍,5 —动尺橡胶密封圈，
6一静尺，7 —密封动活塞，8 —静尺橡胶密封圈，9 一密封静活塞，10 —连接管，11 一锁紧头，12 一二通,13 一油气管，14 一阀门，14 一本体,15 一储能罐。
具体实施方式
参见附图1，其描述本实用新型所述矿用钻孔微位移测量仪的一个优选实施例。矿用钻孔微位移测量仪包括本体和多个传感器，多个传感器并列固定设置在本体上。每个所述传感器包括动尺和静尺，动尺和静尺均由导体制成，例如铝、铜等金属材料。静尺为空心管状结构，其中具有适于动尺插入的通孔，通孔内部的下端设置有密封静活塞，密封静活塞上设置有用于固定所述密封静活塞的锁紧头，静尺的下端连接三通，三通通过连接管连接密封静活塞上的接头，用于传感器内部介质的充入或释放。动尺设置在静尺的通孔内，动尺尺身上附着绝缘材料，其可以选自橡胶等介电常数较高的材料，动尺下端设置有密封动活塞，密封动活塞由绝缘材料制成，其上设置有橡胶密封圈，通过橡胶密封圈与静尺通孔的内壁接触，减少动尺与静尺之间相对移动时的摩擦力，并保证动尺和静尺之间不发生接触，动尺的上端设置有紧固止退箍，紧固止退箍内部附着绝缘材料并具有螺纹，绝缘材料可以制成密封圈的形式，形成动尺橡胶密封圈，螺纹直接设置在动尺橡胶密封圈上，紧固止退箍通过螺纹配合固定旋接在静尺上，紧固止退箍中间具有通孔，通孔壁上附着绝缘材料，动尺插在紧固止退箍的通孔内，可相对紧固止退箍沿其轴向移动。动尺的上端设置有金属动尺接线片，动尺接线片上通过绝缘紧固钉固定有导线，静尺上的导体部分上也设置有导线，导线连接电路模块，电路模块通过螺柱固定设置在本体上，包括电容测量芯片CAV414、多通道模拟量切换芯片⑶4051、24位A/D转换芯片、16位低功耗MCU芯片、时钟芯片、存储器芯片、RS485芯片，用于检测传感器的测量结果并予以分析、记录和发送。通过三通连接在一起的各个传感器通过油气管连接储能罐，储能罐中储存介电常数较高的油类(如变压器油)或气体，油气管上设置有阀门，控制油气管的通断。以上所述的结构，保证了动尺与静尺之间能够运动，并保证动尺与静尺之间没有电气的直接连接，从而形成了可变电容的传感器的结构，保证了动尺与静尺之间有很高的电阻，使其在动、静尺之间形成一个变化稳定的电容。微位移测量仪的单点测量方式采用测量动、静尺之间的电容，经过校准后，电容变化量与动静、尺之间的位移变化量成线性关系，从而完成位移的测量。微位移测量仪由以上所述的多个电容传感器组成，连接固定在本体上。传感器之间用三通连接，用于对传感器充放介质。所有电容传感器的动尺接线片的出线连接到电路板模块，本体也与电路板模块接通，形成电容测量的电路通道。微位移测量仪的各传感器之间距离可为50 300mm，优选100mm，其间距越小，布
置数量密度越大，测量煤体变形能力越强。组成多点微位移测量仪的传感器数量可在I 256选择，优化数量120个。这种数量、间隔组成方式，适应了在煤体应力应变测量中大深度、高精度测量需要，更适用于井下使用，且这种设置方式增加了测量煤体弹性变形的深度范围，为研究煤体变形提供了一种测量工具。测量仪中电容传感器上所安装的动尺，在受到外力作用时发生位移，同时引起传感器电容的变化，经过电路处理可计算出位移变化的大小，其大小与动尺的变化量成正比，电路模块经过转换得到变化值，并计算出位移变化量。本实用新型安装时，在煤体或岩石上打出预定大小和长度的孔，将一个或多个矿用多点微位移测量仪依次安装于钻孔中预定位置，然后打开阀门，对传感器充入一定压力的介质，介质压力在0.5 IMPa，动尺即可伸展对煤体施加一定的压力，这时即可开始对钻孔内所有多点微位移测量仪采集到的数据进行分析处理。钻孔内的所有矿用多点微位移测量仪并联连接，各矿用微位移测量仪单独工作，互不干扰。在钻孔一处或多处受到外力而产生变形时，钻孔内一个或多个矿用微位移测量仪的动尺首先受到挤压，进而迫使与之对应的电容量发生改变，此时，电路板的电容测量电路输出信号，A/D转换模块接收信号，并对其进行转换计算处理，得出位移变化量，并将数据通过电缆线传输至地面的主机(或井下分站，可存储在U盘)，主机配套软件中以图表等各种方式显示分析所测数据。本实用新型通过矿用多点微位移测量仪测量煤体变形量大小和变形范围，可以准确预报高峰应力的范围及位置，为合理布置巷道及采掘工作面提供依据，预防冲击地压等重大灾害的发生，从而保证矿井的安全生产。以上所述，仅为本实用新型专利较佳的具体实施方式
，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型专利的保护范围之内。
权利要求1.一种矿用钻孔微位移测量仪，其特征在于，包括:本体和多个传感器； 每个所述传感器包括动尺和静尺，所述动尺和静尺均是由导体制成的，所述静尺中具有适于所述动尺插入的通孔，所述通孔的下端设置有密封静活塞，所述密封静活塞上设置有用于介质进出的接头和用于固定所述密封静活塞的锁紧头； 所述动尺设置在静尺的所述通孔内，所述动尺尺身上附着有绝缘材料，其下端设置有密封动活塞，所述密封动活塞是由绝缘材料制成的，其上设置有橡胶密封圈，所述动尺的上端设置有紧固止退箍，所述紧固止退箍内部附着有绝缘材料并具有螺纹，所述紧固止退箍通过螺纹配合固定安装在所述静尺上，所述动尺可相对所述紧固止退箍移动； 所述动尺的上端设置有动尺接线片，所述动尺接线片上通过绝缘紧固钉固定有导线，所述导线连接电路模块，所述电路模块通过螺柱固定设置在本体上，包括电容测量芯片CAV414、多通道模拟量切换芯片⑶4051、24位A/D转换芯片、16位低功耗MCU芯片、时钟芯片、存储器芯片与RS485芯片； 各个传感器以并联的方式固定在所述本体上，各个传感器的静尺的下端通过三通互相连接并通过油气管连接储能罐，所述油气管上设置有阀门。
2.如权利要求1所述的微位移测量仪，其特征在于:所述紧固止退箍内部附着的绝缘材料为动尺橡胶密封圈。
3.如权利要求1或所述的微位移测量仪，其特征在于:所述密封静活塞上的接头通过连接管连接所述三通，所述三通连接所述油气管。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用钻孔微位移测量仪，包括本体和多个传感器；每个所述传感器包括动尺和静尺，所述动尺和静尺均由导体制成，所述静尺中具有适于所述动尺插入的通孔，所述动尺设置在静尺的所述通孔内，所述动尺尺身上附着绝缘材料，所述动尺的上端设置有动尺接线片，所述动尺接线片上通过绝缘紧固钉固定有导线，所述导线连接电路模块，所述电路模块通过螺柱固定设置在本体上，各个传感器以并联的方式固定在所述本体上，各个传感器的静尺的下端通过三通互相连接并通过油气管连接储能罐，所述油气管上设置有阀门。
文档编号G01B7/02GK203011336SQ20132001355
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者石永奎, 任义, 齐敏华, 郝建, 林惠立, 边平勇 申请人:山东科技大学