一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置的制作方法

本实用新型涉及太赫兹监测技术领域，具体地说是一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置。

背景技术：

现有煤矿采矿井下作业的煤矿开采机械由于不能事先得知煤层下的岩石位置，常导致采煤机械的严重损耗，严重者会导致操作人员的安全事故，甚至对于井下排放瓦斯不好的井下环境，一旦采煤设备开采到岩石层，采煤设备与岩石层剧烈摩擦产生火花甚至采煤器械受热变形，易引发较为严重的井下事故。目前市场上缺少有效的测量煤层厚度的装置、缺少实时便携的厚度测量装置，由于现有技术不能确定煤层的厚度，在采煤机采煤过程中经常出现采煤机采到岩石层时采煤机产生严重损坏，同时地下采煤灰尘大，采煤机操作员很难注意到采煤机是否遇到岩石层，鉴于太赫兹波具有良好的穿过灰尘的能力，确保了检测的准确性。鉴于此，亟待需求利用太赫兹波实时测量煤层厚度的监测设备知道开采作业的进行。

技术实现要素：

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置。

本实用新型的技术方案是按以下方式实现的，本实用新型的一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置，其结构包括太赫兹机体，太赫兹机体的前端设置有接收窗口，接收窗口和太赫兹机体组成封闭的太赫兹机体腔体结构，腔体结构内设置有太赫兹发射源，太赫兹发射源连接太赫兹波导管，太赫兹波导管约束太赫兹发射源发射的太赫兹波朝向太赫兹机体前方发射，

接收窗口内侧的腔体结构内固定设置有接收透镜，接收透镜的后方设置有太赫兹相机，太赫兹相机连接计算机；太赫兹相机、计算机和太赫兹机体固定连接；

太赫兹发射源的太赫兹波经太赫兹波导管后穿透接收窗口射向煤层，穿透煤层经过岩石层的反射回路，反射回路穿过接收窗口经接收透镜汇聚后投射到太赫兹相机上，由计算机分析采集太赫兹波的能量信息；

太赫兹机体固定设置在履带块上，连续的履带块铰接构成履带，履带通过两个履带运转辊驱动运转，两个履带运转辊分别配置在检测架上，检测架的中心垂直固定连接有旋转轴，旋转轴同轴固连扭矩轴，扭矩轴配置在分动箱上，分动箱的动力由采煤机机械输出提供；

分动箱的动力驱动扭矩轴转动，扭矩轴同轴带动旋转轴转动，旋转轴转动带动检测架转动；

检测架平面与旋转轴相垂直，检测架的旋转平面和旋转轴相垂直；

履带的运转平面与检测架平面相平行；

两个履带运转辊中至少一个履带运转辊通过液压马达驱动转动，履带运转辊转动带动履带运转，获得太赫兹机体在履带前置传输面面域的工作位置；

履带将太赫兹机体到动到履带前置传输面时，太赫兹机体工作对前方的煤层进行发射太赫兹波检测，履带将太赫兹机体到动到履带后置传输面时，太赫兹机体朝后，停止工作，利用履带前置传输面对太赫兹机体进行保护。

太赫兹发射源和太赫兹波导管组成太赫兹波发射器，太赫兹波发射器在接收透镜周围均匀分布，且太赫兹波发射器的发射轴和接收透镜的接收轴相平行。

太赫兹波发射器围绕接收透镜的接收轴以轴对称分布，且太赫兹波发射器的分布均处于同一发射界面，该发射界面与接收轴相垂直，该发射界面处于太赫兹机体腔体结构内腔的接收窗口后方。

太赫兹相机平面设置在接收透镜的接收轴后方，且太赫兹相机平面与接收透镜的接收轴相垂直。

分动箱输出扭矩轴的位置设置有液压缸，液压缸采用由内缸和外缸构成的内外缸体，扭矩轴在内缸中心通道穿出，扭矩轴和内缸相对独立游离，在内缸和外缸之间形成环形中心缸体内腔，环形中心缸体内腔的末端由末端封盖封闭封堵，环形中心缸体内腔的前端通过平面旋转盘盘封进行封盖，环形中心缸体内腔内设置有液压油，液压缸连通液压机；

平面旋转盘盘封和内外缸体之间通过轴封相对封闭转动，并将液压油密封在环形中心缸体内腔，平面旋转盘盘封上连接有液压油管，液压油管连接液压马达驱动履带运转辊转动；平面旋转盘盘封和扭矩轴固定连接实现同步转动。

本实用新型与现有技术相比所产生的有益效果是：

本实用新型的一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置采用高功率太赫兹源，高速高分辨率太赫兹相机、防尘防水设计确保设备的正常运行。

井下采煤由于灰尘量大，采煤设备操作员很难辩清前方煤层情况，由于太赫兹波具有很好的穿透烟尘的能力，借助该装置能够实时了解前方煤层开采情况。通过将该装置安置于采煤设备上，能够及时预防采煤设备接触岩石层，提高采煤生产的效率及安全性。

本实用新型的一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置设计合理、结构简单、安全可靠、使用方便、易于维护，具有很好的推广使用价值。

附图说明

附图1是本实用新型的太赫兹机体的结构示意图；

附图2是本实用新型的总装结构示意图；

附图3是本实用新型的前置传输面的工作状态结构示意图。

附图中的标记分别表示：

1、太赫兹机体，

2、接收窗口，3、腔体结构，

4、太赫兹发射源，5、太赫兹波导管，6、接收透镜，7、太赫兹相机，8、计算机，

9、履带块，10、履带，11、履带运转辊，12、检测架，13、旋转轴，14、扭矩轴，15、分动箱，16、采煤机，

17、液压马达，18、前置传输面面域，

19、液压缸，20、内缸，21、外缸，22、内缸中心通道，23、环形中心缸体内腔，24、末端封盖，25、平面旋转盘盘封，26、液压油，27、液压机，28、液压油管，

29、煤层，30、岩石层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置作以下详细说明。

如附图所示，本实用新型的一种太赫兹主动式煤层厚度实时测量装置，其结构包括太赫兹机体1，太赫兹机体1的前端设置有接收窗口2，接收窗口和太赫兹机体组成封闭的太赫兹机体腔体结构3，腔体结构内设置有太赫兹发射源4，太赫兹发射源4连接太赫兹波导管5，太赫兹波导管5约束太赫兹发射源发射的太赫兹波朝向太赫兹机体前方发射，

接收窗口内侧的腔体结构内固定设置有接收透镜6，接收透镜6的后方设置有太赫兹相机7，太赫兹相机7连接计算机8；太赫兹相机、计算机和太赫兹机体1固定连接；

太赫兹发射源4的太赫兹波经太赫兹波导管后穿透接收窗口射向煤层，穿透煤层经过岩石层的反射回路，反射回路穿过接收窗口经接收透镜汇聚后投射到太赫兹相机上，由计算机分析采集太赫兹波的能量信息；

太赫兹机体固定设置在履带块9上，连续的履带块9铰接构成履带10，履带10通过两个履带运转辊11驱动运转，两个履带运转辊分别配置在检测架12上，检测架的中心垂直固定连接有旋转轴13，旋转轴13同轴固连扭矩轴14，扭矩轴14配置在分动箱15上，分动箱15的动力由采煤机16机械动力输出提供；

分动箱15的动力驱动扭矩轴转动，扭矩轴同轴带动旋转轴转动，旋转轴转动带动检测架转动；

检测架平面与旋转轴相垂直，检测架的旋转平面和旋转轴相垂直；

履带的运转平面与检测架平面相平行；

两个履带运转辊11中至少一个履带运转辊通过液压马达17驱动转动，履带运转辊转动带动履带运转，获得太赫兹机体在履带前置传输面面域18的工作位置；

履带将太赫兹机体到动到履带前置传输面时，太赫兹机体工作对前方的煤层进行发射太赫兹波检测，履带将太赫兹机体到动到履带后置传输面时，太赫兹机体朝后，停止工作，利用履带前置传输面对太赫兹机体进行保护。

太赫兹发射源和太赫兹波导管组成太赫兹波发射器，太赫兹波发射器在接收透镜周围均匀分布，且太赫兹波发射器的发射轴和接收透镜的接收轴相平行。

太赫兹波发射器围绕接收透镜的接收轴以轴对称分布，且太赫兹波发射器的分布均处于同一发射界面，该发射界面与接收轴相垂直，该发射界面处于太赫兹机体腔体结构内腔的接收窗口后方。

太赫兹相机平面设置在接收透镜的接收轴后方，且太赫兹相机平面与接收透镜的接收轴相垂直。

分动箱输出扭矩轴的位置设置有液压缸19，液压缸19采用由内缸20和外缸21构成的内外缸体，扭矩轴14在内缸中心通道穿出，扭矩轴和内缸相对独立游离，在内缸和外缸之间形成环形中心缸体内腔22，环形中心缸体内腔的末端由末端封盖24封闭封堵，环形中心缸体内腔的前端通过平面旋转盘盘封25进行封盖，环形中心缸体内腔内设置有液压油26，液压缸19连通液压机27；

平面旋转盘盘封和内外缸体之间通过轴封相对封闭转动，并将液压油密封在环形中心缸体内腔，平面旋转盘盘封上连接有液压油管，液压油管连接液压马达驱动履带运转辊转动；平面旋转盘盘封和扭矩轴固定连接实现同步转动。

如此，在能保证履带前置传输面旋转的基础上，保证液压传动，能够调节太赫兹机体的位置，形成全旋转面域的调整位置，这样能够覆盖盾构机开采的工作面域。

太赫兹发射源发射的太赫兹波经过太赫兹波导管的波束归整射向煤层，由于煤层相对于太赫兹波具有一定的透过率，透过的太赫兹波到达岩石层，由于太赫兹波不能穿透岩石经过岩石的反射并再次穿透煤层，太赫兹波先后两次穿过煤层，每次穿透煤层太赫兹波的能量便会有所衰减，返回的太赫兹波穿过接收窗口、接收透镜最终汇聚在太赫兹相机上，太赫兹相机接收太赫兹波并输出太赫兹波的能量信号，能量信号传输至计算机，通过计算机中太赫兹波相对煤层的衰减算法推算出煤层的厚度。

太赫兹发射源，发射太赫兹波的频率范围为100GHZ～1THZ，作为最优选选用380GHZ频率为主要发射频率。发射功率范围20mW～100W,作为最优选选用发射功率为50W。

太赫兹波导管，材质采用高纯度铜，管内壁蒸镀0.3μm～0.5μm金属金，相对于太赫兹波的反射率≥99.8%。

太赫兹煤层，由于不同矿区的煤质有所不同，对特定频率的太赫兹波能量的衰减能力有所差异。测量煤层厚度之前需对该矿区煤层的煤质进行物理参数测量，并将物理参数录入至计算机中的太赫兹波相对煤层的衰减算法中。以此提高装置对煤层厚度的准确测量。

收发窗口，收发窗口将太赫兹发射源、太赫兹波导管、太赫兹相机、接收透镜密封在密闭空间中，目的是防止在煤矿井下作业时灰尘对系统稳定运行的影响。收发窗口材质为聚四氟乙烯。

接收透镜，透镜材质选用聚四氟乙烯材质，相对于高阻硅材质具有很好的防震、防破损特性，减少外界震动对透镜后焦距位置的影响。接收透镜接收角25°～45°。

太赫兹相机，工作温度范围-20℃～60℃，无需制冷在室温条件下探测返回的太赫兹波的能量，通过将探测的太赫兹能量值转换为数据值输入至计算机中，通过计算机中太赫兹波相对煤层的衰减算法推算出煤层的厚度。