一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器的制作方法

1.本实用新型涉及矿井监测设备领域，具体涉及一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器。


背景技术：

2.矿井在开采过程中需要在地下挖掘巷道，以供采矿人员和采矿车通过，但随着开采进度，巷道会越挖越深，巷道会承受巨大的压力。在压力、岩层活动的影响下，巷道的顶板和底板会发生相对位移，从而导致巷道坍塌等事故，严重危害采矿人员的生命安全。
3.为了预测该种事故，顶底板位移传感器应运而生，该种传感器设置在巷道的顶板和底板之间，用来监测顶底板的相对位移情况，但一般都只能监测顶底板上下之间的位移情况，如专利号为cn215114413u的专利中提到的一种矿用光纤光栅顶底板位移传感器，该传感器内仅设置了一个单头的悬臂梁，只能监测顶底板上下之间的位移情况，无法监测到顶底板之间水平位移的情况。专利号为cn214893100u的专利中提到了一种光纤光栅顶底板位移传感器悬臂梁，该种悬臂梁设置了数根摇臂，与顶板上的连接点进行连接，能够监测顶底板之间多个方向的位移，但整体结构复杂，安装起来也比较复杂，对各个连接点的位置要求也很高，而且顶底板之间发生相对位移时，各个连接点之间的位移并不一致，这就导致测得的位移数据容易出现误差。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，该传感器内置了数根悬臂梁，能够同时对顶底板之间多个方向的位移进行监控，同时设计了连接支杆，用来连接顶板和各个悬臂梁，简化了传感器的结构，安装更方便，因为连接支杆与顶板只有一个连接点，所以对顶板位移的监测也更加准确可靠。
5.本实用新型的技术方案如下：
6.一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，包括支撑支杆、固定座、外壳、悬臂梁和连接支杆，所述支撑支杆的下端垂直固定在巷道的底板上，上端连接固定座，所述支撑支杆为固定座提供支撑，将所述传感器垂直固定在地面上，所述固定座中设置有数根悬臂梁，所述外壳包裹在固定座的外侧，为固定座的内部空间提供密封，所述悬臂梁包括横臂和竖臂，所述竖臂竖直固定在固定座中，沿竖臂设置有光纤光栅，光纤光栅与设置在巷道外的光纤动态监测主机连接，所述横臂的内端与竖臂垂直连接，所述连接支杆上端连接巷道顶板，下端伸入固定座中通过弹簧与悬臂梁的横臂外端连接，所述传感器相比专利cn214893100u中设置多个连接点的方式，其准确性更高，只需要在顶板上为连接支杆设置一个连接点，安装更方便快捷。
7.如上所述的一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，所述固定座从上到下依次包括固定盖和固定筒，所述固定筒的中间设置有安置腔，所述悬臂梁均固定连接在安置腔中，所述固定盖的下表面与固定筒的上表面之间设置有支点腔，所述支点腔中设置有支点球，
所述连接支杆的下端由上而下从支点球的中间穿过，伸入安置腔中，所述支点球在支点腔中能够自由转动，为连接支杆提供转动支点。
8.进一步的，所述支点球的外侧表面设置有凸起的第一限位条，所述第一限位条在支点球表面沿经线方向布置，所述支点腔内侧在第一限位条的相对位置设置有第一限位槽，所述第一限位条和第一限位槽的互相配合下，使支点球无法在支点腔中进行沿纬线方向的转动。
9.进一步的，所述支点球与连接支杆接触的位置设置有由上而下的第二限位槽，所述连接支杆在第二限位槽相对的位置设置有凸起的第二限位条，所述第二限位条与第二限位槽相配合，使连接支杆相对支点球只能上下移动，防止连接支杆与支点球发生相对转动。
10.如上所述的一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，所述连接支杆从上到下包括连接杆和映射杆，所述连接杆与巷道顶板活动连接，所述映射杆的下端伸入固定座中，所述映射杆与连接杆之间通过螺纹连接。安装人员通过转动映射杆和连接杆来调节连接支杆的整体长度。
11.进一步的，所述映射杆的末端设置有数根连接臂，所述连接臂之间呈放射状排列，所述连接臂的数量与悬臂梁的数量对应，所述连接臂与对应悬臂梁之间设置有弹簧进行连接。
12.如上所述的一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，所述连接支杆与固定座接触的位置设置有密封套，所述密封套的形状包括锥形，采用软质橡胶制成，上端连接在连接支杆表面，下端连接在固定座的上端表面。所述密封套能够在不影响连接支杆动作的情况下，对连接支杆与固定座之间的缝隙进行密封。
13.本实用新型相对于现有技术所取得的有益效果在于：
14.本实用新型一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，所述传感器采用物理动作影射的方式，使用一根刚性的连接支杆连接顶板，将巷道顶板相对底板的位移，缩小映射到连接支杆伸入固定座中的下端，相对cn215114413u中提到的顶底板位移传感器只能监测顶底板之间上下的相对位移，功能更全面，能够监测顶底板之间空间中的相对位移，改善了cn214893100u中传感器安装复杂，容易产生误差的缺点，对顶底板位移监测更加精准全面，有效预测顶底板位移导致的相关矿难，保护矿井工作人员的生命安全。
附图说明
15.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
16.在附图中：
17.图1为实施例1中一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器的结构示意图；
18.图2为实施例1中固定盖的剖视图；
19.图3为实施例1中固定座的俯视图；
20.图4为实施例1中支点球的结构示意图；
21.图中各附图标记所代表的组件为：
22.1、支撑支杆；2、固定座；21、固定盖；22、固定筒；23、支点腔；24、支点球；25、第一限
位条；26、第一限位槽；27、第二限位条；28、第二限位槽；3、外壳；4、悬臂梁；41、横臂；42、竖臂；5、连接支杆；51、连接杆；52、映射杆；53、连接臂；6、顶板；7、底板；8、密封套。
具体实施方式
23.下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
24.本实用新型中提及的方位“前后”、“左右”等，仅用来表达相对的位置关系，而不受实际应用中任何具体方向参照的约束。
25.实施例1
26.参见图1-图4，一种矿用光纤顶底板多方向位移传感器，包括支撑支杆1、固定座2、外壳3、悬臂梁4和连接支杆5，所述支撑支杆1的下端垂直固定在巷道的底板7上，上端连接固定座2，所述支撑支杆1为固定座2提供支撑，将所述传感器垂直固定在地面上，本实施所述固定座2中设置有4根悬臂梁4，相邻悬臂梁4之间间隔90度，所述外壳3包裹在固定座2的外侧，为固定座2的内部空间提供密封，防止矿井中的腐蚀性气体、水和/或灰尘进入到固定座2中，干扰悬臂梁4的正常工作，所述悬臂梁4包括横臂41和竖臂42，所述竖臂42竖直固定在固定座2中，沿竖臂42设置有光纤光栅，光纤光栅与设置在巷道外的光纤动态监测主机连接，所述横臂41的内端与竖臂42垂直连接，所述连接支杆5上端连接巷道顶板6，下端伸入固定座2中通过弹簧与悬臂梁4的横臂41外端连接。当巷道的顶底板发生位移时，连接巷道顶板6的连接支杆5其下端会在固定座2中摆动，而这种摆动是对顶底板位移的一种物理映射，相比专利cn214893100u中设置多个连接点的方式，其准确性更高，只需要在顶板6上为连接支杆5设置一个连接点，安装更方便快捷。
27.优选的，所述悬臂梁4的竖臂42是固定在固定座2中的，而固定座2又是通过支撑支杆1固定在巷道底板7上的，因此悬臂梁4可以看作与巷道底板7是相对静止的，当顶底板之间发生相对位移时，连接支杆5的下端在固定座2中摆动，这种摆动会拉动与其连接的弹簧，弹簧受到的拉力会传递到对应悬臂梁4的横臂41上，横臂41带动竖臂42产生形变，而设置在竖臂42上的光纤也会跟着发生形变。光纤动态监测主机会向光纤光栅中发射光信号，光纤光栅的形变会引起光信号的波长变化，光纤动态监测主机能够对光信号的波长变化进行调制解调，从而获得悬臂梁4的受力情况，进而换算出悬臂梁4不同受力情况下，顶底板之间对应方向的位移情况。
28.参见图1，所述固定座2从上到下依次包括固定盖21和固定筒22，所述固定筒22的中间设置有安置腔，所述悬臂梁4均固定连接在安置腔中，所述固定盖21的下表面与固定筒22的上表面之间设置有支点腔23，所述支点腔23中设置有支点球24，所述连接支杆5的下端由上而下从支点球24的中间穿过，伸入安置腔中，所述支点球24在支点腔23中能够自由转动，为连接支杆5提供转动支点，当顶底板发生位移，连接支杆5的上端被顶板6带动发生相对移动时，在支点球24的支撑下，通过支点球24的转动将连接支杆5上端的位移缩小之后完整映射到设置在安置腔中的连接支杆5下端，从而测得顶底板之间三维空间中的相对位移。
29.进一步的，所述支点球24的外侧表面设置有凸起的第一限位条25，所述第一限位条25在支点球24表面沿经线方向布置，所述支点腔23内侧在第一限位条25的相对位置设置
有第一限位槽26，所述第一限位条25和第一限位槽26的互相配合下，限制支点球24在支点腔23中的转动方向，使支点球24无法在支点腔23中进行沿纬线方向的转动。
30.进一步的，所述支点球24与连接支杆5接触的位置设置有由上而下的第二限位槽28，所述连接支杆5在第二限位槽28相对的位置设置有凸起的第二限位条27，所述第二限位条27与第二限位槽28相配合，使连接支杆5相对支点球24只能上下移动，防止连接支杆5与支点球24发生相对转动，影响连接支杆5下端对连接支杆5上端动作的正确映射。
31.进一步的，所述连接支杆5从上到下包括连接杆51和映射杆52，所述连接杆51与巷道顶板6活动连接，所述映射杆52的下端伸入固定座2中，所述映射杆52与连接杆51之间通过螺纹连接。安装人员通过转动映射杆52和连接杆51来调节连接支杆5的整体长度，使所述连接支杆5能够适用在不同高度的顶底板之间，提高所述传感器的适用性。
32.进一步的，本实施所述映射杆52的末端设置有4根连接臂53，所述连接臂53之间呈放射状排列，所述连接臂53设置在悬臂梁4的正上方，所述连接臂53与对应悬臂梁4之间设置有弹簧进行连接。当顶底板发生相对位移时，映射杆52的末端会发生映射摆动，从而使连接臂53与对应悬臂梁4之间的弹簧拉伸或收缩，从而使悬臂梁4的受力情况发生改变。
33.作为优选的，所述连接支杆5与固定座2接触的位置设置有密封套8，本实施例所述密封套8的形状为锥形，采用软质橡胶制成，上端连接在连接支杆5表面，下端连接在固定座2的上端表面。当顶底板发生相对位移时，所述连接支杆5会相对固定座2产生相对位移，因此连接支杆5与固定座2之间必定会有缝隙，矿井巷道中环境恶劣，巷道的水和灰尘颗粒有可能经过缝隙进入到固定座2中，干扰影响悬臂梁4和光纤光栅的正常工作，所述密封套8能够在不影响连接支杆5动作的情况下，对连接支杆5与固定座2之间的缝隙进行密封，防止水和灰尘颗粒进入。
34.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。