巷道断面测量仪器的制作方法

1.本实用新型涉及无线测量技术领域，尤其涉及一种巷道断面测量仪器。


背景技术：

2.矿用巷道断面面积测量对测定井下通风量有着显著地影响，而通风量的调节对矿井的生产安全起着重要的作用。因此，如何准确便捷地测量矿用巷道断面面积是目前业界亟待解决的重要课题。
3.现有技术中常用的矿用巷道断面面积测量主要采用支距法。其中，支距法需要人工频繁移动卷尺及测量杆或激光测距仪，以测量巷道的某几个特征点的距离，并使用手工记录数据，然后利用经验公式估算出巷道断面面积，整个测量过程所需人工工作量大，效率低下，且容易因人工计算出现误差。
4.综上，现有的矿用巷道断面面积测量方式，存在测量效率低和测量精度低的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种巷道断面测量仪器，用以解决现有技术中巷道断面面积测量效率低和测量精度低的缺陷，实现提高自动准确地输出巷道断面面积。
6.本实用新型提供一种巷道断面测量仪器，包括：
7.测量部，所述测量部设置有激光扫描器；
8.手柄部，所述手柄部通过轴承与所述测量部活动连接，所述手柄部内置主控设备，所述主控设备与所述激光扫描器通信连接；
9.所述激光扫描器在所述主控设备的控制下，对巷道的断面的距离数据进行测量，所述主控设备在获取到所述断面的距离数据的情况下，根据所述距离数据，计算所述断面的面积。
10.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述激光扫描器内置旋转机构；
11.所述旋转机构与所述主控设备通信连接，所述旋转机构与所述激光扫描器的探头固定连接；
12.所述旋转机构在所述主控设备的控制下，带动所述激光扫描器的探头，围绕所述激光扫描器的中心轴线周向旋转；
13.所述距离数据包括每一旋转角度对应的断面的距离数据。
14.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述测量部还设置有线激光器；
15.所述线激光器设置在所述测量部的端部，所述线激光器用于为所述巷道断面测量仪器的测量位置的选择决策提供参考方向。
16.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述测量部还设置有配重器；
17.所述配重器内置于所述测量部，且所述配重器和所述线激光器位于所述测量部的同一端；
18.所述测量部在所述配重器的配重作用下，沿重力方向竖直向下。
19.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述手柄部还内置有数据采集器；
20.所述数据采集器包括蓝牙模块和/或近场通信nfc模块；
21.所述数据采集器与所述主控设备通信连接；
22.所述数据采集器在所述主控设备的驱动下采集所述巷道的倾角；
23.所述主控设备包括校正模块，所述校正模块在获取到所述倾角的情况下，根据所述倾角对所述断面的面积进行矫正。
24.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述手柄部的一端设置有把手，另一端设置有卡持件；
25.所述轴承通过所述卡持件卡持固定在所述手柄部。
26.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述把手上设置有控制面板和按键；
27.所述按键设置在所述控制面板上和/或所述把手的侧面；
28.所述按键对应多种工作模式，所述工作模式包括开机模式、关机模式和测量模式。
29.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述把手的形状包括t形；
30.所述把手的杆体两侧设置有摩擦组件。
31.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述手柄部还内置有存储器、语音输入输出器和按键控制器中的一种或多种组合；
32.所述存储器、所述语音输入输出器和所述按键控制器分别与所述主控设备通信连接。
33.根据本实用新型提供的一种巷道断面测量仪器，所述测量部绕所述轴承旋转的角度范围为0度到270度。
34.本实用新型提供的巷道断面测量仪器，通过基于测量部和手柄部构建生成，通过测量部的激光扫描器对巷道的断面的距离数据进行测量，通过手柄部的主控设备，根据断面的距离数据对断面的面积进行计算，即可自动输出断面的面积，一方面减少了人工参与，有效提高测量的效率和精度；另一方面，测量部和手柄部配合使用即可实时获取巷道的断面的面积，减少使用三角架等大型配件的使用，结构简单，有效减少巷道断面测量仪器的体积，便于携带。
附图说明
35.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本实用新型提供的巷道断面测量仪器的结构示意图之一；
37.图2是本实用新型提供的巷道断面测量仪器的结构示意图之二；
38.图3是本实用新型提供的巷道断面测量仪器的结构示意图之三；
39.附图标记：
40.1：测量部；11：激光扫描器；12：线激光器；13：配重器；14：电池组；2：手柄部；21：把
手；22：卡持件；23：摩擦组件；24：主控设备；25：蓝牙模块；26：近场通信模块；27：控制面板；28：语音输入输出器；29：按键控制器；210：存储器。
具体实施方式
41.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。
45.而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
46.现有技术中，通过人工移动卷尺和测量杆对巷道的断面的几个特征点进行测量和计算，以得到断面的面积，需要大量的人工，操作不方便，且仅依赖于测量的几个特征点的值以及人工经验，导致计算出来的面积误差较大。
47.还有部分用户使用全站仪法进行测量，其可以通过目标点的坐标测量，利用算法，精算出巷道断面面积，但由于巷道表面凹凸不平，当反射棱镜放在凹陷区域时就会出现由于棱镜与全站仪不通视，进而导致无法测量的情况，因此此类方法的测量结果受地理环境影响较大，稳定性差；还有部分用户提出断面测量仪法，由于断面测量仪法需要配合测量仪器和三角架等大型配件配合使用，品质越好精度越高的仪器质量越大，使得测量仪一般在10千克左右，并且每测一个断面需要架设一次仪器，外业作业量大，携带不方便。
48.为了解决上述问题，本实例中提供一种手持式的巷道断面测量仪器，该仪器的测量部设置有激光扫描器，手柄部集成有主控设备，通过主控设备控制激光扫描器对巷道的断面进行旋转扫描，以自动获取断面在不同扫描平面下的距离数据，并将断面的距离数据发送至主控设备，以由主控设备根据距离数据，自动计算获取断面的面积，一方面减少人工
参与，提高测量的效率和精度，另一方面巷道断面测量仪器结构简单，用于测量的部件均集成在巷道断面测量仪器上，取消了三角架等大型配件，有效减少巷道断面测量仪器的体积，便于携带。
49.下面结合图1到图3描述本实用新型的巷道断面测量仪器。
50.如图1和图2所示，本实施例提供的巷道断面测量仪器包括测量部1和手柄部2；手柄部2通过轴承与所述测量部1活动连接；如图3所示，所述测量部1设置有激光扫描器11；所述手柄部2内置主控设备24，所述主控设备24与所述激光扫描器11通信连接；所述激光扫描器11在所述主控设备24的控制下，对巷道的断面的距离数据进行测量，所述主控设备24在获取到所述断面的距离数据的情况下，根据所述距离数据，计算所述断面的面积。
51.其中，通信连接可以是有线通信或无线通信，本实施例对此不做具体地限定。
52.可选地，本实施例中的巷道断面测量仪器可适用于在复杂的矿井环境中使用。为了降低巷道断面测量仪器的重量，可采用轻量化材料进行制备形成，如塑料或橡胶等。
53.巷道断面测量仪器包括依次连接的测量部1和手柄部2。
54.其中，测量部1与手柄部2之间通过轴承进行活动连接，在外力的作用下，可绕轴承旋转，可旋转角度范围具体可以根据实际需求进行设置。
55.测量部1设置有激光扫描器11，且激光扫描器11的探头伸出测量部1，以在接收到主控设备24发出的测量控制指令的情况下，可自动发出激光扫描平面至断面，并接收从断面返回的激光光波，进而计算获取激光扫描器11距离断面之间的距离数据，并将距离数据实时发送至主控设备24。
56.其中，激光扫描器11可旋转扫描，以采集断面上多个采样点的距离数据；具体旋转方式可以是人工手动旋转激光扫描器11的探头，也可以是主控设备24自动控制，以旋转激光扫描器11的探头，本实施例对此不做具体地限定。
57.手柄部2的内部设置有主控设备24，主控设备24为巷道断面测量仪器的核心电路板，可以基于cpu(central processing unit，中央处理器)和fpga(field programmable gate array，可编程阵列逻辑)芯片等构建生成，其内部预先烧制有多种控制逻辑和断面面积计算规则。
58.主控设备24具体功能包括控制激光扫描器11进行扫描测量，接收数据并处理数据，测量结果显示，历史数据存储，与面积相关参数接收和数据上传等功能。
59.主控设备24可与激光扫描器11之间通信连接，用于实时接收激光扫描器11发送的距离数据，可以根据距离数据绘制出断面形状，进而采用内置的断面面积计算规则，根据距离数据计算获取巷道的断面的面积。其中，断面面积计算规则可以为极坐标扇形面积积分原理，即对测量的不同角度下的距离数据进行积分运算，以得到断面面积。
60.本实施例提供的巷道断面测量仪器，基于测量部和手柄部构建生成，通过测量部的激光扫描器对巷道的断面的距离数据进行测量，通过手柄部的主控设备24，根据断面的距离数据对断面的面积进行计算，即可自动输出断面的面积，一方面减少了人工参与，有效提高测量的效率和精度；另一方面，测量部和手柄部配合使用即可实时获取巷道的断面的面积，减少使用三角架等大型配件的使用，结构简单，有效减少巷道断面测量仪器的体积，便于携带。
61.在一些实施例中，所述激光扫描器11内置旋转机构；
62.所述旋转机构与所述主控设备24通信连接，所述旋转机构与所述激光扫描器11的探头固定连接；
63.所述旋转机构在所述主控设备24的控制下，带动所述激光扫描器11的探头，围绕所述激光扫描器11的中心轴线周向旋转；
64.所述距离数据包括每一旋转角度对应的断面的距离数据。
65.其中，周向旋转的角度范围可以为0度到360度；每一次旋转角度可以根据实际需求进行设置，如每旋转0.1125度采集一次距离数据；每旋转360度可采集3200个测量点的距离数据。
66.可选地，激光扫描器11内置旋转机构，旋转机构可绕激光扫描器11的中心轴线360度旋转，以在接收到主控设备24的测量控制指令的情况下，绕激光扫描器11的中心轴线360度旋转，并带动激光扫描器11的探头一起绕激光扫描器11的中心轴线360度旋转，以使激光扫描器11可以采集获取每一旋转角度下的断面的距离数据，并将每一旋转角度下的断面的距离数据发送至主控设备24，以供主控设备24根据内置的断面面积计算规则，对测量的不同旋转角度下的距离数据进行积分运算，以得到更加准确可靠的断面面积。
67.本实施例中通过主控设备和旋转机构配合，即可自动实时采集多个测量点的距离数据，不仅减少手动移动测量仪器所需耗费的人力资源，降低操作难度、提高测量效率和精度；而且可获取更加丰富的距离数据，进一步提高断面面积的测量精度。
68.在一些实施例中，所述测量部1还设置有线激光器12，所述线激光器12设置在所述测量部1的端部，所述线激光器12用于为所述巷道断面测量仪器的测量位置的选择决策提供参考方向。
69.其中，线激光器12可输出线性激光光束。
70.线激光器12的探头与激光扫描器11的探头安装在测量部1的相邻端面；如激光扫描器11安装在测量部1的正面，线性激光光束安装在测量部1的侧面。
71.可选地，在开始对巷道断面面积进行测量时，先启动线激光器12，以通过线激光器12输出的线性激光光束作为参考方向，辅助判断选择巷道断面测量仪器的测量位置，以将线性激光光束与巷道垂直或与巷道断面保持平行或重合的测量位置作为最佳测量位置。并在确定选择到最佳的测量位置之后，启动激光扫描器11对断面进行旋转扫描，以获取断面的距离数据，进而获取断面的面积；在测量结束后，关闭线激光器12。
72.本实施例中，通过线激光器12为巷道断面测量仪器的测量位置的选择决策提供参考方向，以快速准确地确定巷道断面测量仪器的最佳测量位置，进而减少因测量位置偏差带来的测量误差，有效提高测量的精度。
73.在一些实施例的基础上，所述测量部1还设置有配重器13；
74.所述配重器13内置于所述测量部1，且所述配重器13和所述线激光器12位于所述测量部1的同一端；
75.所述测量部1在所述配重器13的配重作用下，沿重力方向竖直向下。
76.其中，测量部1的内部还设置有配重器13，且配重器13的安装位置和线激光器12的安装位置位于测量部1的同一端，如均在靠近手柄部2的一端。
77.配重器13为测量部1进行配重，以在配重的作用下，使得测量部1沿重力方向保持竖直向下状态，尽可能地使得激光扫描器11的扫描平面与巷道断面保持平行或重合，避免
受手柄方向的影响，以实现扫描平面最大限度地覆盖断面，进而提高断面的面积的测量精度。
78.测量部1还包括电池组14，电池组14与巷道断面测量仪器中所有需要用电的设备进行供电，如主控设备24、激光扫描器11、旋转机构、线激光器12、数据采集器、控制面板27、存储器210、语音输入输出器28和按键控制器29等。
79.在一些实施例的基础上，所述手柄部2还内置有数据采集器；
80.所述数据采集器包括蓝牙模块25和/或近场通信模块26；
81.所述数据采集器与所述主控设备24通信连接；
82.所述数据采集器在所述主控设备24的驱动下采集所述巷道的倾角；
83.所述主控设备24包括校正模块，所述校正模块在获取到所述倾角的情况下，根据所述倾角对所述断面的面积进行矫正。
84.其中，数据采集器为用于采集数据的仪器，可以包括蓝牙模块25和/或nfc(near field communication，近场通信)模块。
85.可选地，在需要采集巷道的倾角的情况下，主控设备24向数据采集器发送数据采集控制指令，由数据采集器通过nfc模块扫描巷道上的用于记录详情信息的nfc标签，以采集获取巷道的倾角；或者通过蓝牙模块25接收终端设备(如矿用手机或矿用计算机)发送的巷道信息，以采集获取巷道的倾角；并将采集到的倾角返回至主控设备24，由主控设备24中内置的校正模块，根据倾角对所述断面的面积进行矫正，以获取更加精确的断面面积。
86.需要说明的是，蓝牙模块25和nfc模块还用于传输测量数据至终端设备或从终端设备获取其他与面积测量相关的参数。
87.需要说明的是校正模块中预先配置有面积校正公式，具体校正公式为：s’＝s*cosa；其中，s为校正前的断面的面积；a为巷道的倾角；s’为校正后的断面的面积。
88.在一些实施例中，所述手柄部2的一端设置有把手21，另一端设置有卡持件22；
89.所述轴承通过所述卡持件22卡持固定在所述手柄部2。
90.其中，把手21的形状可以是t形或i形等，本实施例对此作具体地限定。
91.如图3所示，手柄部2的一端设置有把手21，以供用户手持巷道断面测量仪器，另一端设置有卡持件22，以将轴承卡持在手柄部2。
92.其中，卡持件22为u形，包括第一端子、第二端子和第三端子；其第一端子与轴承的一端固定连接，第二端子与轴承的另一端固定连接，第三端子与把手21连接，以将轴承牢固地卡持在手柄部2，进而建立测量部1与手柄部2之间的连接。
93.其中，第一端子与第二端子位于卡持件22的同一侧面，且第一端子与第二端子的连线与轴承共线。
94.在一些实施例中，所述把手21上设置有控制面板27和按键；
95.所述按键设置在所述控制面板27上和/或所述把手21的侧面；
96.所述按键对应多种工作模式，所述工作模式包括开机模式、关机模式和测量模式。
97.可选地，把手21上设置有控制面板27，具体设置位置可以是把手21与卡持件22连接的转接部位；控制面板27可以具有显示、报警和参数输入输出功能等，本实施例对此不做具体地限定。
98.把手21上还设置有按键，其中，按键可以是设置于把手21侧面的物理按键，也可以
是设置在控制面板27上的虚拟按键，本实施例对按键的设置位置和类型不做具体的限定。
99.不同的按键操作对应不同的工作模式，如短按操作对应开机模式、长按操作对应关机模块，组合按键对应测量模式，具体可以根据实际需求进行设置，本实施例对此不做具体地限定。
100.例如，在需要对巷道断面开始进行测量时，按动测量启动按键，以通过把手21内部与按键连接的按键控制器29生成相应的测量控制指令，主控设备24在接收到测量控制指令的情况下，自动控制激光扫描器11开始对巷道扫描，每360
°
采样3200测量点，每一测量点包含所在角度数据和距离数据，并绘制出断面形状，进而计算出巷道的垂直断面面积，并在控制面板27显示测量结果或在测量结果异常时发出报警提醒。
101.在一些实施例中，所述把手21的形状包括t形；
102.所述把手21的杆体两侧设置有摩擦组件23。
103.如图2所示，把手21的形状为t形，包括横梁部分和杆体部分，其中横梁部分为与卡持件22连接的转接部分，其宽度小于卡持件22的宽度，大于杆体部分的宽度；横梁部分可以设置有控制面板27。
104.杆体部分的两侧，分别设置有摩擦组件23，以在用户手握杆体部分时，可增大摩擦，避免巷道断面测量仪器滑落。摩擦组件23可以是在杆体部分的两侧以预设间隔设置的多组凹槽或凸台等，本实施例对此不做具体地限定。
105.本实施例中，将把手的形状为t形，以及在把手的杆体两侧设置摩擦组件23，可有效避免巷道断面测量仪器滑落，进而提高巷道断面面积测量的成功率。
106.在一些实施例中，所述手柄部2还内置有存储器210、语音输入输出器28和按键控制器29中的一种或多种组合；
107.所述存储器210、语音输入输出器28和按键控制器29分别与所述主控设备24通信连接。
108.其中，存储器210可以是flash(flash eeprom，闪存)存储芯片等其他存储器，用于对外部终端输入的参数，如倾角，以及历史测量数据，如历史距离数据和历史面积数据，等其他数据进行存储。
109.语音输入输出器28用于接收用户输入的语音数据，以获取与面积测量相关的参数(如倾角)或控制指令，以及以语音的形式输出测量结果或异常报警信号。
110.按键控制器29用于根据按键操作生成相应的控制指令，并传输至主控设备24，以供主控设备24进行相应控制。
111.可选地，存储器210、语音输入输出器28和按键控制器29可以集成在手柄部2的把手21的内部。
112.如图3所示，存储器210、语音输入输出器28和按键控制器29分别与主控设备24通信连接，以供主控设备24将其输出的测量结果存储在存储器210，或输出测量结果至语音输入输出器28，以及从语音输入输出器28中获取与面积测量相关的参数，进而实现对断面的面积的计算。
113.本实施例中通过在手柄部2集成存储器210、语音输入输出器28，不仅可减少巷道断面测量仪器的占用体积，还可实现为面积测量提供多种辅助功能，进而使得用户更加直观可靠地获取巷道面积测量数据。
114.在一些实施例的基础上，所述测量部1绕所述轴承旋转的角度范围为0度到270度。
115.可选地，测量部1在外力的作用下可绕轴承旋转的角度范围为0度到270度，如0度、270度和90度等，以实现测量部1的多角度旋转，提高测量的灵活性。
116.如图3所示，为本实施例中巷道断面测量仪器的内部结构示意图，主要包括一种新型矿用便携式巷道断面无线测量仪的功能模块图如图所示，包括测量部1和手柄部2，测量部1集成有：激光扫描器11，线激光器12，电池组14和配重器13，手柄部2集成有：主控设备24、蓝牙模块25、nfc模块、存储器210、按键控制器29、控制面板27、语音输入输出器28。
117.通过上述设备的相互配合，可实现巷道断面面积的自动测量，并具有如下优势：
118.优势一，巷道断面测量仪器可制备为手持式设备、便携性好，重量轻；
119.优势二，测量部内置配重器，使得测量部自动保持竖直状态，进而实现测量面与被测巷道断面尽可能地平行，不受手柄方向和巷道倾角的影响，有效提高测量精度；
120.优势三，测量部包含激光扫描器，扫描被测断面的角度距离信息，每360
°
采样点可达3200点，可获取丰富的采样点，并够绘制出巷道断面的形状，通过积分算法得到断面面积，有效降低测量误差。
121.优势四，测量仪包含蓝牙模块和nfc模块，方便手机或计算机与巷道断面测量仪器之间进行通信，便于面积参数的输入及测量结果的输出，进而使得用户快速准确地获取测量结果。
122.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。