一种锚杆测力装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种锚杆测力装置，包括：扭矩测量本体、应变采集电路、主控芯片以及无线收发器，所述扭矩测量本体与应变采集电路连接，所述应变采集电路与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述无线收发器电连接。由于采用了无线收发器，因此与上位机或者其他设备采用无线通信，大大减少了布线的复杂度，同时也提供了设备的稳定性。
【专利说明】一种描杆测力装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿井巷道支护监测相关【技术领域】，特别是一种锚杆测力装置。
【背景技术】
[0002]巷道锚杆受力情况分析是巷道支护监测的重要内容。动态观测锚杆受力状态对于验证巷道支护效果、监控矿压变化规律、保障矿井安全生产等具有重大的意义。目前，国内外利用不同原理已研制了一些锚杆测力仪器。这些仪器虽然在一定程度上解决了煤矿现场矿压监测的问题，但普遍存在价格昂贵、测量精度低、抗干扰能力差、安装和维护不方便、灵活性和扩展性差等不足，限制着其在煤矿领域的进一步发展。随着技术的进步，各种基于有线网络的煤矿压力监测传感器相继出现，但有线网络系统存在如下明显不足:有线通讯方式布线复杂，劳动强度大，安装和维护不方便，维护成本高。网络结构不灵活，不适合工作面推进的动态变化要求、扩展性差。监测点相对固定，容易出现监测盲区。
实用新型内容
[0003]基于此，有必要针对现有技术的锚杆测力装置通讯布线复杂，安装和维护不方便的技术问题，提供一种锚杆测力装置。
[0004]一种锚杆测力装置，包括:扭矩测量本体、应变采集电路、主控芯片以及无线收发器，所述扭矩测量本体与应变采集电路连接，所述应变采集电路与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述无线收发器电连接。
[0005]进一步的，所述无线收发器为Zigbee无线收发器。
[0006]进一步的，所述应变采集电路包括:至少一个紧贴所述扭矩测量本体的电阻应变计，所述电阻应变计一端与参考电源电连接，另一端与所述主控芯片的输入端电连接。
[0007]进一步的，所述应变采集电路通过信号放大电路与所述主控芯片的输入端电连接。
[0008]更进一步的，所述应变采集电路为桥式应变采集电路，包括四个采用桥式结构连接的电阻应变计，以及稳压电源，且每个电阻应变计紧贴所述扭矩测量本体，所述桥式结构的电源端与所述稳压电源电连接，所述桥式结构的接地端接地，所述桥式结构的两个输出端为所述桥式应变采集电路的两个输出端，与所述信号放大电路电连接。
[0009]再进一步的，所述信号放大电路为差分放大电路，所述桥式应变采集电路的两个输出端与所述差分放大电路的两个输入端电连接。
[0010]进一步的，还包括与所述主控芯片电连接的液晶显不电路、按键电路和存储电路。
[0011]进一步的，所述扭矩测量本体为扭矩法兰。
[0012]本实用新型通过扭矩测量本体将锚杆的受力转换为应变力，并通过应变采集电路将应变力转换为相应的电信号输出到主控芯片，主控芯片通过无线收发器将分析计算的锚杆受力大小发送到上位机或者其他设备。由于采用了无线收发器，因此与上位机或者其他设备采用无线通信，大大减少了布线的复杂度，同时也提供了设备的稳定性。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型一种锚杆测力装置的结构示意图；
[0014]图2为本实用新型应变采集电路和信号放大电路的一个例子的电路图；
[0015]图3为本实用新型一种锚杆测力装置的安装示意图；
[0016]图4所示为本实用新型一种锚杆测力装置的测站布置图；
[0017]图5所示为本实用新型一种锚杆测力装置的一个例子的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
[0019]如图1所示为本实用新型一种锚杆测力装置的结构示意图，包括:扭矩测量本体
11、应变采集电路12、主控芯片13以及无线收发器14，所述扭矩测量本体11与应变采集电路12连接，所述应变采集电路12与所述主控芯片13的输入端电连接，所述主控芯片13的输出端与所述无线收发器14电连接。
[0020]本实施例的锚杆测力装置主要用于井下作业环境，由于井下作业环境非常复杂多变，如果采用有线布线，则一方面布线复杂，另一方面有可能因为井下地质环境变化导致断线等情况，导致地面无法了解井下情况，而采用了无线收发器，则无需考虑布线问题，也能很好地避免由于地质环境变化而导致断线的情况，大大地提高了锚杆受力监控的稳定性。
[0021]在其中一个实施例中，所述无线收发器14为Zigbee无线收发器。Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
[0022]在其中一个实施例中，所述应变采集电路12包括:至少一个紧贴所述扭矩测量本体的电阻应变计，所述电阻应变计一端与参考电源电连接，另一端与所述主控芯片的输入端电连接。电阻应变计紧贴扭矩测量本体，则可以准确的测量扭矩测量本体的应变力，从而将应变力的变化转换为电阻的变化，通过参考电源的转换，输出对应的电信号。
[0023]在其中一个实施例中，所述应变采集电路通过信号放大电路与所述主控芯片的输入端电连接。应变采集电路输出的电信号较小，采用信号放大电路，将应变采集电路输出的电信号放大，以方便主控芯片的采集。
[0024]在其中一个实施例中，所述应变采集电路为桥式应变采集电路，包括四个采用桥式结构连接的电阻应变计，以及稳压电源，且每个电阻应变计紧贴所述扭矩测量本体，所述桥式结构的电源端与所述稳压电源电连接，所述桥式结构的接地端接地，所述桥式结构的两个输出端为所述桥式应变采集电路的两个输出端，与所述信号放大电路电连接。
[0025]在其中一个实施例中，所述信号放大电路为差分放大电路，所述桥式应变采集电路的两个输出端与所述差分放大电路的两个输入端电连接。
[0026]如图2所示为本实用新型应变采集电路和信号放大电路的一个例子的电路图，电阻应变计R1、R2、R3和R4构成了桥式结构的桥式应变采集电路21，其中桥式结构的212端为电源端与2.5V的稳压电源REF连接，214端为接地端接地，211和213端为两个输出端输出差分信号，并与信号放大电路22的两个输入端221和222电连接。
[0027]信号放大电路22包括电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、运算放大器U8、电阻R5、电阻R6、稳压二极管Dl和电解电容El。采用运算放大器U8对输入端221和222的差分输入信号进行放大后在SL端输出。
[0028]在其中一个实施例中，还包括与所述主控芯片电连接的液晶显示电路、按键电路和存储电路。本实施例增加液晶显示电路、按键电路和存储电路，分别与液晶显示器、按键和EEPROM存储连接，以完成传感器标定和测量参数显示等功能
[0029]在其中一个实施例中，所述扭矩测量本体为扭矩法兰。采用扭矩法兰能更好地与锚杆的紧固件进行配合。
[0030]如图5所示为本实用新型一种锚杆测力装置的一个例子，包括扭矩测量本体51、信号检测电路52、、EEPROM存储电路53、RS232通信电路54、单片机55、液晶显示电路56、按键电路57、供电电路58、ZigBee无线收发器59组成。单片机55选用STC12C5A芯片，实现键盘读入、LCD显示、锚杆受力检测、无线收发器CC2420的控制等功能。锚杆受力状态的检测利用信号检测电路52和扭矩测量本体51配合相应的放大电路实现。信号检测电路52和扭矩测量本体51将锚杆受力情况转换为O?5V电压信号，供单片机55采样。单片机55根据采样的电压值，分析计算锚杆受力大小。该锚杆测力装置具有检测精度高、性能稳定可靠、结构紧凑、防水防尘、使用方便等优点。ZigBee无线收发器59采用Chipcon公司的CC2420设计。此外，该锚杆测力装置还设计有液晶显示电路56、按键电路57、EEPROM存储电路53、RS232通信电路54，用于完成传感器标定、测量参数显示及通信等功能。
[0031]本例子中锚杆受力检测通过信号检测电路和扭矩测量本体配合相应的放大电路实现，电路原理如图2所示。信号检测电路的核心是由四个电阻应变计Rl?R4组成的桥式应变采集电路21。为了降低桥式应变采集电路21的功耗，应尽量选用大阻值的电阻应变计，本例子采用了 350欧姆的箔式电阻应变计。桥压由精密稳压电源REF (型号:2925)提供，其大小为2.5V。如图2所示的桥式应变采集电路21实现了应变量ε向电压信号AU的转换。由于桥式应变采集电路21的差分输出信号AU比较微弱，不方便直接测量，所以设计了基于运算放大器U8(型号:AD620)的放大调整电路，将信号放大至合适大小AU1，再送入单片机进行采样处理。该电路基于全桥应变采集电路和高精度、低漂移的运算放大器AD620设计，电路不仅消除了电阻应变计的温度漂移和非线性误差，还可以获得更高的灵敏度和精度。
[0032]利用本传感器可以方便的组成各种巷道锚杆受力情况自动监测系统。
[0033]如图3所示为本实用新型一种锚杆测力装置的安装示意图。其中，锚杆36插入巷道钻孔35中，并通过锚盘33与紧固螺母34紧固，本实用新型的锚杆测力装置的扭矩测量本体31设置在锚盘33与紧固螺母34之间，并通过万向环32和锚盘33与紧固螺母34紧密连接。电阻应变计紧贴扭矩测量本体31，扭矩测量本体31将锚杆36的受力转换为应变力，并通过电阻应变计将应变力转换为相应的电信号输出到主控芯片。
[0034]如图4所示为本实用新型一种锚杆测力装置的测站布置图。将锚杆测力装置41分别设置在两侧巷帮431、432的锚杆421、422的端部，同时，在巷道顶板433的深部基点锚杆423和浅部基点锚杆424的端部。
[0035]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种锚杆测力装置，其特征在于，包括:扭矩测量本体、应变采集电路、主控芯片以及无线收发器，所述扭矩测量本体与应变采集电路连接，所述应变采集电路与所述主控芯片的输入端电连接，所述主控芯片的输出端与所述无线收发器电连接。
2.根据权利要求1所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述无线收发器为Zigbee无线收发器。
3.根据权利要求1所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述应变采集电路包括:至少一个紧贴所述扭矩测量本体的电阻应变计，所述电阻应变计一端与参考电源电连接，另一端与所述主控芯片的输入端电连接。
4.根据权利要求1所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述应变采集电路通过信号放大电路与所述主控芯片的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述应变采集电路为桥式应变采集电路，包括四个采用桥式结构连接的电阻应变计，以及稳压电源，且每个电阻应变计紧贴所述扭矩测量本体，所述桥式结构的电源端与所述稳压电源电连接，所述桥式结构的接地端接地，所述桥式结构的两个输出端为所述桥式应变采集电路的两个输出端，与所述信号放大电路电连接。
6.根据权利要求5所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述信号放大电路为差分放大电路，所述桥式应变采集电路的两个输出端与所述差分放大电路的两个输入端电连接。
7.根据权利要求1所述的锚杆测力装置，其特征在于，还包括与所述主控芯片电连接的液晶显不电路、按键电路和存储电路。
8.根据权利要求1所述的锚杆测力装置，其特征在于，所述扭矩测量本体为扭矩法兰。
【文档编号】G08C17/02GK203587268SQ201320746795
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】封孝辉, 徐会军, 李学哲, 刘军明, 刘汉武 申请人:中国神华能源股份有限公司, 华北科技学院