专利名称：顶板离层仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种离层检测装置，尤其涉及一种顶板离层仪。
背景技术：
矿井顶板和围岩的检测是矿山灾害预测的重要项目，矿井冒顶围岩坍塌是各类矿井的特大灾害之一，严重威胁着矿山的生产安全，发生时会造成巨大的经济损失和人员伤亡。近年来，由于掘进面的不断延伸和开采范围的扩大，矿井生产向纵深发展，冒顶、塌方的威胁也日益严重，防治任务也越来越艰巨，矿井顶板灾害严重威胁着矿山矿工的生命安全。目前，一般是采用顶板离层仪来检测顶板岩层的离层变化，以防止顶板坍落事故的发生，确保煤矿安全生产及隧道的安全施工。顶板离层仪又称多点位移计，分为平衡式或直杆式，一般由基点锚固器、钢绞线、套筒、游标、张紧装置组成；当巷道离层发生变化时，传感器能及时将变化数据及时间记录下来，并存储到外接数据盒中，同时将离层变化情况实时传输到井上监控平台，以对各类锚网巷道的全面的顶板离层观测到的数据分析，从而得出不同的地质条件、岩性变化等情况，总结出了锚网巷道锚网范围内离层量，及时采取有效的支护措施，防止顶板塌落事故的发生，若巷道离层位移值超过预设报警门槛，还会触发报警器进行报警，从而确保安全生产。目前，公知的检测离层数据的传感器，其钢绞线机械结构在上端钢丝绳张紧的时候，由于装置下端阻尼器的作用，下端只能进绳，而不能出绳，使得钢丝绳拉伸；之后，若钢丝绳再松弛则会使得缠绕在摩擦轮上的钢丝绳不能有效张紧，这时摩擦轮失效，不能读出相应的反向回转数值，进而导致最终测得的离层数据非常不准确，极易误导施工及维修人员，给矿井作业带来很大的不便。现有技术中至少存在如下问题:1、当钢丝绳先张紧拉伸后又松弛时，张紧装置不能有效的进行张紧，使得摩擦轮失效；2、没有测量摩擦轮反转数据的装置。
实用新型内容现提供一种顶板离层仪，应用于矿井顶板和围岩的检测，通过光栅传感器和弹性张紧装置，有效的实现对离层减小或增大变化的检测，具体是通过下述技术方案实现的:一种顶板离层仪，包括基点锚固定装置、盒体，及固定设置于所述盒体内部的摩擦轮和阻尼器，所述阻尼器内设置有钢绞线，其中，还包括:导向装置、调向装置、弹性张紧装置和光栅传感器；所述钢绞线从所述阻尼器的开口端引出后绕过所述导向装置，依次经过所述弹性张紧装置和所述调向装置，缠绕过所述摩擦轮后固定于所述基点锚固定装置上；其中，所述光栅传感器固定设置于所述摩擦轮背面的盒体上，以检测所述摩擦轮的旋转数据。[0013]上述的顶板离层仪，其中，所述导向装置固定设置在所述阻尼器开口端的上方，以避免所述钢绞线引出时与所述开口端接触；所述弹性张紧装置固定设置在所述导向装置与所述调向装置之间钢绞线的下方，以张紧所述钢绞线；所述调向装置固定设置在所述摩擦轮一侧的下方，以调整所述钢绞线缠绕所述摩擦轮的包角。上述的顶板离层仪，其中，所述导向装置、调向装置和弹性张紧装置均固定设置在所述盒体上。上述的顶板离层仪，其中，所述弹性张紧装置包括设置有管套的固定装置、弹簧和顶端设置有线孔的伸缩杆，所述固定装置固定设置在所述盒体上，所述弹簧套设在所述伸缩杆上，所述弹簧的两端分别与所述管套和所述伸缩杆下端部相抵，所述伸缩杆的顶端穿过所述管套上下运动，所述钢绞线穿过所述线孔。上述的顶板离层仪，其中，所述基点锚固定装置包括至少一个锚爪，每个锚爪上的钢丝绳均从一阻尼器引出，绕过导向定滑轮，穿过张紧装置后，绕过调整定滑轮，缠绕摩擦轮一周并固定在所述锚爪上；当所述基点锚固定装置设置为两锚爪时，可共用所述调向装置，且所述调向装置为圆周面光滑的圆柱，所述两锚爪共用所述调向装置，且两钢丝绳分别从所述圆柱的两侧绕过。上述的顶板离层仪，其中，所述光栅传感器包括光感器件、放大电路、比较电路�？�、查询处理�？�、显示�？楹偷缭矗宜瞿Σ谅稚仙柚糜新殖荩凰龉飧衅骷杂λ雎殖菸恢霉潭ㄉ柚迷谒龊刑迳希龅缭垂└缒芨龉飧衅骷越雎殖荻杂Φ墓飧行藕啪糯蟮缏贩糯蠛蟠渲帘冉系缏纺？榻蟹治龃恚霾檠砟？榈魅∷霰冉掀髦械氖菪畔⒔写砗缶鱿允灸？橄�
/Jn ο上述的顶板离层仪，其中，所述光栅传感器包含有至少两光电对管电路，每个光电对管电路均包括:通过第一电阻与第一电源电连接的光电对管，且所述光电对管的负极接地；第二电源分别通过第二电阻与所述光电对管内的放大器的集电极连接、通过可变电阻接地和通过第三电阻与比较器的输出端连接；所述放大器的发射极接地，所述比较器的正极与所述放大器的集电极连接，所述比较器的负极与所述可变电阻的滑动端连接，所述比较器的输出端与所述查询处理�？榈氖淙攵肆�。上述的顶板离层仪，其中，所述光电对管包括第一光电对管和第二光电对管，所述第一光电对管与所述第二光电对管之间的距离小于所述摩擦轮的一个轮齿的宽度且大于该轮齿宽度的一半，或小于所述摩擦轮的一个齿槽的宽度且大于该齿槽宽度的一半。上述的顶板离层仪，其中，所述查询处理模块为AT89S52芯片，所述AT89S52芯片的输入端包含RST引脚或P3.4/T0引脚。上述的顶板离层仪，其中，所述显示�？榘�75HC164芯片和至少两数码管，所述AT89S52芯片的P0.3引脚与所述75HC164芯片的引脚A连接，所述AT89S52芯片的P0.4引脚与所述75HC164芯片的引脚B连接，所述75HC164芯片通过数据总线分别与所述数码管连接。上述技术方案具有如下优点或有益效果:[0027]1、通过设置弹性张紧装置，能保持钢绞线始终处于张紧装置，有效避免由于钢绞线松弛造成的摩擦轮失效；2、通过设置的光栅传感器可以精准的测量摩擦轮的正、反转数据，进而能精准的对离层情况进行检测。
图1是本实用新型顶板离层仪实施例一盒体内部结构示意图；图2是本实用新型顶板离层仪实施例一光电对管安装位置的结构示意图；图3是本实用新型顶板离层仪实施例一光栅感应器的电路原理图；图4是本实用新型顶板离层仪实施例一弹性张紧装置的结构示意图；图5是本实用新型顶板离层仪实施例一顶板离层仪工作时的结构示意图；图6是本实用新型顶板离层仪实施例二盒体内部结构示意图；图7是本实用新型顶板离层仪实施例二锚爪工作时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合原理图和具体操作实施例对本实用新型作进一步说明。实施例一:如图1所示，本实施例中，提供一种顶板离层仪，包括锚爪16、顶杆(图中未示出)和盒体I及设置在该盒体I内部的带有钢绞线17的阻尼器11、导向滑轮12、弹性张紧装置13、调向装置14、摩擦轮15和光栅传感器4。从阻尼器11的出口引出的钢绞线17绕过导向滑轮12，经过弹性张紧装置13后再绕过调向装置14，缠绕摩擦轮15 —周后通过顶杆固定在锚爪16上；其中，阻尼器11固定设置在盒体I下方内壁上；导向滑轮12为定滑轮，对应该阻尼器11的钢绞线17出口设置于其上方，以使得绕过的钢绞线17不与阻尼器11的开口处接触，最优的使得钢绞线17平行于阻尼器11开口方向，以最小程度的避免产生不必要的摩擦；调向装置14也为定滑轮，固定设置在摩擦轮15 —侧的下方，用以调整缠绕在摩擦轮15上钢绞线17的包角，以避免产生缠绕；弹性张紧装置13固定设置在导向滑轮12与调向装置14之间张紧的钢绞线的下方，用以张紧钢绞线17，保证钢绞线17与摩擦轮15之间的摩擦力，避免由于钢绞线17松弛造成摩擦轮15失效的状况；光栅传感器4固定设置摩擦轮15的背面盒体侧壁上，以检测摩擦轮15的旋转数据，并对该数据进行处理后，传送至外接的监控平台和/或预警装置上。如图2所示，光栅传感器4的两个相同的光电对管D1、D2对应摩擦轮15的轮齿18设置在盒体I的内壁上，且光电对管Dl与光电对管D2之间的距离S与轮齿18的宽度L之间的关系为:0.5L < S < L ;优选的,将光电对管Dl和光电对管D2分别设置在轮齿L两端的四分之一处。如图3所示，光栅传感器4的电路结构包括光电对管Dl电路、光电对管D2电路、查询芯片和显示�？椋簧鲜龅墓獾缍怨蹹l电路包括:第一电源VCCl通过电阻Rl与光电对管Dl的正极连接，且该光电对管Dl负极接地；第二电源VCC2分别通过电阻R2与光电对管Dl中放大器Ql的集电极c端连接、通过可变电阻R3接地且通过电阻R4与比较器COl的输出端连接，比较器COl的负极端与可变电阻R3的滑动端连接，比较器COl的正极端“ + ”与放大器Dl的集电极c端连接，且光电对管Dl中放大器Ql的发射极e端接地；其中，光电对管D2电路结构与光电对管Dl电路结构完全相同。优选的，电阻Rl的阻值为150 Ω，电阻R2的阻值为5.1kQ，可变电阻R3的阻值为IOkQ ,电阻Rl的阻值为5.1kQ。上述的查询芯片为AT89S52芯片，其RST引脚和P3.4/T0引脚分别与两光电对管电路中的比较器COl的输出端连接。上述的显示模块包括74HC164芯片和两数码管DS1、DS2，74HC164芯片的引脚A与AT89S52芯片的引脚P0.3连接，74HC164芯片的引脚B与AT89S52芯片的引脚P0.4连接，且74HC164芯片的引脚q0_q7通过数据总线分别与两数码管DS1、DS2连接。如图4所示，弹性张紧装置13包括设置有管套的固定装置133、弹簧134和顶端设置有线孔131的伸缩杆132，固定装置固定133通过螺栓等固定设置在I盒体的内部上，弹簧134套设在伸缩杆132上，且弹簧134的两端分别与管套和伸缩杆132的下端部135相抵，伸缩杆132的顶端穿过该管套能上下运动，且钢绞线17穿过线孔131 ;其中，伸缩杆132的伸缩变量为0-4cm。具体的，如图1-5所示，当锚爪16固定在基点后，钢绞线17张紧，伸缩杆132由于钢绞线17作用向上运动，此时弹簧134处于压缩状态；当锚爪16与盒体I之间的离层增大，使得锚爪16相对于盒体I向上运动，促使钢绞线17带动摩擦轮15逆时针转动，而当锚爪16与盒体I之间的离层减小时，钢绞线17松弛，由于弹簧134张力作用能张紧钢绞线，同时带动摩擦轮15瞬时针转动；由于光电对管Dl、D2设置在轮齿18处，当轮齿18移动到光电对管上时，光电对管输出高 电平，反之，当齿槽运动到光电对管上时，则输出低电平；光电对管D1、D2输出波形经AT89S52芯片处理后，根据相位差从而可以判断出摩擦轮15的旋转方向及旋转变量，并通过码管DS1、DS2显示出锚爪16的运动距离，从而量测离层情况。其中，采用公式/.将旋转变量转化为离层移动距离L，m为摩擦轮15的总共
m
齿数，r为摩擦轮15的半径，η为计数数值。在进行离层检测时，一般采用两锚爪或三锚爪的离层检测仪，本实施例中的离层检测仪虽然只设置了一个锚爪，但可同时采用两个或多个本实施例中的结构进行离层检测，也可以在盒体中设置多个锚爪传动机构，以满足多个检测基点的需求。实施例二:本实施例为两锚爪离层检测仪，在实施例一的基础上，将两套锚爪传动机构同时设置在同一盒体的内部，并共用同一个调向装置。如图6所示，在盒体2中同时设置钢绞线20和钢绞线21的分别与实施例一相同传动装置，且共用表面光滑的圆柱体19作为调向装置，以调整钢绞线在摩擦轮上的包角。如图7所示，将钢绞线20上的锚爪23作为深部基点锚，一般通过地感3设置Sm左右的深度，将钢绞线21上的锚爪22作为浅部基点锚，一般设置在3-5m处，采用实施例一的检测方法，可以同时检测锚爪22和锚爪23的移动距离，从而实现对离层的增大或减小的检测。以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。例如采用其他类型的电路将摩擦轮的旋转变量转化为距离长度或通过旋转方向判断锚爪运动方向等，只要能够达到对离层进行检测的效果即可。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。通过说明和附图，给出了具体实施方式
的特定结构的典型实施例，基于本实用新型精神，还可作其他的转换。尽管上述实用新型提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。
权利要求1.一种顶板离层仪，包括基点锚固定装置、盒体，及固定设置于所述盒体内部的摩擦轮和阻尼器，所述阻尼器内设置有钢绞线，其特征在于，还包括: 导向装置、调向装置、弹性张紧装置和光栅传感器； 所述钢绞线从所述阻尼器的开口端引出后绕过所述导向装置，依次经过所述弹性张紧装置和所述调向装置，缠绕过所述摩擦轮后固定于所述基点锚固定装置上； 其中，所述光栅传感器固定设置于所述摩擦轮背面的盒体上，以检测所述摩擦轮的旋转数据。
2.如权利要求1所述的顶板离层仪，其特征在于，所述导向装置固定设置在所述阻尼器开口端的上方，以避免所述钢绞线引出时与所述开口端接触；所述弹性张紧装置固定设置在所述导向装置与所述调向装置之间钢绞线的下方，以张紧所述钢绞线；所述调向装置固定设置在所述摩擦轮一侧的下方，以调整所述钢绞线缠绕所述摩擦轮的包角。
3.如权利要求1所述的顶板离层仪，其特征在于，所述导向装置、调向装置和弹性张紧装置均固定设置在所述盒体上。
4.如权利要求1所述的顶板离层仪，其特征在于，所述弹性张紧装置包括设置有管套的固定装置、弹簧和顶端设置有线孔的伸缩杆，所述固定装置固定设置在所述盒体上，所述弹簧套设在所述伸缩杆上，所述弹簧的两端分别与所述管套和所述伸缩杆下端部相抵，所述伸缩杆的顶端穿过所述管套上下运动，所述钢绞线穿过所述线孔。
5.如权利要求1所述的顶板离层仪，其特征在于，所述基点锚固定装置包括至少一个锚爪，每个锚爪上的钢丝绳均从一阻尼器引出，绕过导向定滑轮，穿过张紧装置后，绕过调整定滑轮，缠绕摩擦轮一周并固定在所述锚爪上； 当所述基点锚固定装置设置为两锚爪时，可共用所述调向装置，且所述调向装置为圆周面光滑的圆柱，所述两锚爪共用所述调向装置，且两钢丝绳分别从所述圆柱的两侧绕过。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的顶板离层仪，其特征在于，所述光栅传感器包括光感器件、放大电路、比较电路�？�、查询处理模块、显示�？楹偷缭矗宜瞿Σ谅稚仙柚糜新殖荩� 所述光感器件对应所述轮齿位置固定设置在所述盒体上，所述电源供给电能给所述光感器件，以将所述轮齿对应的光感信号经放大电路放大后传输至比较电路�？榻蟹治龃恚霾檠砟？榈魅∷霰冉掀髦械氖菪畔⒔写砗缶鱿允灸？橄允�。
7.如权利要求6所述的顶板离层仪，其特征在于，所述光栅传感器包含有至少两光电对管电路，每个光电对管电路均包括: 通过第一电阻与第一电源电连接的光电对管，且所述光电对管的负极接地； 第二电源分别通过第二电阻与所述光电对管内的放大器的集电极连接、通过可变电阻接地和通过第三电阻与比较器的输出端连接；所述放大器的发射极接地，所述比较器的正极与所述放大器的集电极连接，所述比较器的负极与所述可变电阻的滑动端连接，所述比较器的输出端与所述查询处理�？榈氖淙攵肆�。
8.如权利要求7所述的顶板离层仪，其特征在于，所述光电对管包括第一光电对管和第二光电对管，所述第一光电对管与所述第二光电对管之间的距离小于所述摩擦轮的一个轮齿的宽度且大于该轮齿宽度的一半，或小于所述摩擦轮的一个齿槽的宽度且大于该齿槽宽度的一半。
9.如权利要求6所述的顶板离层仪，其特征在于，所述查询处理模块为AT89S52芯片，所述AT89S52芯片的输入端包含RST引脚或P3.4/T0引脚。
10.如权利要求9所述的顶板离层仪，其特征在于，所述显示�？榘�75HC164芯片和至少两数码管，所述AT89S52芯片的P0.3引脚与所述75HC164芯片的引脚A连接，所述AT89S52芯片的P0.4引脚与所述75HC164芯片的引脚B连接，所述75HC164芯片通过数据总线分别与所述数码管连 接。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种顶板离层仪，属于离层检测技术领域，上述顶板离层仪包括基点锚固定装置、盒体、导向装置、调向装置、弹性张紧装置和光栅传感器，及固定设置于盒体内部的摩擦轮和阻尼器，阻尼器内设置有钢绞线，钢绞线从阻尼器的开口端引出后绕过导向装置，依次经过弹性张紧装置和调向装置，缠绕过摩擦轮后固定于基点锚固定装置上，即通过设置弹性张紧装置，能保持钢绞线始终处于张紧装置，有效避免由于钢绞线松弛造成的摩擦轮失效，且设置光栅传感器可以精准的测量摩擦轮的正、反转数据，进而能精准的对离层情况进行检测。
文档编号G01B11/02GK202994093SQ201220661659
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者刘卫东, 李波波, 陈媛媛 申请人:中国矿业大学
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