長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置制造方法
【專利摘要】一種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，包括：鋼筋、應變片、采集板、空心套管及鋼管手柄，所述鋼筋是應變被測件，鋼筋的應變能夠同步反映巷道中澆筑在外面的混泥土的應變，所述空心套管用于放置串行數(shù)據(jù)傳輸線以及連接鋼筋或者手柄，所述應變片是用于檢測鋼筋應變的傳感器，所述采集板是用于控制應變數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明以鋼筋為被測件，通過等距安裝應變片來確定被測點位置，可任意調(diào)節(jié)被測點數(shù)，同時可根據(jù)實際煤礦巷道的厚度通過套管調(diào)節(jié)鋼筋長度，靈活性高；可以更好地適應煤礦巷道中的惡劣環(huán)境。
【專利說明】長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，屬于測控和自動化技 術領域。

【背景技術】
[0002] 煤礦巷道應變采集裝置用于工業(yè)現(xiàn)場測量煤礦巷道的應變程度。由于巷道中工業(yè) 現(xiàn)場環(huán)境復雜，應變采集裝置必須擁有良好的靈活性來適應不同的需求，同時應變采集裝 置必須能適應各種惡劣環(huán)境保證長期有效使用。
[0003] 傳統(tǒng)的煤礦巷道應變采集裝置將應變片直接貼在巷道壁上，由于巷道結構龐大， 應變片分布不均勻而導致應變測量結果精度低，不能反映巷道的實際應變程度。傳統(tǒng)的煤 礦巷道應變采集裝置中沒有貼應變片的固定方法，對于不同結構，不同厚度的巷道，必須重 新設計和安裝應變片，靈活性很小。傳統(tǒng)的煤礦巷道采用單CPU方式，每個應變片都需要通 過AD連接到唯一的單片機，連接線過多，應變采集裝置的應變片、采集板、數(shù)據(jù)采集的串口 數(shù)據(jù)線等裸露在外面，在惡劣環(huán)境下容易破損并且導致數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)故障。
[0004] 本文提出一種以鋼筋為被測件的適用于惡劣環(huán)境，長度可調(diào)節(jié)，靈活性高，具有高 采集精度的煤礦巷道應變采集裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的問題是：為了克服煤礦巷道應變采集裝置結構靈活性小，無法適應 不同厚度的巷道進行調(diào)整，采集精度不高，采集裝置容易受潮、破損的缺點，結合以上背景 和需求，本發(fā)明提供一種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置。
[0006] 本發(fā)明的技術解決方案是：
[0007] -種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，包括：鋼筋、應變片、采集板、空心套 管及鋼管手柄，所述鋼筋是應變被測件，鋼筋的應變能夠同步反映巷道中澆筑在外面的混 泥土的應變，所述空心套管用于放置串行數(shù)據(jù)傳輸線以及連接鋼筋或者手柄，所述應變片 是用于檢測鋼筋應變的傳感器，所述采集板是用于控制應變數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐?板，所述鋼管手柄是用作手柄以及需要傳輸數(shù)據(jù)線時用來擰開空心套管。
[0008] 本發(fā)明的有益效果包括：
[0009] 本發(fā)明通過等距安裝應變片來確定被測點位置，可任意調(diào)節(jié)被測點數(shù)，同時可根 據(jù)實際煤礦巷道的厚度通過套管調(diào)節(jié)鋼筋長度；將應變片和數(shù)據(jù)采集板安裝在鋼筋的槽 內(nèi)，采用多CPU方式，每個應變片都有單片機，相鄰單片機將電源線、地線和數(shù)據(jù)線通過手 拉手方式連接，通過串行總線RS485進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)傳輸；每個采集板的串行 數(shù)據(jù)線通過航空插頭連接，鋼筋的槽內(nèi)用絕緣膠密封，串行數(shù)據(jù)線放置在與鋼筋通過螺紋 擰在一起的套管中，并用鋼管手柄將套管密封擰緊。
[0010] ⑴本發(fā)明被測件鋼筋采用統(tǒng)一長度，便于批量生產(chǎn)，鋼筋兩端留有螺紋，可以 通過套管將多根鋼筋連接起來，可以根據(jù)不同煤礦巷道的地質(zhì)地貌調(diào)整測量長度，適用性 強；
[0011] (2)本發(fā)明設計的煤礦巷道應變采集裝置的每一個應變采集點都配有獨立單片 機，相鄰應變采集點間電源線、地線相連，數(shù)據(jù)通信線路采用RS485通信，應變采集點間通 過手拉手方式連接，在應變采集裝置內(nèi)部僅存在電源線、地線和RS485總線4根線路就能夠 實現(xiàn)整個應變采集裝置的供電、數(shù)據(jù)傳輸及與外界連接。傳統(tǒng)裝置采用單CPU模式，每個應 變片都需要鋪設信號線連接到裝置唯一的單片機上，本發(fā)明的多CPU模式相比于傳統(tǒng)的單 (PU模式可極大程度的減少線纜使用量，一方面能夠減少巷道中應變采集裝置中線纜鋪設 所占空間，減小裝置體積，另一方面減少煤礦巷道中因電纜破損而造成的意外。除此，傳統(tǒng) 裝置直接傳輸模擬信號、用唯一的單片機完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的采集傳輸，容易在模擬信號傳輸 中引入噪聲和產(chǎn)生信號損耗，本發(fā)明的應變采集裝置采用多CPU應變采集點和數(shù)字信號的 總線數(shù)據(jù)傳輸方式完成數(shù)據(jù)采集和傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)低噪聲、高精度的應變數(shù)據(jù)采集，且數(shù)據(jù) 獲取更便捷，傳輸線少，降低電氣事故引發(fā)的煤礦爆炸概率；
[0012] (3)本發(fā)明對鋼筋挖槽放置應變片和采集板，并用絕緣膠密封鋼筋槽，將數(shù)據(jù)線置 于空心套管，串行數(shù)據(jù)線通過航空插頭與外部設備連接，插拔方便、連接可靠，保證了整個 電路裝置的密封性，能夠防水，防潮，同時不會因為電路老化等產(chǎn)生的電火花而導致煤礦巷 道內(nèi)的瓦斯爆炸；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的鋼筋結構圖；
[0014] 圖2為本發(fā)明的空心套管結構圖；
[0015] 圖3為本發(fā)明的鋼管手柄結構圖；
[0016] 圖4為本發(fā)明的鋼筋截面圖；
[0017] 圖5為本發(fā)明的裝置連接圖。圖中VCC表示電源電壓，GND表示電源地，RS485A和 RS485B表示RS485的通信線纜；
[0018] 圖6為本發(fā)明的采集板框圖。
[0019] 具體實施方法
[0020] -種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，包括：鋼筋101、應變片102、采集板 103、空心套管104及鋼管手柄105,所述鋼筋101是應變被測件，鋼筋的應變能夠同步反映 巷道中澆筑在外面的混泥土的應變，所述空心套管104用于放置串行數(shù)據(jù)傳輸線以及連接 鋼筋或者手柄，所述應變片102是用于檢測鋼筋101應變的傳感器，所述采集板103是用于 控制應變數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐钒?，所述鋼管手?05是用作手柄以及需要傳輸數(shù) 據(jù)線時用來擰開空心套管104。
[0021] 在本實施例中，
[0022] 所述鋼筋101長度為U，橫截面直徑為Di，確定鋼筋101上的應變被測點數(shù)N ;在 鋼筋101表面挖一個深H，寬W，長度為L2的第一凹槽Xi，在第一凹槽Xi內(nèi)每隔L2/N的距離 安裝一個應變片102,設為Sp S2, S3，……SN ;在鋼筋101正對第一凹槽Xi的表面挖一個深 H，寬W，長為L2的第二凹槽X2, 2H小于Di，在第二凹槽X2內(nèi)每隔L2/N的距離安裝一個應變 片102,設為Si,，S 2,，S3,，……SN, ;N為第一凹槽&或第二凹槽X2內(nèi)應變片總數(shù)；所述第一 凹槽Χ:與第二凹槽X2平行，第一凹槽Χ:內(nèi)的應變片Sp S2, S3，……SN與第二凹槽X2內(nèi)的 應變片Sp S2,，S3,，……SN，分別以鋼筋的軸線對稱，所述采集板103裝在每個應變片102 旁，每個采集板103的傳輸線通過航空插頭連接；所述鋼筋101的兩端采用GB/T192-1981 標準的普通公螺紋，長度為A，2A等于Li-L 2 ;所述空心套管KMPi長度為L3, L3等于L2/N，使 得多根鋼筋101連接時應變片102之間仍是等間距，空心套管KMPi的外直徑為D 2，將采集 板103引出的傳輸線放置在空心套管104中，空心套管KMPi兩端的內(nèi)壁有長度為A的普通 母螺紋，與鋼筋101和鋼管手柄105通過螺紋擰緊，螺紋都符合GB/T192-1981標準，2A小于 L 3 ;所述鋼管手柄105P2長度為L4，鋼管手柄105P2的一端有長度為A的普通公螺紋，螺紋符 合GB/T192-1981標準，A小于L 4，與空心套管104通過螺紋擰緊。
[0023] 所述的采集板103包括：中央處理器106、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路107、RS485通信接口 108， 所述中央處理器采用MSP430G2553單片機；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，用 于將應變片采集的模擬量轉(zhuǎn)換為可傳輸?shù)臄?shù)字量；所述RS485通信接口 108用于將系統(tǒng)采 集的應變數(shù)據(jù)傳送給上位機。
【權利要求】
1. 一種長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，其特征在于，包括：鋼筋（101)、應變片 (102)、采集板（103)、空心套管（104)及鋼管手柄（105)，所述鋼筋（101)是應變被測件，鋼 筋的應變能夠同步反映巷道中澆筑在外面的混泥土的應變，所述空心套管（104)用于放置 串行數(shù)據(jù)傳輸線以及連接鋼筋或者手柄，所述應變片（102)是用于檢測鋼筋（101)應變的 傳感器，所述采集板（103)是用于控制應變數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娐钒?，所述鋼管?柄（105)是用作手柄以及需要傳輸數(shù)據(jù)線時用來擰開空心套管（104)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，其特征在于，所述鋼 筋（101)長度為U，橫截面直徑SDi，確定鋼筋（101)上的應變被測點數(shù)N ;在鋼筋（101)表 面挖一個深H，寬W，長度為L2的第一凹槽Xi，在第一凹槽Xi內(nèi)每隔L2/N的距離安裝一個應 變片（102)，設為Sp S2, S3,……SN ;在鋼筋（101)正對第一凹槽Xi的表面挖一個深H，寬W， 長為L2的第二凹槽X2, 2H小于Di，在第二凹槽X2內(nèi)每隔L2/N的距離安裝一個應變片（102)， 設為S u，S2,，S3,，……SN, ;N為第一凹槽&或第二凹槽X2內(nèi)應變片總數(shù)；所述第一凹槽& 與第二凹槽X2平行，第一凹槽Xi內(nèi)的應變片Sp S2, S3，……SN與第二凹槽X2內(nèi)的應變片 Sy S2,，S3,，……SN，分別以鋼筋的軸線對稱，所述采集板（103)裝在每個應變片（102)旁， 每個采集板（103)的傳輸線通過航空插頭連接；所述鋼筋（101)的兩端采用GB/T192-1981 標準的普通公螺紋，長度為A，2A等于Li-L 2 ;所述空心套管（104) Pi長度為L3, L3等于L2/N， 使得多根鋼筋（101)連接時應變片（102)之間仍是等間距，空心套管（104)匕的外直徑為 D2，將采集板（103)引出的傳輸線放置在空心套管（104)中，空心套管（lO^Pi兩端的內(nèi)壁 有長度為A的普通母螺紋，與鋼筋（101)和鋼管手柄（105)通過螺紋擰緊，螺紋都符合GB/ T192-1981標準,2A小于L3 ;所述鋼管手柄（105)P2長度為L4,鋼管手柄（105)P2的一端有 長度為A的普通公螺紋，螺紋符合GB/T192-1981標準，A小于L 4，與空心套管（104)通過螺 紋擰緊。
3. 根據(jù)權利要求2所述的的長度可調(diào)節(jié)的煤礦巷道應變采集裝置，其特征在于，采集 板（103)包括：中央處理器（106)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路（107)、RS485通信接口（108)，所述中央處 理器采用MSP430G2553單片機；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路采用24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，用于將應變片 采集的模擬量轉(zhuǎn)換為可傳輸?shù)臄?shù)字量；所述RS485通信接口（108)用于將系統(tǒng)采集的應變 數(shù)據(jù)傳送給上位機。
【文檔編號】G01B21/32GK104215214SQ201410515801
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權日:2014年9月29日
【發(fā)明者】黃永明, 虞金花, 章國寶, 張露, 吳奧 申請人:東南大學