專利名稱：桿式巖層位移監(jiān)測儀及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種巖層斷面測量儀器，特別是涉及一種能夠測量巖層及煤層間位 移的桿式巖層位移監(jiān)測儀及系統(tǒng)。
技術(shù)背景目前，工程中檢測位移的傳感器和監(jiān)測儀種類較多，各具特色，各有其適用范圍， 但是，對土木、水利、道路、礦山的開采及地下工程中巖體、巷道巖層內(nèi)部的位移自動 監(jiān)測和預(yù)報的儀器卻不多見，尤其是對高精度、大位移的實時自動監(jiān)測幾乎是空白，例 如，在煤炭開采中巷道圍巖內(nèi)部壓力突變引起的沖擊礦壓、煤炭回采時采掘?qū)ο锏理?(底)板、煤柱等巖層內(nèi)部位移變化引起的冒頂、底臌、巖爆等引起的安全事故。至今 尚缺少可靠的，能夠?qū)崟r自動監(jiān)測和預(yù)報的儀器，尤其在煤炭開采中尚缺少在地面上實 現(xiàn)對井下巷道位移不間斷的實時自動監(jiān)測和預(yù)報。本人在200610113800.x號專利申請(公開號為CN 1936500A)中申請一種巖層位 移監(jiān)測儀，利用拉力線牽動位移輪，帶動光柵環(huán)轉(zhuǎn)動，利用光柵環(huán)和固定光柵片之間的 光柵移動，變巖層位移為機(jī)械轉(zhuǎn)動，再變?yōu)楣鈻鸥缮鏃l紋變化，進(jìn)一步變?yōu)榭捎嫈?shù)的電 子信號，從而快速和準(zhǔn)確的檢測出微小的巖層位移變化。但依據(jù)上述申請制作的離層位移監(jiān)測儀，在實際應(yīng)用中存在下述不足1、 拉力線自身會產(chǎn)生微小變形，導(dǎo)致測量精度下降；2、 由于采用拉線傳遞位移，故難以辨別巖層位移方向；3、 受精度限制，只適合于軟巖及位移較大的巖層位移監(jiān)測。實用新型內(nèi)容為解決上述問題，本實用新型提供一種因不使用拉力線而不會由于拉力線自身的自 然延長導(dǎo)致測量精度下降、能夠辨別巖層位移方向、精度更高而適合硬巖及位移較小的 巖層位移監(jiān)測的桿式巖層位移監(jiān)測儀及系統(tǒng)。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，包括位移傳感單元和信息采集處理單元，其中-位移傳感單元包括傳感器框架、位移傳遞機(jī)構(gòu)、使用光柵檢測法將位移轉(zhuǎn)換為電信號的光柵位移檢測器單元、位移方向識別器單元；傳感器框架的結(jié)構(gòu)如下筒狀的傳感器殼體右端上下兩側(cè)對徑開有軸向的矩形滑 槽，所述傳感器殼體內(nèi)從左至右依次安裝有第一支承板、第二支承板、第三支承板， 矩形滑槽左側(cè)裝有左密封堵頭，右側(cè)裝有右密封堵頭；位移傳遞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下在所述傳感器殼體外裝有始終罩住所述矩形滑槽的位移 套筒，兩端固定在位移套筒上的連動桿穿過矩形滑槽，所述連動桿的中間部位用連動套 固定在所述位移連動桿上，所述位移連動桿可滑動地地穿過所述左密封堵頭和所述第三 支承板并與光柵位移檢測器單元連接；光柵位移檢測器單元包括固定在傳感器框架支承板上的帶有定光柵板的光電耦合 器和與之相配合的動光柵板，光柵位移檢測器單元的信號和電源線連接在傳感器框架左 側(cè)的接線端子上；位移方向識別器單元的結(jié)構(gòu)如下微動滑塊套在位移連動桿上，傳動桿左端固定在 所述微動滑塊上,右端連接微動桿，所述微動桿右側(cè)為電路板上的觸點開關(guān)，電路板固 定在傳感器殼體上；位移方向識別器單元的所述觸點開關(guān)連接所述的所述接線端子；所述接線端子連接至信息采集處理單元。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，其中光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下上導(dǎo)向滑軌和下導(dǎo)向滑軌兩端分別固定在第一支承板和第三支承板上，左導(dǎo)向滑 塊和右導(dǎo)向滑塊分別安裝在第二支承板兩側(cè)的上導(dǎo)向滑軌和下導(dǎo)向滑軌之間，貼有動 光柵板的有機(jī)玻璃板穿過第二支承板的滑槽，有機(jī)玻璃板的左端安裝在左導(dǎo)向滑塊上， 有機(jī)玻璃板的右端安裝在右導(dǎo)向滑塊上并通過右導(dǎo)向滑塊與位移連動桿相連接，帶有一 個小定光柵板的光電耦合器安裝在第二支承板上，動光柵板在光電耦合器凹槽內(nèi)的部 分與和小定光柵板緊密接觸，所述的光電耦合器信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左 側(cè)的接線端子上。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，其中第一支承板、第二支承板中間位置設(shè)有第四支承板；光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下-貼有第二動光柵板的第二有機(jī)玻璃板與有機(jī)玻璃板并排穿過第二支承板和第四支 承板的滑槽,并可在滑槽內(nèi)滑動，有機(jī)玻璃板的長度是第二有機(jī)玻璃板的兩倍，第一磁 鐵固定在左導(dǎo)向滑塊右側(cè)；第二有機(jī)玻璃板的左端固定第二磁鐵，右端安裝磁性卡塊，第二支承板右側(cè)表面與磁性卡塊相對應(yīng)的部位固定一磁塊，帶有一個定光柵板的第二光 電耦合器安裝在第四支承板上，第二動光柵板可在第二光電耦合器的凹槽內(nèi)滑動，第二 動光柵板在第二光電耦合器凹槽內(nèi)的部分與定光柵板緊密接觸，所述的第二光電耦合 器信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子上。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，其中第一支承板、第二支承板中間位置設(shè)有第四支承板；光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下驅(qū)動齒板右側(cè)與位移連動桿左側(cè)相連接，驅(qū)動齒板的上側(cè)固定有滑動板，滑動板與 刻有等間距齒槽的驅(qū)動齒板并排穿過第二支承板和第四支承板的滑槽，滑動板左端與 動光柵板相連接，動光柵板穿過第一支承板的滑槽，帶有一個定光柵板的光電耦合器安 裝在第一支承板上，動光柵板在光電耦合器凹槽內(nèi)部分與定光柵板緊密接觸；滑動板的 中間部位固定一連接滑塊，彈簧軸穿過連接滑塊，彈簧軸兩端分別固定在第二支承板 和第四支承板上,連接滑塊兩側(cè)的彈簧軸上分別裝有第一滑動彈簧和第二滑動彈簧，第 一滑動彈簧兩端分別支承在連接滑塊和第四支承板上，第二滑動彈簧兩端分別支承在連 接滑塊和第二支承板上，L形的彈性撥桿左端安裝在滑動板上，彈性撥桿右端卡在驅(qū)動 齒板的齒槽內(nèi)，第二支承板上安裝一V型回位滑片，彈性撥桿所在的驅(qū)動齒板的齒槽位 于回位滑片的范圍內(nèi)；光電耦合器的信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線 端子上。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，其中所述的信息采集處理單元中有一單片機(jī)控 制模塊，其輸入口通過第二接線端子連接所述的光柵位移檢測單元的接線端子，所述單片機(jī)控制模塊分別連接聲光警報模塊、無線通信摸塊和RS485通信模塊，所述RS485通 信模塊連接RS485總線，所述的無線通信摸塊與遙控器實現(xiàn)無線通信,上述所有模塊安 裝在巖層位移監(jiān)測儀的信息采集處理單元殼體內(nèi)的電路板上，由一個電源轉(zhuǎn)換模塊為電 路板上的元件供電。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，其中所述遙控器的通信天線、無線通信模塊、操作鍵盤、開關(guān)、顯示屏與遙控單片機(jī)電連接，遙控器的電源為可充電電池。本實用新型使用所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其中系統(tǒng)中設(shè)置有若干個所述桿式巖層位移監(jiān)測儀、 一臺井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站，信息轉(zhuǎn)換和通信分站包括一單片機(jī)控制模塊以及與所述單片機(jī)控制模塊連接的RS485通信模塊、頻率轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲光報警模塊和鍵盤，所述井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站通過485總線 和所述巖層位移監(jiān)測儀連接。本實用新型使用所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其中井下信息 轉(zhuǎn)換和通信分站通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與計算機(jī)監(jiān)控中心相連。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，因不使用拉力線而不會由于拉力線自身的自然延 長導(dǎo)致測量精度下降，因裝有位移方向識別器單元而能夠辨別巖層位移方向，精度更高 而適合硬巖及位移較小的巖層位移監(jiān)測。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，位移傳遞機(jī)構(gòu)的位移套筒固定在圍巖的鉆孔中， 信息采集處理單元的殼體固定在外表巖層上，通過電纜線將光柵位移檢測器單元的兩光 柵之間的相對移動產(chǎn)生的干涉條紋的計量傳送到信息采集處理單元，可以精確的實時測 量巖層之間的位移量，計算位移變化速率，既可以在現(xiàn)場用遙控器讀取數(shù)據(jù)，也可以異 地遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。本實用新型離層位移監(jiān)測儀即可單獨使用，亦可組成監(jiān)測系統(tǒng)對巖體工程進(jìn)行整體 的現(xiàn)場和遠(yuǎn)距離實時自動監(jiān)測。本實用新型巖層位移監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)簡單、實用方便、檢測精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可 用于煤礦、其它礦井、地下工程中對巖體、巷道頂板、支撐柱體等。本實用新型離層位 移監(jiān)測儀既可監(jiān)測巖(煤)層的絕對位移量，也可監(jiān)測位移變化速率，當(dāng)位移量或位移 速率超過安全界限時，可從地面監(jiān)控總站實施對井下巷道自動報警，實現(xiàn)對井下巷道頂 板及圍巖體離層位移遠(yuǎn)距離實時自動監(jiān)測，避免因頂板冒落、沖擊礦壓引起的安全事故。 本實用新型離層位移監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、既適用于小位移高精度測量，也適用 于大位移高精度的自動監(jiān)測。該儀器能夠廣泛應(yīng)用在礦山開采、土木、水利、道路等施 工過程中對圍巖體、巷道頂?shù)装?、制成巖體等離層位移進(jìn)行有效地自動實時監(jiān)測，及時 消除生產(chǎn)安全隱患，也為巷道及支撐巖體設(shè)計提供依據(jù)。


圖1是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀第一種實施方式的位移傳感單元示意圖； 圖2是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀第二種實施方式的位移傳感單元示意圖； 圖3a是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀第三種實施方式的位移傳感單元示意圖；圖3b是圖3a的A-A仰視剖視圖；圖4是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀的信息采集處理單元示意圖；圖5是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀的遙控器示意圖； 圖6是本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)方框圖。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀及系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。圖l、圖4、圖5、圖6為本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀的第一種實施方式，第一 種實施方式包括位移傳感單元和信息采集處理單元，其中，圖l所示的位移傳感單元包 括傳感器框架、位移傳遞機(jī)構(gòu)、使用光柵檢測法將位移轉(zhuǎn)換為電信號的光柵位移檢測器 單元、位移方向識別器單元；傳感器框架的結(jié)構(gòu)如下筒狀的傳感器殼體16右端上下兩側(cè)對徑開有軸向的矩形 滑槽22，傳感器殼體16內(nèi)從左至右依次安裝有第一支承板2A、第二支承板2B 、第三 支承板2C，矩形滑槽左側(cè)裝有左密封堵頭6A，右側(cè)裝有右密封堵頭6B;位移傳遞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下在所述傳感器殼體16外裝有始終罩住所述矩形滑槽22 的位移套筒12，兩端固定在位移套筒12上的連動桿5穿過矩形滑槽22,連動桿5的中 間部位用連動套11固定在位移連動桿21上，位移連動桿21可滑動地穿過左密封堵頭 6A和第三支承板2C并與光柵位移檢測器單元連接；光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下上導(dǎo)向滑軌20A和下導(dǎo)向滑軌20B兩端分別固定 在第一支承板2A和第三支承板2C (或左密封堵頭6A)上，左導(dǎo)向滑塊19A和右導(dǎo)向滑 塊19B分別安裝在第二支承板2B兩側(cè)的上導(dǎo)向滑軌20A和下導(dǎo)向滑軌20B之間，貼有 動光柵板14的有機(jī)玻璃板15穿過第二支承板2B的滑槽，有機(jī)玻璃板15的左端安裝在 左導(dǎo)向滑塊19A上,有機(jī)玻璃板15的右端安裝在右導(dǎo)向滑塊19B上并通過右導(dǎo)向滑塊 19B與位移連動桿21相連接，帶有一個小定光柵板的光電耦合器3安裝在第二支承板2B 上，動光柵板14在光電耦合器3凹槽內(nèi)的部分與和小定光柵板緊密接觸，動光柵板14 發(fā)生位移時，光電耦合器3將變化的光干涉條紋轉(zhuǎn)換為電信號，所述的光電耦合器3信 號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子1上。位移方向識別器單元的結(jié)構(gòu)如下微動滑塊7套在位移連動桿21上并與位移連動 桿21之間具有一定的摩擦力，傳動桿10左端固定在微動滑塊7上，右端連接微動桿9, 微動桿9右側(cè)為電路板8上的觸點開關(guān)18，電路板8固定在傳感器殼體16上；位移方 向識別器單元的觸點開關(guān)18連接所述的接線端子1;微動滑塊7可在位移連動桿21 上滑動，其摩擦力通過傳動桿10拉動微動桿9在兩塊電路板8構(gòu)成的滑槽內(nèi)做微小轉(zhuǎn)動，從而觸發(fā)觸點開關(guān)18，即可判別位移方向。 接線端子1連接至信息采集處理單元。圖4所示為信息采集處理單元，其中有一單片機(jī)控制模塊408，其輸入口通過第二 接線端子402A連接所述的光柵位移檢測單元的接線端子1，所述單片機(jī)控制模塊408 分別連接聲光警報模塊406、無線通信摸塊401和RS485通信模塊407，所述RS485通 信模塊407連接RS485總線，所述的無線通信摸塊401與遙控器實現(xiàn)無線通信，上述所 有模塊安裝在巖層位移監(jiān)測儀的信息采集處理單元殼體403內(nèi)的電路板404上，由一個 電源轉(zhuǎn)換模塊405為電路板404上的元件供電。圖5所示為信息采集處理單元的遙控器，所述遙控器的通信天線601 、無線通信模 塊604、操作鍵盤605、開關(guān)607、顯示屏609與遙控單片機(jī)608電連接，遙控器的電源 為可充電電池606。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀在使用時，傳感器殼體16固定在巖體鉆孔頂端穩(wěn) 定不動的巖層上，位移傳遞機(jī)構(gòu)的位移套筒12固定在被測巖層的鉆孔中，被測巖層發(fā) 生位移時會帶動位移套筒12移動，位移套筒12再帶動連動桿5在傳感器殼體16上的 滑槽中滑動,連動桿5帶動右導(dǎo)向滑塊19B、貼有動光柵板14的有機(jī)玻璃板15移動，同 時動光柵板14與光電耦合器3上的小光柵板產(chǎn)生光干涉條紋，光電耦合器3將光干涉條紋轉(zhuǎn)換為電信號，通過電纜、接線端子1將電信號傳送到信息采集處理單元。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀使用的光柵片皆采用100線/mm的等節(jié)距平行光 柵，故測量位移精度為O.Olmm，如果采用更高密度的光柵，則可提高測量精度，例如， 采用1000線/腿，測量精度為0. OOlmm,只要改變采用的光柵密度可以達(dá)到任何要求的測 量精度。第二種實施方式中，位移傳感單元的光柵位移檢測器單元結(jié)構(gòu)是在第一種實施方式 的基礎(chǔ)上增加一些部件得來的，除此之外的其他部分是基本相同的。參見圖2(圖中與 第一種實施方式相同的部件用相同的數(shù)字標(biāo)示，并在右上角冠以"'"作為區(qū)分)，其中第一支承板2A'、第二支承板2B'中間位置設(shè)有第四支承板2D';光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下-貼有第二動光柵板204'的第二有機(jī)玻璃板219'與有機(jī)玻璃板15'并排穿過第二 支承板2B'和第四支承板2D'的滑槽，并可在滑槽內(nèi)滑動，有機(jī)玻璃板15'的長度是第二有機(jī)玻璃板219'的兩倍,第一磁鐵224'固定在左導(dǎo)向滑塊19A'右側(cè)；第二有機(jī)玻 璃板219'的左端固定第二磁鐵223'，右端安裝磁性卡塊207'，第二支承板2B，右 側(cè)表面與磁性卡塊207'相對應(yīng)的部位固定一個與磁性卡塊207'吸合的磁塊227'，帶 有一個定光柵板的第二光電耦合器220，安裝在第四支承板2D'上，第二動光柵板204' 可在第二光電耦合器220'的凹槽內(nèi)滑動，第二動光柵板204'在第二光電耦合器220' 凹槽內(nèi)的部分與定光柵板緊密接觸，所述的第二光電耦合器220，信號和電源線連接在 傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子1'上。
當(dāng)巖層發(fā)生位移時，位移連動桿21'帶動貼有光柵板14'的有機(jī)玻璃板15'移動， 光柵板14'與光電耦合器3'的小光柵板產(chǎn)生干涉條紋，光電耦合器3'將干涉條紋轉(zhuǎn) 換為電信號，當(dāng)位移等于光柵板14'的長度哼，左導(dǎo)向滑塊19A'表面的第一磁鐵224' 與第二有機(jī)玻璃板219'的第二磁鐵223'吸合，帶動第二動光柵板204'的第二有機(jī)玻 璃板219'移動，第二動光柵板204'與第二光電耦合器220'的小光柵板產(chǎn)生干涉條紋， 第二光電耦合器220'將干涉條紋轉(zhuǎn)換為電信號,此形式的光柵位移檢測器可將大的位移 分成兩段監(jiān)測，避免由于光柵移動過長與小光柵板產(chǎn)生的干涉條紋不均勻，影響檢測精 度。另外，第一磁鐵224'與第二磁鐵223'吸合后，有機(jī)玻璃板15'向左側(cè)移動時則 可以通過第一磁鐵224'與第二磁鐵223'的吸力帶動第二有機(jī)玻璃板219'向左移動， 直到磁性卡塊207，卡在磁塊227，上后第一磁鐵224'與第二磁鐵223，分離，這樣就 可以用長度等于光柵板14'的兩塊光柵板來檢測等于光柵板14'長度兩倍的位移。
第三種實施方式中，位移傳感單元的光柵位移檢測器單元結(jié)構(gòu)與第一種實施方式有 所不同，其他部分是基本相同的。參見圖3 (圖中與第一種實施方式相同的部件用相同 的數(shù)字標(biāo)示，并在右上角冠以"""作為區(qū)分X其中
第一支承板2A"、第二支承板2B"中間位置設(shè)有第四支承板2D";
光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下
驅(qū)動齒板320"右側(cè)與位移連動桿21"左側(cè)相連接，驅(qū)動齒板320"的上側(cè)固定有 滑動板304"，滑動板304"與刻有等間距齒槽的驅(qū)動齒板320"并排穿過第二支承板2B" 和第四支承板2D"的滑槽，滑動板304"左端與動光柵板15"相連接，動光柵板15" 穿過第一支承板2A"的滑槽，帶有一個定光柵板的光電耦合器3"安裝在第一支承板2A" 上，動光柵板15"在光電耦合器3"凹槽內(nèi)部分與定光柵板緊密接觸；滑動板304"的
11中間部位固定一連接滑塊305",彈簧軸307"穿過連接滑塊305",彈簧軸307"兩 端分別固定在第二支承板2B"和第四支承板2D"上,連接滑塊305"兩側(cè)的彈簧軸307" 上分別裝有第一滑動彈簧306A"和第二滑動彈簧306B",第一滑動彈簧306A"兩端分 別支承在連接滑塊305"和第四支承板2D"上，第二滑動彈簧306B"兩端分別支承在連 接滑塊305"和第二支承板2B"上，L形的彈性撥桿318"左端安裝在滑動板304"上，彈 性撥桿318"右端卡在驅(qū)動齒板320"的齒槽內(nèi)，第二支承板2B"上安裝一V型回位滑 片319"，彈性撥桿318"所在的驅(qū)動齒板320"的齒槽位于V型回位滑片319"的V型 槽范圍內(nèi)。巖層位移通過位移套筒12"、連動桿5"、位移連動桿21"傳遞到驅(qū)動齒板 320"，驅(qū)動齒板320"通過彈性撥桿318"，帶動滑動板304"和動光柵板15"移動，同 時第二滑動彈簧306B"被壓縮，每當(dāng)驅(qū)動齒板320"移動的距離等于齒槽間距時，回位 滑片319"可撥動彈性撥桿318"跳出驅(qū)動齒板320"的齒槽，使滑動板304"與驅(qū)動齒 板320"脫離，在第二滑動彈簧306B"驅(qū)動下彈性撥桿318"滑入驅(qū)動齒板320"的下一 齒槽，滑動板304"也隨之滑到驅(qū)動齒板320"的下一齒槽間距，動光柵板15"亦往回 滑動一個齒槽間距，這樣就可以用長度等于齒槽間距的動光柵板15"測量大位移。光電 耦合器3"的信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子1"上。
本實施例中，驅(qū)動齒板320"長度為200mra，齒槽間距為20mm，動光柵板15"長度 也為20mm,由于動光柵板15"只在驅(qū)動齒板320"的齒槽間距間往復(fù)滑動，故可以用很 短的光柵板檢測大位移，同時可以提高儀器的檢測精度和準(zhǔn)確度。
參見圖6，本實用新型使用桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其中系統(tǒng) 中設(shè)置有若干個桿式巖層位移監(jiān)測儀、 一臺井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站，信息轉(zhuǎn)換和通信 分站包括一單片機(jī)控制模塊以及與所述單片機(jī)控制模塊連接的RS485通信模塊、頻率轉(zhuǎn) 換模塊、顯示模塊、聲光報警模塊和鍵盤，所述井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站通過485總線 和所述巖層位移監(jiān)測儀連接。
本實用新型使用所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其中井下信息 轉(zhuǎn)換和通信分站通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與計算機(jī)監(jiān)控中心相連。
本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀，位移傳遞機(jī)構(gòu)的位移套筒固定在圍巖的鉆孔中， 信息采集處理單元的殼體固定在外表巖層上，通過電纜線將光柵位移檢測器單元的兩光柵之間的相對移動產(chǎn)生的千涉條紋的計量傳送到信息采集處理單元，可以精確的實時測 量巖層之間的位移量，計算位移變化速率，既可以在現(xiàn)場用遙控器讀取數(shù)據(jù)，也可以異 地遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)。
本實用新型離層位移監(jiān)測儀即可單獨使用，亦可組成監(jiān)測系統(tǒng)對巖體工程進(jìn)行整體 的現(xiàn)場和遠(yuǎn)距離實時自動監(jiān)測。
本實用新型巖層位移監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)簡單、實用方便、檢測精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可 用于煤礦、其它礦井、地下工程中對巖體、巷道頂板、支撐柱體等。本實用新型離層位 移監(jiān)測儀既可監(jiān)測巖(煤)層的絕對位移量，也可監(jiān)測位移變化速率，當(dāng)位移量或位移 速率超過安全界限時，可從地面監(jiān)控總站實施對井下巷道自動報警，實現(xiàn)對井下巷道頂 板及圍巖體離層位移遠(yuǎn)距離實時自動監(jiān)測，避免因頂板冒落、沖擊礦壓引起的安全事故。 本實用新型離層位移監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、既適用于小位移高精度測量，也適用 于大位移高精度的自動監(jiān)測。該儀器能夠廣泛應(yīng)用在礦山開采、土木、水利、道路等施 工過程中對圍巖體、巷道頂?shù)装?、制成巖體等離層位移進(jìn)行有效地自動實時監(jiān)測，及時 消除生產(chǎn)安全隱患，也為巷道及支撐巖體設(shè)計提供依據(jù)。
以上的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的 范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本 實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實用新型的權(quán)利要求書確定的 保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種桿式巖層位移監(jiān)測儀，包括位移傳感單元和信息采集處理單元，其特征在于位移傳感單元包括傳感器框架、位移傳遞機(jī)構(gòu)、使用光柵檢測法將位移轉(zhuǎn)換為電信號的光柵位移檢測器單元、位移方向識別器單元；傳感器框架的結(jié)構(gòu)如下筒狀的傳感器殼體(16、16’、16”)右端上下兩側(cè)對徑開有軸向的矩形滑槽(22、22’、22”)，所述傳感器殼體(16、16’、16”)內(nèi)從左至右依次安裝有第一支承板(2A、2A’、2A”)、第二支承板(2B、2B’、2B”)、第三支承板(2C、2C’、2C”)，矩形滑槽左側(cè)裝有左密封堵頭(6A、6A’、6A”)，右側(cè)裝有右密封堵頭(6B、6B’、6B”)；位移傳遞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下在所述傳感器殼體(16、16’、16”)外裝有始終罩住所述矩形滑槽(22、22’、22”)的位移套筒(12、12’、12”)，兩端固定在位移套筒(12、12’、12”)上的連動桿(5、5’、5”)穿過矩形滑槽(22、22’、22”)，所述連動桿(5、5’、5”)的中間部位用連動套(11、11’、11”)固定在所述位移連動桿(21、21’、21”)上，所述位移連動桿(21、21’、21”)可滑動地穿過所述左密封堵頭(6A、6A’、6A”)和所述第三支承板(2C、2C’、2C”)并與光柵位移檢測器單元連接；光柵位移檢測器單元包括固定在傳感器框架支承板上的帶有定光柵板的光電耦合器和與之相配合的動光柵板，光柵位移檢測器單元的信號和電源線連接在傳感器框架左側(cè)的接線端子(1、1’、1”)上；位移方向識別器單元的結(jié)構(gòu)如下微動滑塊(7、7’、7”)套在位移連動桿(21、21’、21”)上，傳動桿(10、10’、10”)左端固定在所述微動滑塊(7、7’、7”)上，右端連接微動桿(9、9’、9”)，所述微動桿(9、9’、9”)右側(cè)為電路板(8、8’、8”)上的觸點開關(guān)(18、18’、18”)，電路板(8、8’、8”)固定在傳感器殼體(16、16’、16”)上；位移方向識別器單元的所述觸點開關(guān)(18、18’、18”)連接所述的所述接線端子(1、1’、1”)；所述接線端子(1、1’、1”)連接至信息采集處理單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀，其特征在于光柵位移檢測器 單元的結(jié)構(gòu)如下-上導(dǎo)向滑軌(20A)和下導(dǎo)向滑軌(20B)兩端分別固定在第一支承板(2A)和第三支承板(2C)上，左導(dǎo)向滑塊(19A)和右導(dǎo)向滑塊(19B)分別安裝在第二支承板(2B) 兩側(cè)的上導(dǎo)向滑軌(20A)和下導(dǎo)向滑軌(20B)之間，貼有動光柵板(14)的有機(jī)玻璃 板(15)穿過第二支承板(2B)的滑槽，有機(jī)玻璃板(15)的左端安裝在左導(dǎo)向滑塊(19A)上,有機(jī)玻璃板(15)的右端安裝在右導(dǎo)向滑塊(19B)上并通過右導(dǎo)向滑塊(19B) 與位移連動桿(21)相連接,帶有一個小定光柵板的光電耦合器(3)安裝在第二支承板(2B)上,動光柵板(14)在光電耦合器(3)凹槽內(nèi)的部分與和小定光柵板緊密接觸， 所述的光電耦合器(3)信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子(1)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀，其特征在于 第一支承板(2A')、第二支承板(2B')中間位置設(shè)有第四支承板(2D'); 光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下貼有第二動光柵板(204')的第二有機(jī)玻璃板(219')與有機(jī)玻璃板(15')并排 穿過第二支承板(2B')和第四支承板(2D')的滑槽，并可在滑槽內(nèi)滑動，有機(jī)玻璃板 (15')的長度是第二有機(jī)玻璃板(219')的兩倍，第一磁鐵(224')固定在左導(dǎo)向滑塊 (19A')右側(cè)；第二有機(jī)玻璃板(219')的左端固定第二磁鐵(223')，右端安裝磁性 卡塊(207')，第二支承板(2B')右側(cè)表面與磁性卡塊(207')相對應(yīng)的部位固定一 磁塊(227')，帶有一個定光柵板的第二光電耦合器(220')安裝在第四支承板(2D') 上，第二動光柵板(204')可在第二光電耦合器(220')的凹槽內(nèi)滑動，第二動光柵板 (204')在第二光電耦合器(220')凹槽內(nèi)的部分與定光柵板緊密接觸，所述的第二光電耦合器(220')信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu)左側(cè)的接線端子(r)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀，其特征在于 第一支承板(2A")、第二支承板(2B")中間位置設(shè)有第四支承板(2D"); 光柵位移檢測器單元的結(jié)構(gòu)如下-驅(qū)動齒板(320")右側(cè)與位移連動桿(21")左側(cè)相連接，驅(qū)動齒板(320")的上 側(cè)固定有滑動板(304，，)，滑動板(304")與刻有等間距齒槽的驅(qū)動齒板(320")并排 穿過第二支承板(2B")和第四支承板(2D")的滑槽，滑動板(304")左端與動光柵板 (15")相連接，動光柵板(15")穿過第一支承板(2A")的滑槽，帶有一個定光柵板 的光電耦合器(3")安裝在第一支承板(2A")上，動光柵板(15")在光電耦合器(3") 凹槽內(nèi)部分與定光柵板緊密接觸；滑動板(304")的中間部位固定一連接滑塊(305")， 彈簧軸(307")穿過連接滑塊(305")，彈簧軸(307")兩端分別固定在第二支承板(2B")和第四支承板(2D")上，連接滑塊(305")兩側(cè)的彈簧軸(307")上分別裝有第一滑動 彈簧(306A")和第二滑動彈簧(306B")，第一滑動彈簧(306A")兩端分別支承在連 接滑塊(305")和第四支承板(2D")上，第二滑動彈簧(306B")兩端分別支承在連接 滑塊(305")和第二支承板(2B")上，L形的彈性撥桿(318")左端安裝在滑動板(304") 上，彈性撥桿(318")右端卡在驅(qū)動齒板(320")的齒槽內(nèi)，第二支承板(2B")上安 裝一 V型回位滑片(319")，彈性撥桿(318")所在的驅(qū)動齒板(320")的齒槽位于回 位滑片(319")的范圍內(nèi)；光電耦合器(3")的信號和電源線連接在傳感器框架結(jié)構(gòu) 左側(cè)的接線端子(l")上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l一4之一所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀，其特征在于所述的 信息采集處理單元中有一單片機(jī)控制模塊(408)，其輸入口通過第二接線端子(402A) 連接所述的光柵位移檢測單元的接線端子(1)，所述單片機(jī)控制模塊(408)分別連接 聲光警報模塊(406)、無線通信摸塊(401)和RS485通信模塊(407)，所述RS485通 信模塊(407)連接RS485總線，所述的無線通信摸塊(401)與遙控器實現(xiàn)無線通信， 上述所有模塊安裝在巖層位移監(jiān)測儀的信息采集處理單元殼體(403)內(nèi)的電路板(404) 上，由一個電源轉(zhuǎn)換模塊(405)為電路板(404)上的元件供電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀，其特征在于所述遙控器的通 信天線(601)、無線通信模塊(604)、操作鍵盤(605)、開關(guān)(607)、顯示屏(609) 與遙控單片機(jī)(608)電連接，遙控器的電源為可充電電池(606)。
7. —種使用權(quán)利要求6所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征在于系統(tǒng)中設(shè)置有若干個所述桿式巖層位移監(jiān)測儀、 一臺井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站， 信息轉(zhuǎn)換和通信分站包括一單片機(jī)控制模塊以及與所述單片機(jī)控制模塊連接的RS485 通信模塊、頻率轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲光報警模塊和鍵盤，所述井下信息轉(zhuǎn)換和通信 分站通過485總線和所述巖層位移監(jiān)測儀連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于井下信息轉(zhuǎn)換和通 信分站通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與計算機(jī)監(jiān)控中心相連。
專利摘要一種桿式巖層位移監(jiān)測儀，包括位移傳感單元和信息采集處理單元，其中，位移傳感單元包括傳感器框架、位移傳遞機(jī)構(gòu)、使用光柵檢測法將位移轉(zhuǎn)換為電信號的光柵位移檢測器單元、位移方向識別器單元；一種使用所述的桿式巖層位移監(jiān)測儀的巖層位移監(jiān)測系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)中設(shè)置有若干個所述桿式巖層位移監(jiān)測儀、一臺井下信息轉(zhuǎn)換和通信分站。本實用新型桿式巖層位移監(jiān)測儀可在同一鉆孔內(nèi)串聯(lián)安裝若干巖層位移監(jiān)測儀，與現(xiàn)有的拉線式位移檢測儀比較，不僅解決了拉力線自身的自然延長導(dǎo)致測量精度下降的問題，而且能自動辨別位移方向，提高了巖層位移檢測精度。
文檔編號G01C7/02GK201159642SQ200820079098
公開日2008年12月3日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月4日
發(fā)明者慶 劉, 安里千, 毛靈濤 申請人:安里千