一種錨杆測力裝置製造方法
2023-11-08 13:57:22 2
一種錨杆測力裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種錨杆測力裝置，包括：扭矩測量本體、應變採集電路、主控晶片以及無線收發器，所述扭矩測量本體與應變採集電路連接，所述應變採集電路與所述主控晶片的輸入端電連接，所述主控晶片的輸出端與所述無線收發器電連接。由於採用了無線收發器，因此與上位機或者其他設備採用無線通信，大大減少了布線的複雜度，同時也提供了設備的穩定性。
【專利說明】一種描杆測力裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及礦井巷道支護監測相關【技術領域】，特別是一種錨杆測力裝置。
【背景技術】
[0002]巷道錨杆受力情況分析是巷道支護監測的重要內容。動態觀測錨杆受力狀態對於驗證巷道支護效果、監控礦壓變化規律、保障礦井安全生產等具有重大的意義。目前，國內外利用不同原理已研製了一些錨杆測力儀器。這些儀器雖然在一定程度上解決了煤礦現場礦壓監測的問題，但普遍存在價格昂貴、測量精度低、抗幹擾能力差、安裝和維護不方便、靈活性和擴展性差等不足，限制著其在煤礦領域的進一步發展。隨著技術的進步，各種基於有線網絡的煤礦壓力監測傳感器相繼出現，但有線網絡系統存在如下明顯不足:有線通訊方式布線複雜，勞動強度大，安裝和維護不方便，維護成本高。網絡結構不靈活，不適合工作面推進的動態變化要求、擴展性差。監測點相對固定，容易出現監測盲區。
實用新型內容
[0003]基於此，有必要針對現有技術的錨杆測力裝置通訊布線複雜，安裝和維護不方便的技術問題，提供一種錨杆測力裝置。
[0004]一種錨杆測力裝置，包括:扭矩測量本體、應變採集電路、主控晶片以及無線收發器，所述扭矩測量本體與應變採集電路連接，所述應變採集電路與所述主控晶片的輸入端電連接，所述主控晶片的輸出端與所述無線收發器電連接。
[0005]進一步的，所述無線收發器為Zigbee無線收發器。
[0006]進一步的，所述應變採集電路包括:至少一個緊貼所述扭矩測量本體的電阻應變計，所述電阻應變計一端與參考電源電連接，另一端與所述主控晶片的輸入端電連接。
[0007]進一步的，所述應變採集電路通過信號放大電路與所述主控晶片的輸入端電連接。
[0008]更進一步的，所述應變採集電路為橋式應變採集電路，包括四個採用橋式結構連接的電阻應變計，以及穩壓電源，且每個電阻應變計緊貼所述扭矩測量本體，所述橋式結構的電源端與所述穩壓電源電連接，所述橋式結構的接地端接地，所述橋式結構的兩個輸出端為所述橋式應變採集電路的兩個輸出端，與所述信號放大電路電連接。
[0009]再進一步的，所述信號放大電路為差分放大電路，所述橋式應變採集電路的兩個輸出端與所述差分放大電路的兩個輸入端電連接。
[0010]進一步的，還包括與所述主控晶片電連接的液晶顯不電路、按鍵電路和存儲電路。
[0011]進一步的，所述扭矩測量本體為扭矩法蘭。
[0012]本實用新型通過扭矩測量本體將錨杆的受力轉換為應變力，並通過應變採集電路將應變力轉換為相應的電信號輸出到主控晶片，主控晶片通過無線收發器將分析計算的錨杆受力大小發送到上位機或者其他設備。由於採用了無線收發器，因此與上位機或者其他設備採用無線通信，大大減少了布線的複雜度，同時也提供了設備的穩定性。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型一種錨杆測力裝置的結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型應變採集電路和信號放大電路的一個例子的電路圖；
[0015]圖3為本實用新型一種錨杆測力裝置的安裝示意圖；
[0016]圖4所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的測站布置圖；
[0017]圖5所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的一個例子的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0019]如圖1所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的結構示意圖，包括:扭矩測量本體
11、應變採集電路12、主控晶片13以及無線收發器14，所述扭矩測量本體11與應變採集電路12連接，所述應變採集電路12與所述主控晶片13的輸入端電連接，所述主控晶片13的輸出端與所述無線收發器14電連接。
[0020]本實施例的錨杆測力裝置主要用於井下作業環境，由於井下作業環境非常複雜多變，如果採用有線布線，則一方面布線複雜，另一方面有可能因為井下地質環境變化導致斷線等情況，導致地面無法了解井下情況，而採用了無線收發器，則無需考慮布線問題，也能很好地避免由於地質環境變化而導致斷線的情況，大大地提高了錨杆受力監控的穩定性。
[0021]在其中一個實施例中，所述無線收發器14為Zigbee無線收發器。Zigbee是基於IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。
[0022]在其中一個實施例中，所述應變採集電路12包括:至少一個緊貼所述扭矩測量本體的電阻應變計，所述電阻應變計一端與參考電源電連接，另一端與所述主控晶片的輸入端電連接。電阻應變計緊貼扭矩測量本體，則可以準確的測量扭矩測量本體的應變力，從而將應變力的變化轉換為電阻的變化，通過參考電源的轉換，輸出對應的電信號。
[0023]在其中一個實施例中，所述應變採集電路通過信號放大電路與所述主控晶片的輸入端電連接。應變採集電路輸出的電信號較小，採用信號放大電路，將應變採集電路輸出的電信號放大，以方便主控晶片的採集。
[0024]在其中一個實施例中，所述應變採集電路為橋式應變採集電路，包括四個採用橋式結構連接的電阻應變計，以及穩壓電源，且每個電阻應變計緊貼所述扭矩測量本體，所述橋式結構的電源端與所述穩壓電源電連接，所述橋式結構的接地端接地，所述橋式結構的兩個輸出端為所述橋式應變採集電路的兩個輸出端，與所述信號放大電路電連接。
[0025]在其中一個實施例中，所述信號放大電路為差分放大電路，所述橋式應變採集電路的兩個輸出端與所述差分放大電路的兩個輸入端電連接。
[0026]如圖2所示為本實用新型應變採集電路和信號放大電路的一個例子的電路圖，電阻應變計R1、R2、R3和R4構成了橋式結構的橋式應變採集電路21，其中橋式結構的212端為電源端與2.5V的穩壓電源REF連接，214端為接地端接地，211和213端為兩個輸出端輸出差分信號，並與信號放大電路22的兩個輸入端221和222電連接。
[0027]信號放大電路22包括電容C11、電容C12、電容C13、電容C14、運算放大器U8、電阻R5、電阻R6、穩壓二極體Dl和電解電容El。採用運算放大器U8對輸入端221和222的差分輸入信號進行放大後在SL端輸出。
[0028]在其中一個實施例中，還包括與所述主控晶片電連接的液晶顯示電路、按鍵電路和存儲電路。本實施例增加液晶顯示電路、按鍵電路和存儲電路，分別與液晶顯示器、按鍵和EEPROM存儲連接，以完成傳感器標定和測量參數顯示等功能
[0029]在其中一個實施例中，所述扭矩測量本體為扭矩法蘭。採用扭矩法蘭能更好地與錨杆的緊固件進行配合。
[0030]如圖5所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的一個例子，包括扭矩測量本體51、信號檢測電路52、、EEPROM存儲電路53、RS232通信電路54、單片機55、液晶顯示電路56、按鍵電路57、供電電路58、ZigBee無線收發器59組成。單片機55選用STC12C5A晶片，實現鍵盤讀入、LCD顯示、錨杆受力檢測、無線收發器CC2420的控制等功能。錨杆受力狀態的檢測利用信號檢測電路52和扭矩測量本體51配合相應的放大電路實現。信號檢測電路52和扭矩測量本體51將錨杆受力情況轉換為O?5V電壓信號，供單片機55採樣。單片機55根據採樣的電壓值，分析計算錨杆受力大小。該錨杆測力裝置具有檢測精度高、性能穩定可靠、結構緊湊、防水防塵、使用方便等優點。ZigBee無線收發器59採用Chipcon公司的CC2420設計。此外，該錨杆測力裝置還設計有液晶顯示電路56、按鍵電路57、EEPROM存儲電路53、RS232通信電路54，用於完成傳感器標定、測量參數顯示及通信等功能。
[0031]本例子中錨杆受力檢測通過信號檢測電路和扭矩測量本體配合相應的放大電路實現，電路原理如圖2所示。信號檢測電路的核心是由四個電阻應變計Rl?R4組成的橋式應變採集電路21。為了降低橋式應變採集電路21的功耗，應儘量選用大阻值的電阻應變計，本例子採用了 350歐姆的箔式電阻應變計。橋壓由精密穩壓電源REF (型號:2925)提供，其大小為2.5V。如圖2所示的橋式應變採集電路21實現了應變量ε向電壓信號AU的轉換。由於橋式應變採集電路21的差分輸出信號AU比較微弱，不方便直接測量，所以設計了基於運算放大器U8(型號:AD620)的放大調整電路，將信號放大至合適大小AU1，再送入單片機進行採樣處理。該電路基於全橋應變採集電路和高精度、低漂移的運算放大器AD620設計，電路不僅消除了電阻應變計的溫度漂移和非線性誤差，還可以獲得更高的靈敏度和精度。
[0032]利用本傳感器可以方便的組成各種巷道錨杆受力情況自動監測系統。
[0033]如圖3所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的安裝示意圖。其中，錨杆36插入巷道鑽孔35中，並通過錨盤33與緊固螺母34緊固，本實用新型的錨杆測力裝置的扭矩測量本體31設置在錨盤33與緊固螺母34之間，並通過萬向環32和錨盤33與緊固螺母34緊密連接。電阻應變計緊貼扭矩測量本體31，扭矩測量本體31將錨杆36的受力轉換為應變力，並通過電阻應變計將應變力轉換為相應的電信號輸出到主控晶片。
[0034]如圖4所示為本實用新型一種錨杆測力裝置的測站布置圖。將錨杆測力裝置41分別設置在兩側巷幫431、432的錨杆421、422的端部，同時，在巷道頂板433的深部基點錨杆423和淺部基點錨杆424的端部。
[0035]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種錨杆測力裝置，其特徵在於，包括:扭矩測量本體、應變採集電路、主控晶片以及無線收發器，所述扭矩測量本體與應變採集電路連接，所述應變採集電路與所述主控晶片的輸入端電連接，所述主控晶片的輸出端與所述無線收發器電連接。
2.根據權利要求1所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述無線收發器為Zigbee無線收發器。
3.根據權利要求1所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述應變採集電路包括:至少一個緊貼所述扭矩測量本體的電阻應變計，所述電阻應變計一端與參考電源電連接，另一端與所述主控晶片的輸入端電連接。
4.根據權利要求1所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述應變採集電路通過信號放大電路與所述主控晶片的輸入端電連接。
5.根據權利要求4所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述應變採集電路為橋式應變採集電路，包括四個採用橋式結構連接的電阻應變計，以及穩壓電源，且每個電阻應變計緊貼所述扭矩測量本體，所述橋式結構的電源端與所述穩壓電源電連接，所述橋式結構的接地端接地，所述橋式結構的兩個輸出端為所述橋式應變採集電路的兩個輸出端，與所述信號放大電路電連接。
6.根據權利要求5所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述信號放大電路為差分放大電路，所述橋式應變採集電路的兩個輸出端與所述差分放大電路的兩個輸入端電連接。
7.根據權利要求1所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，還包括與所述主控晶片電連接的液晶顯不電路、按鍵電路和存儲電路。
8.根據權利要求1所述的錨杆測力裝置，其特徵在於，所述扭矩測量本體為扭矩法蘭。
【文檔編號】G08C17/02GK203587268SQ201320746795
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】封孝輝, 徐會軍, 李學哲, 劉軍明, 劉漢武 申請人:中國神華能源股份有限公司, 華北科技學院