專利名稱：礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)力傳感器，尤其是涉及一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器。背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
中，在煤炭開采行業(yè)，煤層開采使地層發(fā)生形變，在不清楚開采層位可承壓大小時盲目開采，容易造成煤層因不可承受上層壓力而塌方，造成礦井事故，嚴(yán)重威脅礦工的財產(chǎn)及生命安全。礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器主要用來測量煤礦預(yù)留煤柱應(yīng)力的變化，或用來測量基坑巖體或土基礎(chǔ)，在開挖前后應(yīng)力的變化情況，是煤礦工作面礦壓觀測必選儀器設(shè)備之一。目前國內(nèi)外已有不少企業(yè)及個人針對鉆孔應(yīng)力測量這一領(lǐng)域進(jìn)行了探索和研究， 并相繼推出了各類具有不同功能特點(diǎn)的鉆孔應(yīng)力計。泰安市宏達(dá)礦壓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZYJY-10油壓枕式鉆孔應(yīng)力計和數(shù)顯鉆孔應(yīng)力計、北京中西泰安技術(shù)服務(wù)有限公司的 TW69-Z-1鉆孔應(yīng)力計、山東賽森科技有限公司的SiCL鉆孔應(yīng)力計、泰安市魯洲機(jī)械電子設(shè)備有限公司的ZYJ-25鉆孔應(yīng)力計等在不同程度上都代表了國內(nèi)應(yīng)力計這一技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向，并具有一定的自身優(yōu)勢，但同時也存在一定的缺陷
1、易損壞，一般傳感器芯體采用應(yīng)變片設(shè)計，在安裝過程中就容易被損壞；
2、不易安裝，傳感器方向難以確定。一般傳感器在安裝過程中，需要在竹竿上刻錄軸向來確定傳感器方向，操作比較麻煩，費(fèi)時費(fèi)力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述背景技術(shù)中的不足之處，提供一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其結(jié)實(shí)耐用，安裝方便，實(shí)現(xiàn)全向矢量測量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有芯體，芯體上設(shè)置有與芯體連接的集成電路模塊，芯體包括平衡梁固定架，平衡量傳感器固定在平衡梁固定架上，平衡量傳感器上設(shè)置有測力螺母。上述平衡量傳感器設(shè)置有三個，三個平衡梁傳感器之間為120°夾角固定。上述集成電路模塊為兩塊A/D轉(zhuǎn)換模塊和一塊電子羅盤模塊，分別與平衡量傳感器連接。上述外殼選用不銹鋼材料。上述芯體和集成電路模塊設(shè)置在外殼內(nèi)部，外殼兩端灌膠密封。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下
1、傳感器的每個平衡梁傳感器上各安裝有一個面積為Icm2的測力螺母，通過測力螺母受力擠壓平衡梁傳感器，可計算出每個平衡梁傳感器在單位面積上所受壓力，即應(yīng)力。2、傳感器擁有3個夾角為120°的平衡梁傳感器特殊設(shè)計，實(shí)現(xiàn)同一平面上的全方向綜合測力。對一個鉆孔內(nèi)3個方向的應(yīng)力通過綜合矢量計算，求出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力。3、傳感器中間增加電子羅盤部分，新增了力的方向判斷能力。在計算出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力同時，可以判斷出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力的方向。4、可進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。配套的地面數(shù)據(jù)處理軟件接收采集到的應(yīng)力數(shù)據(jù)，以列表、曲線圖、報表等方式顯示并分析處理。5、傳感器采用不銹鋼外殼，結(jié)實(shí)耐用，在安裝過程中，不會因?yàn)閻毫拥陌惭b使用環(huán)境而被損壞。四

圖1是礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器的總結(jié)構(gòu)圖。圖2是礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器的芯體結(jié)構(gòu)圖。 圖3是礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器的芯體A—A剖視圖； 圖4是礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器的芯體的立體圖。圖中，1.外殼，2.芯體，3.集成電路模塊，4.平衡梁傳感器，5.測力螺母，6.壓力計后蓋，7.電纜，8.電纜鎖頭，9.平衡梁固定架。五具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其芯體采用夾角為120°三個平衡梁傳感器， 每個平衡梁傳感器上各安裝有一個Icm2的測力螺母，并在電路中增加電子羅盤部分，可計算出某一平面上的最大主應(yīng)力及方向、最小主應(yīng)力及方向，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，解決了現(xiàn)有技術(shù)中傳感器芯體容易損壞、測量方向單一、數(shù)據(jù)不可提取的技術(shù)問題。參見圖1，礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器由集成電路模塊3、芯體2和外殼1三部分組成，，集成電路模塊3的型號為MSP430F149，芯體2和集成電路模塊3安裝在外殼1內(nèi)部，兩端灌膠密封，以便保護(hù)內(nèi)部的測量部件和集成電路不受外界影響。外殼1選用不銹鋼材質(zhì)可保護(hù)內(nèi)部構(gòu)造不因受到外力的擠壓而變形。參見圖2、圖3和圖4，芯體2由平衡梁固定架9、平衡梁傳感器4和測力螺母5組成。三個平衡量傳感器4通過螺母固定在平衡梁固定架9之上，每個平衡梁傳感器4的主體上安裝有測力螺母5。在測力螺母5受到外力擠壓時，迫使平衡量傳感器4發(fā)生形變，產(chǎn)生矢量力學(xué)變化，測量部件內(nèi)部的集成電路模塊通過矢量力學(xué)計算，計算出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力，測量部件內(nèi)部增加了電子羅盤，在計算出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力的受力方向。圖1中的集成電路模塊3由兩塊A/D轉(zhuǎn)換和一塊電子羅盤模塊組成，完成信號采集、A/D轉(zhuǎn)換、計算和信號傳輸功能，信號通過圖中的電纜7將信號傳輸?shù)姐@孔外部。外部連接配套分站接收信號，并對其進(jìn)行解析后直接數(shù)字顯示。針對傳感器在安裝時容易損壞這個問題，本礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器在芯體上將以往的應(yīng)變片方式改為平衡梁傳感器方式，三個平衡梁傳感器4以120°夾角固定，每個平衡梁傳感器 4上分別安裝有測力螺母5，測力螺母5受到外力擠壓，與之對應(yīng)的平衡梁傳感器4發(fā)生形變，芯體上部平行安裝的兩塊A/D轉(zhuǎn)換模塊各采集兩路信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和處理，將力信號轉(zhuǎn)換為電信號，內(nèi)部電路通過計算，計算出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力。與A/D模塊平行安裝的電子羅盤模塊，新增了方向辨別能力。使傳感器在測量出最大主應(yīng)力的同時可測出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力的方向，解決了一般應(yīng)力計無方向判斷的問題。本發(fā)明安裝時，將多個礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器依次安裝于鉆孔中預(yù)定位置，并用同一根電纜7連接所有應(yīng)力計的輸出線，從電纜鎖頭8直線拉至地面的分站或其他配套設(shè)備，對鉆孔內(nèi)所有應(yīng)力傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。鉆孔內(nèi)的所有應(yīng)力傳感器并聯(lián)連接，各應(yīng)力傳感器單獨(dú)工作，互不干擾。在鉆孔一處或多處受到外力時，鉆孔內(nèi)一個或
4多個應(yīng)力傳感器4的測力螺母5首先受到擠壓，迫使與之對應(yīng)的平衡梁傳感器上發(fā)生形變， 此時，雙路A/D轉(zhuǎn)換模塊接收信號，并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換計算處理，得出最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力，電子羅盤識別最大主應(yīng)力及最小主應(yīng)力的方向，并將數(shù)據(jù)通過電纜線傳輸至地面的主機(jī)，主機(jī)配套軟件中以圖表等各種方式顯示分析所測數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器測量煤層受力大小，如果孔內(nèi)力度在所測煤層不可承受范圍時，礦方可及時采區(qū)相應(yīng)措施或取消煤層的開采計劃，這在很大程度上降低了煤礦坍塌事故的發(fā)生，從而保證了人民生命財產(chǎn)的安全。礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器主要用來測量煤礦預(yù)留煤柱應(yīng)力的變化，或用來測量基坑巖體或土基礎(chǔ)，在開挖前后應(yīng)力的變化情況，是煤礦工作面礦壓觀測必選儀器設(shè)備之一。
權(quán)利要求
1.一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于包括外殼(1)，外殼(1)內(nèi)設(shè)置有芯體(2)，芯體(2)上設(shè)置有與芯體連接的集成電路模塊(3)，芯體(2)包括平衡梁固定架(9)，平衡量傳感器(4)固定在平衡梁固定架(9)上，平衡量傳感器(4)上設(shè)置有測力螺母(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于平衡量傳感器(4)設(shè)置有三個，三個平衡梁傳感器(4)之間為120°夾角固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于集成電路模塊(3)為兩塊A/D轉(zhuǎn)換模塊和一塊電子羅盤模塊，分別與平衡量傳感器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于外殼(1)選用不銹鋼材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其特征在于芯體(2)和集成電路模塊(3 )設(shè)置在外殼(1)內(nèi)部，外殼(1)兩端灌膠密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，其結(jié)實(shí)耐用，安裝方便，實(shí)現(xiàn)全向矢量測量。本發(fā)明包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有芯體，芯體上設(shè)置有與芯體連接的集成電路模塊，芯體包括平衡梁固定架，平衡量傳感器固定在平衡梁固定架上，平衡量傳感器上設(shè)置有測力螺母。平衡量傳感器設(shè)置有三個，三個平衡梁傳感器之間為120°夾角固定。集成電路模塊為兩塊A/D轉(zhuǎn)換模塊和一塊電子羅盤模塊，分別與平衡量傳感器連接。外殼選用不銹鋼材料。芯體和集成電路模塊設(shè)置在外殼內(nèi)部，外殼兩端灌膠密封。
文檔編號G01L1/08GK102507049SQ201110334090
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者秋興國 申請人:西安欣源測控技術(shù)有限公司