一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括主控模塊和與主控模塊連接的存儲(chǔ)模塊、GPRS模塊，GPRS模塊與服務(wù)器顯示模塊連接，主控模塊輸出端與超聲波發(fā)送單元連接，主控模塊輸入端與超聲波接收單元連接；超聲波發(fā)送單元包括依次連接的高壓電路、脈沖產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)送換能器，超聲波接收單元包括依次連接的噪聲消除電路、接收信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于操作，靈活性好，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，測(cè)試無(wú)損傷，使用效果好，便于推廣使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及礦井生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]巷道的安全支護(hù)在煤礦安全生產(chǎn)中起到重要的作用，也是煤礦安全生產(chǎn)中的難點(diǎn)。對(duì)巷道的安全支護(hù)的關(guān)鍵是要實(shí)時(shí)地掌握嗣巖松動(dòng)圈的破碎狀態(tài)。
[0003]巷道開(kāi)挖后破壞了原巖的應(yīng)力平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致:第一，巷道周邊徑向應(yīng)力下降為零，圍巖強(qiáng)度明顯下降；第二，圍巖中出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)圍巖強(qiáng)度之后，在巷道周邊圍巖所形成的破碎帶便是圍巖松動(dòng)圈。其物理狀態(tài)表現(xiàn)為破裂縫的增加及巖體應(yīng)力水平的降低。松動(dòng)圈測(cè)試就是測(cè)試開(kāi)巷后新的破壞裂縫及其分布范圍，圍巖中有新破裂縫與沒(méi)有破裂縫的界面位置就是松動(dòng)圈的邊界。傳統(tǒng)的松動(dòng)圈測(cè)試的檢測(cè)原理相應(yīng)的測(cè)試方法包括多點(diǎn)位移計(jì)量測(cè)法和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法，存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、操作繁瑣、對(duì)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試對(duì)象存在損傷的缺陷，不能很好實(shí)現(xiàn)預(yù)期的測(cè)試目標(biāo)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于操作，靈活性好，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，測(cè)試無(wú)損傷，使用效果好，便于推廣使用。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括主控模塊和與所述主控模塊連接的存儲(chǔ)模塊、GPRS模塊，所述GPRS模塊與服務(wù)器顯示模塊連接，所述主控模塊輸出端與超聲波發(fā)送單元連接，所述主控模塊輸入端與超聲波接收單元連接；所述超聲波發(fā)送單元包括依次連接的高壓電路、脈沖產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)送換能器，所述超聲波接收單元包括依次連接的噪聲消除電路、接收信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路。
[0006]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述主控模塊為ST公司推出的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器STM32F103。
[0007]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓電路包括PNP和NPN三極管組成的推挽放大電路，以及與所述推挽放大電路輸出端連接的由MOSFET功放管組成的功率放大電路。
[0008]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述推挽放大電路通過(guò)正向連接的二極管與MOSFET功放管柵極連接。
[0009]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述MOSFET功放管漏極通過(guò)電阻接80V直流電源。
[0010]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述噪聲消除電路、接收信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路由依次連接的LM358兩級(jí)放大芯片和LM567整形濾波芯片組成。
[0011]上述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述GPRS模塊采用華為公司的GSM900-C模組。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，易于操作，靈活性好，性能優(yōu)異，實(shí)用性強(qiáng)，測(cè)試無(wú)損傷，使用效果好，便于推廣使用。另外，本實(shí)用新型采用單發(fā)多收的測(cè)試方案，不需要多次移動(dòng)測(cè)試器，甚至可以固定到巖層中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，避免了傳統(tǒng)的單發(fā)單收和單發(fā)雙收方案均需要不斷地改變測(cè)試深度才能完成測(cè)試的缺點(diǎn)，測(cè)試效率大大提高。
[0014]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型的單發(fā)多收測(cè)試方案結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型的超聲波發(fā)送單元電路原理圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型的超聲波接收單元電路原理圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型的GPRS模塊電路原理圖。
[0020]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0021]1、主控模塊；2、存儲(chǔ)模塊；3、服務(wù)器顯示模塊；4、GPRS模塊；
[0022]5、高壓電路；6、脈沖產(chǎn)生電路；7、超聲波發(fā)送換能器；
[0023]8、噪聲消除電路；9、接收信號(hào)放大電路；10、信號(hào)整形電路。

【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括主控模塊I和與所述主控模塊I連接的存儲(chǔ)模塊2、GPRS模塊4，所述GPRS模塊4與服務(wù)器顯示模塊3連接，所述主控模塊I輸出端與超聲波發(fā)送單元連接，所述主控模塊I輸入端與超聲波接收單元連接；所述超聲波發(fā)送單元包括依次連接的高壓電路5、脈沖產(chǎn)生電路6和超聲波發(fā)送換能器7，所述超聲波接收單元包括依次連接的噪聲消除電路8、接收信號(hào)放大電路9和信號(hào)整形電路10。
[0025]本實(shí)施例中，所述主控模塊I為ST公司推出的基于ARMCortex_M3內(nèi)核的32位微控制器STM32F103。該控制器是為低功耗和價(jià)格敏感的應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，具有突出的能效比和處理速度。本設(shè)計(jì)中嵌入了 UC / OS-1I操作系統(tǒng)，可以便于多任務(wù)控制。此外，STM32微控制器支持NAND Flash存儲(chǔ)器擴(kuò)展，能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)存到Flash里面，存儲(chǔ)與提取數(shù)據(jù)更加快速。
[0026]如圖3所示，本實(shí)施例中，所述高壓電路5包括PNP和NPN三極管組成的推挽放大電路，以及與所述推挽放大電路輸出端連接的由MOSFET功放管組成的功率放大電路。由STM32F103的PWM模塊產(chǎn)生40kHz的矩形波，經(jīng)推挽放大電路和MOSFET功放管放大后送入超聲波發(fā)送換能器，發(fā)送出40 kHz的超聲波。MOSFET功放管漏極通過(guò)電阻接80V直流電源。
[0027]如圖4所示，本實(shí)施例中，所述噪聲消除電路8、接收信號(hào)放大電路9和信號(hào)整形電路10由依次連接的LM358兩級(jí)放大芯片和LM567整形濾波芯片組成。超聲波探頭接收超聲波，經(jīng)過(guò)LM358對(duì)其兩級(jí)放大，然后將放大的信號(hào)送入LM567將波形濾波并且觸發(fā)CPU的引腳。LM567具有帶通濾波和觸發(fā)的作用，5、6腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f，f ^ I / 1.1RC。當(dāng)LM567的3引腳輸入幅度大于等于25 mV，并且頻率在帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，8引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)CPU的引腳，完成接收超聲波的功能。
[0028]如圖5所示，本實(shí)施例中，所述GPRS模塊4采用華為公司的GSM900-C模組。GSM通過(guò)串口接收CPU的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地發(fā)送給后方監(jiān)控室，通過(guò)發(fā)送引腳將后方監(jiān)控室的命令傳送給CPU，從而實(shí)現(xiàn)了后方監(jiān)控室可以主控請(qǐng)求目標(biāo)板之間人機(jī)互動(dòng)的功能。目標(biāo)板也可以自動(dòng)定時(shí)采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)GSM模塊傳輸?shù)胶蠓奖O(jiān)控室。
[0029]系統(tǒng)工作原理:主控芯片產(chǎn)生40 kHz的矩形波，高壓電路將其放大，經(jīng)過(guò)超聲波發(fā)送換能器與其產(chǎn)生共振發(fā)出最大功率的超聲波。主控芯片STM32F103產(chǎn)生40 kHz的矩形波，當(dāng)超聲波換能器接收到超聲波的首波之后，濾波電路判斷并濾除非40 kHz的超聲波，經(jīng)放大電路將其放大，信號(hào)整形電路對(duì)40 kHz的高低電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換后發(fā)送給主控芯片。主控芯片依此來(lái)記錄超聲波經(jīng)過(guò)每一個(gè)接收傳感器的時(shí)刻，并根據(jù)傳播時(shí)間計(jì)算出每一段巖層中超聲波的速度，然后將這些信息通過(guò)GPRS模塊上傳給后方監(jiān)控室。另外，如圖2所示，本實(shí)用新型采用單發(fā)多收的測(cè)試方案，不需要多次移動(dòng)測(cè)試器，甚至可以固定到巖層中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，避免了傳統(tǒng)的單發(fā)單收和單發(fā)雙收方案均需要不斷地改變測(cè)試深度才能完成測(cè)試的缺點(diǎn)，測(cè)試效率大大提高。
[0030]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括主控模塊(I)和與所述主控模塊(I)連接的存儲(chǔ)模塊(2 )、GPRS模塊(4 )，所述GPRS模塊(4 )與服務(wù)器顯示模塊(3 )連接，所述主控模塊(I)輸出端與超聲波發(fā)送單元連接，所述主控模塊(I)輸入端與超聲波接收單元連接；所述超聲波發(fā)送單元包括依次連接的高壓電路(5)、脈沖產(chǎn)生電路(6)和超聲波發(fā)送換能器(7)，所述超聲波接收單元包括依次連接的噪聲消除電路(8)、接收信號(hào)放大電路(9)和信號(hào)整形電路(10)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述主控模塊(I)為ST公司推出的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器STM32F103。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓電路(5)包括PNP和NPN三極管組成的推挽放大電路，以及與所述推挽放大電路輸出端連接的由MOSFET功放管組成的功率放大電路。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述推挽放大電路通過(guò)正向連接的二極管與MOSFET功放管柵極連接。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述MOSFET功放管漏極通過(guò)電阻接80V直流電源。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述噪聲消除電路(8)、接收信號(hào)放大電路(9)和信號(hào)整形電路(10)由依次連接的LM358兩級(jí)放大芯片和LM567整形濾波芯片組成。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種礦井圍巖松動(dòng)圈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述GPRS模塊(4)采用華為公司的GSM900-C模組。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK204086218SQ201420592589
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】袁燁, 張濤 申請(qǐng)人:銀川華盛新科技術(shù)有限公司, 袁燁, 張濤