專利名稱：具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及礦山頂板檢測(cè)儀器。
技術(shù)背景目前在礦山采掘工作面頂板檢測(cè)中普遍采用機(jī)械式頂板動(dòng)態(tài)儀監(jiān)測(cè)頂板動(dòng) 態(tài)位移量。通過(guò)對(duì)某一時(shí)間段的頂板位移變化預(yù)測(cè)頂板的來(lái)壓規(guī)律，以便在冒 頂、來(lái)壓事故發(fā)生前作出及時(shí)的預(yù)報(bào)，采取相應(yīng)安全措施保證礦山安全生產(chǎn)。 機(jī)械式頂板動(dòng)態(tài)儀的構(gòu)造是，包括殼體、上支桿、下支桿和機(jī)械指針表。上、 下支桿在頂?shù)装逯g相對(duì)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)指針表轉(zhuǎn)動(dòng)，從表頭上人工讀出位移數(shù)。 其不足之處是需要人工下井定時(shí)觀測(cè)，手抄表記錄，工作量大，很容易造成關(guān) 鍵數(shù)據(jù)丟失、誤報(bào)，且讀數(shù)精度低，預(yù)測(cè)來(lái)壓不準(zhǔn)，屬于原始的檢測(cè)儀器。 發(fā)明內(nèi)容本申請(qǐng)的目的是針對(duì)機(jī)械式頂板動(dòng)態(tài)儀的使用缺陷，提出一種具有數(shù)顯、 上下限報(bào)警、存儲(chǔ)、紅外通訊、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀。 本申請(qǐng)的技術(shù)方案是頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀，由上支桿、下支桿、彈簧、殼體、容柵傳感器、微 處理器系統(tǒng)電路板組成。其中微處理器系統(tǒng)電路板、電池盒、容柵傳感器的定 尺安裝固定在殼體內(nèi)；殼體的上端與上支桿固定在一體，殼體的下端連接有套 管，套管內(nèi)裝有壓縮彈簧，容柵傳感器的動(dòng)尺穿過(guò)容柵傳感器的定尺和壓縮彈 簧后與下支桿固定在一體。初始狀態(tài)容柵傳感器的動(dòng)尺在容柵傳感器的定尺內(nèi) 的起始位置。上、下支桿在外力作用下發(fā)生相互位移時(shí)，容柵傳感器動(dòng)尺在定 尺內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號(hào)，按固定頻率傳送給微處理器系統(tǒng)進(jìn)行處理。微處理器系統(tǒng)是以微處理器CPU為核心，其外圍包括以下器件和電路容 柵傳感器信號(hào)處理電路、LED顯示器/報(bào)警器、EEPROM存儲(chǔ)器、外部定時(shí)器、 外部看門狗電路、光敏傳感器和輸入/輸出接口。位移數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程是容柵傳感器發(fā)出的位移值數(shù)字信號(hào)通過(guò)容柵傳 感器信號(hào)處理電路放大后進(jìn)入CPU。 CPU運(yùn)算處理后得到位移值，并判斷該位 移值是否超越檢測(cè)儀量程和上、下限報(bào)警值。若超越量程時(shí)通過(guò)LED閃爍錯(cuò)誤 信號(hào)；若不超量程時(shí)根據(jù)判斷進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)和非報(bào)警狀態(tài)兩種子過(guò)程。報(bào)警狀 態(tài)下CPU全速運(yùn)行，采集即時(shí)位移值送LED顯示并間隔閃爍警示信號(hào)。非報(bào)警 狀態(tài)下CPU處于休眠狀態(tài)，在外部定時(shí)器定時(shí)信號(hào)下或在外部看門狗電路動(dòng)作、 光敏傳感器信號(hào)和紅外控制信號(hào)任一喚醒條件下CPU進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。另外，外 部定時(shí)器在量程內(nèi)任何狀態(tài)下定時(shí)強(qiáng)制LED顯示數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器。 在微處理器系統(tǒng)無(wú)反應(yīng)時(shí)由外部看門狗電路將其復(fù)位，保證正常運(yùn)行，提高長(zhǎng) 時(shí)間工作的可靠性。輸入/輸出接口是檢測(cè)儀微處理器系統(tǒng)與外部其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊口，可采 用紅外通訊方式或RS485接口方式。上位機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)輸入/輸出接口控制微處 理器系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。CPU檢測(cè)到電池欠壓信號(hào)后，通過(guò)LED顯示欠壓報(bào) 警信號(hào)。本申請(qǐng)的積極效果是l.檢測(cè)儀微處理器系統(tǒng)以單片微處理器為核心，功耗 低，可用普通干電池供電，長(zhǎng)時(shí)間工作。可采用多種軟、硬件措施提高抗干擾 能力。2.采用容珊傳感器檢測(cè)位移，檢測(cè)精度高，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字量正、負(fù)采集。3. 采用LED高亮度顯示器，在無(wú)光源的條件下具有極好的數(shù)據(jù)顯示效果。4.采用 EEPROM存儲(chǔ)器自動(dòng)定時(shí)保存數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)量大，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)。5.采用紅外通訊接口或RS485接口，可與上位機(jī)進(jìn)行通訊，以便由上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析。6.可做為獨(dú)立儀器單獨(dú)監(jiān)測(cè)、報(bào)警使用，也可結(jié)合PC機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn) 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)、報(bào)警?？傊?，本申請(qǐng)的檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、使用方 便、應(yīng)用范圍廣。

圖1是本申請(qǐng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主視圖；圖2是本申請(qǐng)微處理器系統(tǒng)模塊原理框圖。圖例說(shuō)明l一上支桿，2 —下支桿，3 —彈簧，4一微處理器系統(tǒng)電路板，5 一支架板，6—電池，7—電池盒，8 —容柵傳感器定尺，9一容柵傳感器動(dòng)尺， IO—?dú)んw，ll一LED顯示窗，12—套管。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖進(jìn)一步說(shuō)明本申請(qǐng)的工作原理和結(jié)構(gòu)。 如圖l、圖2所示，本申請(qǐng)的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀(以下稱檢測(cè)儀)由上支 桿l、下支桿2、壓縮彈簧3、殼體IO、容柵傳感器定尺8、容柵傳感器動(dòng)尺9、 微處理器系統(tǒng)電路板4和電池盒7組成，電池盒7內(nèi)裝有電池6。微處理器系統(tǒng) 電路板4、組合電池盒6和容柵傳感器定尺8安裝固定在密封殼體10內(nèi)的支架 板5上。殼體10的上端與上支桿1固定在一體，殼體10的下端連接有套管12, 套管12內(nèi)裝有壓縮彈簧3;容柵傳感器動(dòng)尺9的底端與下支桿2固定在一體， 上端穿入容柵傳感器定尺8中。殼體10中部是容柵傳感器動(dòng)尺9與容柵傳感器 定尺8相對(duì)位移的通道。在確定起始位置執(zhí)行清零操作后，檢測(cè)儀上支桿1和下支桿2，在外力作用 下發(fā)生相互位移時(shí)，容柵傳感器得到相對(duì)位移量值的數(shù)字信號(hào)，容柵傳感器不間斷的按固定頻率將即時(shí)數(shù)據(jù)傳送給微處理器系統(tǒng)進(jìn)行處理。容柵傳感器的工作原理是容柵傳感器定尺8和動(dòng)尺9兩者相對(duì)的面上分 別印制(鍍或刻劃) 一系列尺寸相同、均勻分布并互相絕緣的金屬柵狀極片， 形成一對(duì)對(duì)電容，這些電容并聯(lián)聯(lián)接。最小電容量理論上為零，實(shí)際上為容柵 固有電容值。當(dāng)動(dòng)尺和定尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)，每對(duì)電容的相對(duì)遮蓋長(zhǎng)度將由大到小 或由小到大地周期性變化，電容量值也隨之相應(yīng)周期變化，經(jīng)電路處理后，測(cè)得線位移量值，再通過(guò)容柵傳感器信號(hào)處理電路與CPU連接。如圖2所示，微處理器系統(tǒng)是以微處理器(CPU)為核心，外圍包括以下 器件和電路容柵傳感器信號(hào)處理電路、外部定時(shí)器、LED顯示器/報(bào)警器、光 敏傳感器存儲(chǔ)器、外部看門狗電路、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口。微處理器系統(tǒng)的信號(hào)傳輸與處理過(guò)程是CPU采集到位移量信號(hào)并運(yùn)算處理后得到位移值，判斷得到的位移值是否超越量程和上、下限報(bào)警值，若不超越量程和上、下限報(bào)警量則休眠；若超越量程和上、下限報(bào)警值，則停止休眠， 進(jìn)入錯(cuò)誤或報(bào)警狀態(tài)，通過(guò)LED閃爍錯(cuò)誤信號(hào)或警示信號(hào)。CPU休眠狀態(tài)下需 外部定時(shí)器信號(hào)、外部看門狗電路信號(hào)、光敏傳感器信號(hào)和紅外控制信號(hào)喚醒 運(yùn)行。外部定時(shí)器為定時(shí)時(shí)間可調(diào)的定時(shí)器，設(shè)計(jì)成秒級(jí)定時(shí)器和分級(jí)定時(shí)器。 為使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，秒級(jí)定時(shí)器輸出周期為0.8秒。CPU在秒級(jí)定時(shí)器輸出周 期內(nèi)被喚醒，采集容珊傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。分級(jí)定時(shí)器輸出周期為6分鐘， 喚醒CPU采集并保存位移數(shù)據(jù)進(jìn)入EEPROM存儲(chǔ)器一次，同時(shí)LED顯示數(shù)據(jù) 2秒鐘。LED顯示器用于本地?cái)?shù)據(jù)顯示和報(bào)警，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。由于LED耗電 量大和電池供電等因素，為了節(jié)電，LED顯示器正常狀態(tài)被軟件關(guān)閉。非報(bào)警狀態(tài)下僅定時(shí)顯示數(shù)據(jù)；當(dāng)報(bào)警狀態(tài)時(shí)則閃爍顯示數(shù)據(jù)和警示信號(hào)。光敏傳感器感受光照度，在人工觀測(cè)時(shí)給予有光情況下喚醒系統(tǒng)強(qiáng)制LED 顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)。外部看門狗電路在微處理器系統(tǒng)無(wú)反應(yīng)時(shí)將系統(tǒng)復(fù)位，保證其正常運(yùn)行， 提高長(zhǎng)時(shí)間工作的可靠性。微處理器系統(tǒng)采用IIC總線的大容量EEPROM存儲(chǔ)器，可記錄間隔離散的 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)PC機(jī)可還原7天以上的位移歷史狀態(tài)，從而預(yù)測(cè)頂板的變化規(guī) 律。CPU與EEPROM存儲(chǔ)器的通訊為雙向的。輸入、輸出接口是檢測(cè)儀微處理器系統(tǒng)與外部其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊口，采 用紅外通訊方式和RS485總線方式或其中一種。上位機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)輸入/輸出接 口控制檢測(cè)儀微處理器系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在紅外通訊方式下若接收紅外控 制器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，CPU被中斷喚醒，判斷指令碼，執(zhí)行抄數(shù)、清零、顯示、 調(diào)整參數(shù)等操作。若為"抄數(shù)"指令則一次送出EEPROM存儲(chǔ)器中所保存的數(shù) 據(jù)。在RS485有線通訊方式下則通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)以上操作。電池欠壓報(bào)警功能是當(dāng)電池電壓低于設(shè)定最低值時(shí)，CPU通過(guò)LED顯示欠 壓報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求1、一種具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀，它包括殼體、上支桿和下支桿，其特征在于，殼體內(nèi)安裝固定有微處理器系統(tǒng)電路板、電池盒和容柵傳感器定尺；殼體的上端與上支桿固定在一體，殼體的下端連接有套管，套管內(nèi)裝有壓縮彈簧，容柵傳感器動(dòng)尺穿過(guò)容柵傳感器定尺和壓縮彈簧后與下支桿固定在一體，容柵傳感器動(dòng)尺在定尺內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號(hào)，按固定頻率傳送給微處理器系統(tǒng)；微處理器系統(tǒng)是以微處理器CPU為核心，其外圍包括以下器件和電路容柵傳感器信號(hào)處理電路、LED顯示器/報(bào)警器、EEPROM存儲(chǔ)器、外部定時(shí)器、外部看門狗電路、光敏傳感器和輸入/輸出接口。
2、 如權(quán)利要求1所述的具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀，其特 征在于，輸入/輸出接口采用紅外通訊方式或RS485接口方式。
3、 如權(quán)利要求1所述的具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀，其轉(zhuǎn) 征在于，輸入/輸出接口采用紅外通訊方式和RS485接口方式。
專利摘要本申請(qǐng)公開(kāi)了一種具有記錄、報(bào)警功能的頂板位移數(shù)顯檢測(cè)儀，它包括殼體、上支桿和下支桿，殼體內(nèi)安裝固定有微處理器系統(tǒng)電路板、電池盒和容柵傳感器定尺；殼體的上端與上支桿固定在一體，殼體的下端連接有套管，套管內(nèi)裝有壓縮彈簧，容柵傳感器動(dòng)尺穿過(guò)容柵傳感器定尺和壓縮彈簧后與下支桿固定在一體，容柵傳感器動(dòng)尺在定尺內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號(hào)，按固定頻率傳送給微處理器系統(tǒng)進(jìn)行處理。本申請(qǐng)主要用于礦山頂板動(dòng)態(tài)位移量的監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01D5/241GK201138210SQ20082002209
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者偉 亓, 濤 亓, 克 孫, 孫偉方 申請(qǐng)人:孫偉方;亓 濤