岩层位移监测仪及系统技术方案

岩层位移监测仪，是一种岩层间位移监测仪器，由位移传感器单元和信息采集处理单元组成，位移传感器单元包括连接在位移轮上的可转动的光栅环、固定的光栅片、缠绕在位移轮上的拉力线以及保持拉力线张力的张紧机构；信息采集处理单元包括光电耦合器、单片机控制、声光报警、无线通信、ＲＳ４８５通信和电源转换模块；岩层位移监测仪外壳固定在外表岩层上，拉力线固定在内部岩层上，内部岩层和外表岩层的直线位移通过光耦计量光栅环和光栅片的相对移动产生干涉条纹而被精确测量，并可计算位移变化速率；本岩层位移监测仪可以和通信主机、遥控器共组系统；用于煤矿、其它矿井、地下工程中对岩体、巷道顶板、支撑柱体等进行现场和远距离实时自动监测。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种岩层断面测量仪器，特别是涉及一种能够测量岩层及煤层间位移的 岩层位移监测仪。技术背景目前，工程中检测位移的传感器和监测仪种类较多，各具特色，各有其适用范围，但是， 对土木、水利、道路、矿山的开采及地下工程中岩体、巷道岩层内部的位移自动监测和预报 的仪器却不多见，尤其是对高精度、大位移的实时自动监测几乎是空白，例如，在煤炭开采 中巷道围岩内部压力突变引起的冲击矿压、煤炭回采时采掘对巷道顶(底)板、煤柱等岩层 内部位移变化引起的冒顶、底臌、岩爆等引起的安全事故。至今尚缺少可靠的，能够实时自 动监测和预报的仪器，尤其在煤炭开采中尚缺少在地面上实现对井下巷道位移不间断的实时 自动监测和预报。本人在200610057248.7号专利申请(公开号为CN 1828220)中提请一种离层位移监测仪， 利用拉力线牵动位移轮，带动光栅环转动，利用光栅环和固定光栅片之间的光栅移动，变岩 层位移为机械转动，再变为光栅干涉条纹变化，进一步变为可计数的电子信号，从而快速和 准确的检测出微小的岩层位移变化。但依据上述申请制作的离层位移监测仪，在实际应用中存在下述不足1、 筒形外壳适合于埋设在岩体内部，安装在巷道中有时会影响工作；2、 位移传感器单元和信息检测处理单元在筒形外壳中分层安装工艺较复杂；3、 外壳上的显示器在巷道中观察不十分方便；4、 拉力线的长度受限，有效量程小于200mm。
技术实现思路
为弥补上述不足，本技术的目的是提供结构简单、易于生产、易于安装、易于使用 的岩层位移监测仪。本技术岩层位移监测仪，包括壳体、拉力线、位移轮、光栅环、由光栅片及光电耦 合器构成的干涉条纹检测机构，所述的壳体内设有位移传感单元和信息采集处理单元，所述 位移传感器单元由位移转换机构和干涉条纹检测机构组成，所述位移传感器单元是在固定在 壳体上的支撑电路板上竖直安装支承台，在所述支承台上设一转轴，所述转轴上安装包括依 次连接的所述位移轮、透明圆筒、光栅环组成的所述位移转换机构，所述光栅环套在所述透明圆筒上，所述光栅片绕在所述光栅环上，所述光栅片通过立柱固定在所述支撑电路板上， 在所述支撑电路板上对应于所述光栅环位置设有包括小电路板、安装在小电路板上的光电耦 合器的所述干涉条纹检测机构，所述光栅环和所述光栅片插在所述光电耦合器凹槽里面，所 述信息采集处理单元包括安装在电路板上的单片机控制模块、声光警报模块、无线通信模块、 RS485通信模块和电源转换模块，所述光电耦合器的输出连接所述单片机控制模块的输入端， 所述单片机控制模块的输出端分别连接所述声光警报模块、无线通信模块和RS485通信模块， 所述电路板固定在所述壳体上，在所述壳体外设有拉力线张紧机构，由安装在壳体上的固定 架及其上的张紧轮和张紧弹簧构成，所述张紧轮套在固定在所述固定架上的轴上，所述张紧 弹簧一端连接所述张紧轮， 一端连接所述支承台的轴，所述拉力线从所述张紧轮引出，穿过 壳体的一侧壁，在所述位移轮上绕至少一圈后从壳体另一侧穿出。本技术岩层位移监测仪，所述转轴贯穿所述支承台，在所述支承台的另一侧装有同 样的另一套所述的位移传感单元，对应的在所述固定架的另一侧安装另一套所述张紧机构， 所述另一套张紧机构的拉力线在所述另一套位移传感器的位移轮上绕至少一圈后引出。本技术岩层位移监测仪，所述位移转换机构中，所述位移轮通过所述转轴连接处于 所述支承台另一侧的驱动轮，在所述驱动轮外侧的所述转轴上，套有从动轮及固定在所述从 动轮上的所述透明圆筒，在所述驱动轮的二等分圆周处设向心细缝， 一联动片一端紧贴在圆 周上，另一端在对应细缝处折成弯片，并使弯片可在所述细缝中压入或弹出，在所述从动轮 上固定一驱动拨杆，其另一端处于所述驱动轮的外沿，在所述支承电路板上固定一回位压杆， 其另一端紧压在所述驱动轮的外沿上，所述从动轮上安装回位钮簧，其另一端连接所述转轴， 所述光栅环为半环，贴装在所述从动轮上的所述驱动拨杆为起点对应的所述透明圆筒的半周 上。'本技术岩层位移监测仪，在所述支撑电路板上设置若干个支承台，安装若干个由所 述位移转换传感单元，对应的在所述壳体外设置若干个所述张紧机构，若干条拉力线从各自 的张紧轮引出，在对应的位移轮上至少绕一圈后从壳体上合适的位置穿出。使用上述岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其特征在于，系统中设置有若干个所述 岩层位移监测仪、 一台主机和数个遥控器，所述主机包括和485通信模块连接的单片机控制 模块以及与所述单片机控制模块连接的压频转换模块、显示模块、声光报警模块和键盘，所 述显示模块连接显示器，所述声光报警模块连接声光报警器，所述遥控器包括遥控单片机和 与之相连的无线通信模块、显示器、键盘，所述主机通过485总线和所述岩层位移监测仪连 接，所述遥控器和所述岩层位移监测仪通过无线连接。本技术岩层位移监测仪，壳体固定在外表岩层上，拉力线固定在内部的一个岩层或两个上，岩层间发生位移时，拉力线相对壳体的直线位移通过位移转换轮变成光栅的旋转， 进而通过两光栅之间的相对移动产生的干涉条纹的计量，可以精确的实时测量岩层之间的位 移量，计算位移变化速率，既可以在现场用无线遥控器读取数据，也可以远距离传送数据。 本技术岩层位移监测仪既可单独使用，亦可组成监测系统对岩体工程进行整体的现场和 远距离实时自动监测。本技术岩层位移监测仪结构简单、实用方便、检测精度高，抗干 扰能力强，可用于煤矿、其它矿井、地下工程中对岩体、巷道顶板、支撑柱体等，目甜，已 用于煤矿巷道顶板及煤岩层的井下和地面远距离实时自动监测。附图说明图1是本技术岩层位移监测仪第一种方案示意图；图2是本技术岩层位移监测仪第一方案位移传感器正视图；图3是本技术岩层位移监测仪第一方案位移传感器侧视图；图4是本技术岩层位移监测仪第二种方案示意图；图5是本技术岩层位移监测仪第二种方案位移传感器示意图；图6是本技术岩层位移监测仪光栅片结构示意图；图7是本技术岩层位移监测仪的通信主机结构示意图；图8是本技术岩层位移监测仪的通信主机外观示意图；图9是本技术岩层位移监测仪系统的电路方框图。具体实施方式为进一步阐述本技术，下面结合实施例作更详尽的说明。本技术岩层位移监测仪的第一种方案见图1，包括壳体2、岩层位移传感器单元、信 息采集处理单元，壳体2由金属或具有一定强度的非金属材料制成的方盒，壳体2的尺寸为 180X110X80 ran，壁厚为3 5mm。壳体2侧面安装有RS485接口 13，壳体2的底面里安装 位移传感器单元和信息采集处理单元。位移传感器单元详见图2、图3，是在支承电路板3上竖直安装一个由硬塑料制成的、尺 寸为24X24X5 mm的支承台12，其上安装一金属材料制成的转轴8，转轴8的一侧安装由 硬塑料制成的位移轮9，另一侧依次安装由硬塑料制成的驱动轮22、从动轮23和有机玻璃制 作的透明圆筒4。位移轮9和驱动轮22固定在转轴8上，从动轮23套在转轴8上，透明圆 筒4固定在从动轮23上，从动轮23上安装回位钮簧27，其另一端连接在转轴8上。在驱动 轮22上设有联动片26，具体方法是将驱动轮22的圆周分二等分，在圆周等分处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩层位移监测仪，包括壳体（２）、拉力线（１）、位移轮（９）、光栅环（７）、由光栅片（２１）及光电耦合器（６）构成的干涉条纹检测机构，其特征在于：所述的壳体（２）内设有位移传感单元和信息采集处理单元，所述位移传感器单元包含位移转换机构和干涉条纹检测机构，所述位移转换机构是在固定在壳体（２）上的支撑电路板（３）上竖直安装支承台（１２），在所述支承台（１２）上安装一转轴（８），所述转轴（８）上安装由依次连接的所述位移轮（９）、透明圆筒（４）、套在所述透明圆筒（４）上的光栅环（７）、绕在所述光栅环（７）上的光栅片（２１），所述光栅片（２１）通过立柱（２９）固定在所述支撑电路板（３）上，所述干涉条纹检测机构是在所述支撑电路板（３）上对应于所述光栅环（７）位置设有小电路板（５），所述小电路板（５）上安装一光电耦合器（６），所述光栅环（７）和光栅片（２１）插在所述光电耦合器（６）凹槽里面，所述信息采集处理单元由安装在电路板（１８）上的单片机控制模块（１６）、声光警报模块（１５）、无线通信模块（２０）、ＲＳ４８５通信模块（１４）和电源转换模块（１７）构成，所述光电耦合器（６）的输出连接所述单片机控制模块（１６）的输入端，所述单片机控制模块的输出端分别连接所述声光警报模块（１５）、无线通信模块（２０）和ＲＳ４８５通信模块（１４），所述电路板（１８）固定在所述壳体（２）上，在所述壳体（２）外设有拉力线张紧机构，由安装在壳体（２）上的固定架（２８）及其上的张紧轮（１１）和张紧弹簧（１０）构成，所述张紧轮（１１）套在固定在所述固定架（２８）上的轴上，所述张紧弹簧（１０）一端连接张紧轮（１１），一端连接支承台（２８）的轴，拉力线（１）从所述张紧轮（１１）引出，穿过壳体（２）的一侧壁，在所述位移轮（９）上绕至少一圈后从壳体（２）另一侧穿出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安里千，
申请(专利权)人：安里千，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]