一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统，涉及煤矿巷道应力监测技术领域，本发明专利技术包括应力监测系统包括传感器节点模块、通信主站和上位机，传感器节点模块通过设置多个测力锚杆传感器负责采集锚杆数据并上传数据，通信主站作为数据通信主站负责管理各传感器节点模块，接收锚杆数据、存储锚杆数据以及上传数据，上位机通过通信主站负责汇总各传感器数据并对其进行分析处理，若锚杆应力超出锚杆承受力，可能出现巷道坍塌的事故。本发明专利技术为自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统，实现煤矿矿井巷道全方位在线实时监测。监测。监测。

【技术实现步骤摘要】
一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤矿巷道应力监测
，特别涉及一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统。

技术介绍

[0002]锚固技术是将一种受拉杆件的一端同定在边坡或地基的岩层或土层中，这种受拉杆件的固定端称为锚固端（或锚固段）；另一端与工程建筑物连结，可以承受由于土压力、水压力或内力所施加于建筑物的推力，利用地层的锚固力以维持建筑物的稳定，固技术是地下工程中的一项非常重要的技术，核心是用锚杆对周围岩层或土体进行支护，从而维持地下结构稳定，防止坍塌、滑移等灾害的出现。
[0003]锚杆支护属于隐蔽性工程，支护效果不好就可能导致顶板垮落、两帮片落、工作面切眼等巷道围岩灾害的发生。因此，在锚杆支护施工以后，必须对锚杆受力分布和大小进行全面、系统的监测，判断巷道围岩的稳定程度和安全性。目前，对锚杆受力监测均是对单根锚杆进行的，监测手段多为电阻应变片式测力锚杆、液压式锚杆测力计，虽然能够测量出锚杆受力的大小与分布，但是不能反映相邻锚杆群及围岩之间的耦合关系，况且采用人工间断观测和采集，监测结果滞后且获得的数据误差较大，测站断点式分布，不连续，易受电磁干扰；并且，现在煤矿巷道长度较长，对单根锚杆进行受力监测，工作量较大，操作不方便，既费工时，又不经济，对实现煤矿矿井巷道全方位在线实时监测相当困难。
[0004]且目前的巷道在监测方面，主要有顶板离层监测、表面应力监测、表面收敛监测等手段，但这些监测手段主要监测的都是巷道表面的数据，一旦这些参数有变化时，可能巷道顶板已经处于危险状态，使得监测系统运行速率慢，鉴于这种现状，本文提出了一种新的矿用应力监测手段，为此，我们提出一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法及系统，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，包括以下步骤：S1：在矿洞巷道锚杆上设立测力锚杆传感器，所述测力锚杆传感器的受力信号由微处理器进行处理，微处理器处理过程具体如下，微处理器对测力锚杆传感器的受力信号首先进行模数转换，然后传输至主控芯片中，所述主控芯片内设有模拟前端，所述模拟前端采用具有放大功能的集成芯片，所述主控芯片通过SPI总线来控制模拟前端各通道模拟量的选取和采集，所述主控芯片最后使用第一无线通信发送单元将微处理器处理后的锚杆传感器测量数据发送到通信主站；S2：所述通信主站对所述第一无线通信发送单元发送的数据进行时钟校准，然后使用第二无线通信发送单元发送至上位机，实现与上位机通信连接，且进行数据传输，使工
作人员实时查看并管理历史数据，所述通信主站接收并处理数据的具体过程如下；S201：所述通信主站内部设有第一无线通信接收单元，所述第一无线通信接收单元用于接收若干所述第一无线通信发送单元发送的对应所述测力锚杆传感器的数据，然后通过SPI总线发送至主控制器，再由液晶显示屏将数据显示出来，并对数据进行存储，液晶显示屏为人机交互界面，通过按节点、按时间查询各传感器数据，并对数据进行分析处理，以曲线形式显示出来，再通过触摸屏对各传感器的采集间隔、传输间隔、网络ID和时间校准进行设置，最后使用以太网转光纤模块将所述通信主站的全部数据发送给地面的上位机；S3：所述上位机主要用于汇总每个所述测力锚杆传感器数据并对其进行分析处理，减少对煤矿巷道安全监测工作量，操作步骤方便，节省人力资源，减少经济支出，实现煤矿矿井巷道全方位在线实时快速高效的监测。
[0007]优选地，步骤S1中所述模拟前端为高度集成、多通道、低功耗24位放大的集成芯片，所述模拟前端提供了七个单端输入或四个差分输入，进而允许连接更多所述测力锚杆传感器，而测力锚杆上是6路差分信号，所以采用了2片LMP90100芯片来作为测力锚杆采集信号的电路。
[0008]优选地，所述主控芯片将所述测力锚杆传感器采集的电压信号通过事先标定好的轴向力与电压的对应关系，得出相应的轴向力，若得到的数据超过报警值，则在数码管上进行显示，提醒工作人员进行查看，所述主控芯片内部设有轴向力与电压对应关系表，每一个电压数值对应一个轴向力大小，控制芯片的报警值为人工提前设定的报警阈值，当大于报警阈值，则锚杆应力超出锚杆承受力，可能出现巷道坍塌的事故。
[0009]优选地，所述第一无线通信发送单元由所述主控芯片和所述集成芯片配合使用，增加无线通信模块发射功率，使得相邻的两个所述第一无线通信发送单元能互相无差错的通信，同时其中一个第一无线通信发送单元发生故障后，信号通过跳跃的方式传到下一个节点，以提高系统的可靠性，此模块的电源通过一个PMOS管开关进行控制，保证系统在不工作时断电，同时通信分站长时间不工作时会进入休眠模式，以此最大限度降低系统的功耗，使得该应力监测系统耗能小。
[0010]优选地，每个所述第一无线通信发送单元作为一个通信分站，若干所述通信分站与所述通信主站通信连接，其中的通信连接不仅包括以太网光纤通信连接，还同时使用电磁脉冲矢量信号进行无线传输，保证光纤线路损坏无法实现各个通信分站与通信主站之间的通信连接，以及应力监测和巷道坍塌预警。
[0011]一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测系统，所述应力监测系统包括传感器节点模块、通信主站和上位机，所述传感器节点模块通过设置多个测力锚杆传感器负责采集锚杆数据并上传数据，所述通信主站作为数据通信主站负责管理各传感器节点模块，并接收锚杆数据、存储锚杆数据以及上传数据，所述上位机通过所述通信主站负责汇总各传感器数据并对其进行分析处理；所述通信主站包括主处理器单元、第一无线通信接收单元、电源保护单元、存储单元、液晶屏显示单元及以太网转光纤单元组成，所述第一无线通信接收单元负责接收所述第一无线通信发送单元发送的若干所述测力锚杆传感器传来的数据，然后通过SPI总线发送至所述主处理器单元，所述主处理器单元采用主控制器，所述液晶屏显示单元采用液晶显示屏主要用于数据显示出来，所述存储模块对数据进行存储，所述以太网转光纤单元的
作用是将所述通信主站的数据发送给地面的上位机，且所述通信主站内部设有通信协议，通过特定通信协议实现多所述通信主站之间的数据接收以及数据传输，使用特定的通信协议保证了各个信号之间的信息传输，且保证了信息传输之间的安全性稳定性以及高效性，减少通信数据传输延时，保证巷道及时预警，减少安全隐患以及人员伤害，提高系统使用的安全性。
[0012]优选地，所述液晶屏显示单元为人机交互界面，通过按节点、按时间查询各传感器数据，并对数据进行分析处理，以曲线形式直观地显示出来，并通过触摸屏对各传感器的采集间隔、传输间隔、网络ID和时间校准进行设置。
[0013]优选地，每个第一无线通信发送单元作为一个单独的通信分站，所述通信主站内的通信协议为每个所述通信分站都设有一个唯一的网络ID，若有六个通信分站，分别为第一通信分站、第二通信分站、第三通信分站、第四通信分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：在矿洞巷道锚杆上设立测力锚杆传感器，所述测力锚杆传感器的受力信号由微处理器进行处理，微处理器处理过程具体如下，微处理器对测力锚杆传感器的受力信号首先进行模数转换，然后传输至主控芯片中，所述主控芯片内设有模拟前端，所述模拟前端采用具有放大功能的集成芯片，所述主控芯片通过SPI总线来控制模拟前端各通道模拟量的选取和采集，所述主控芯片最后使用第一无线通信发送单元将微处理器处理后的锚杆传感器测量数据发送到通信主站；S2：所述通信主站对所述第一无线通信发送单元发送的数据进行时钟校准，然后使用第二无线通信发送单元发送至上位机，实现与上位机通信连接，且进行数据传输，使工作人员实时查看并管理历史数据，所述通信主站接收并处理数据的具体过程如下；S201：所述通信主站内部设有第一无线通信接收单元，所述第一无线通信接收单元用于接收若干所述第一无线通信发送单元发送的对应所述测力锚杆传感器的数据，然后通过SPI总线发送至主控制器，再由液晶显示屏将数据显示出来，并对数据进行存储，液晶显示屏为人机交互界面，通过按节点、按时间查询各传感器数据，并对数据进行分析处理，以曲线形式显示出来，再通过触摸屏对各传感器的采集间隔、传输间隔、网络ID和时间校准进行设置，最后使用以太网转光纤模块将所述通信主站的全部数据发送给地面的上位机；S3：所述上位机主要用于汇总每个所述测力锚杆传感器数据并对其进行分析处理。2.根据权利要求1所述的一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，其特征在于：步骤S1中所述模拟前端为高度集成、多通道、低功耗24位放大的集成芯片，所述模拟前端提供了七个单端输入或四个差分输入，进而允许连接若干所述测力锚杆传感器。3.根据权利要求2所述的一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，其特征在于：所述主控芯片将所述测力锚杆传感器采集的电压信号通过事先标定好的轴向力与电压的对应关系，得出相应的轴向力，若得到的数据超过报警值，则在数码管上进行显示，提醒工作人员进行查看。4.根据权利要求3所述的一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，其特征在于：所述第一无线通信发送单元由所述主控芯片和所述集成芯片配合使用，增加无线通信模块发射功率，使得相邻的两个所述第一无线通信发送单元能互相无差错的通信，同时其中一个第一无线通信发送单元发生故障后，信号通过跳跃的方式传到下一个节点。5.根据权利要求4所述的一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法，其特征在于：每个所述第一无线通信发送单元作为一个通信分站，若干所述通信分站与所述通信主站通信连接。6.一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测系统，其特征在于：所述一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测系统为权利要求1
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5中任意一项所述的一种自然电磁脉冲矢量信号的应力监测方法的应力监测系统，所述应力监测系统包括传感器节点模块、通信主站...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊杰，李明，赵炳坤，兰涛，兰鹏飞，韩冬浩，
申请(专利权)人：陕西浩兴坤达新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：