專利名稱：具有記錄、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀的制作方法
技術(shù)領域：
具有記錄、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀技術(shù)領域本申請涉及礦山頂板檢測儀器。
技術(shù)背景目前在礦山采掘工作面頂板檢測中普遍采用機械式頂板動態(tài)儀監(jiān)測頂板動 態(tài)位移量。通過對某一時間段的頂板位移變化預測頂板的來壓規(guī)律，以便在冒 頂、來壓事故發(fā)生前作出及時的預報，采取相應安全措施保證礦山安全生產(chǎn)。 機械式頂板動態(tài)儀的構(gòu)造是，包括殼體、上支桿、下支桿和機械指針表。上、 下支桿在頂?shù)装逯g相對移動時，帶動指針表轉(zhuǎn)動，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觀測，手抄表記錄，工作量大，很容易造成關 鍵數(shù)據(jù)丟失、誤報，且讀數(shù)精度低，預測來壓不準，屬于原始的檢測儀器。 發(fā)明內(nèi)容本申請的目的是針對機械式頂板動態(tài)儀的使用缺陷，提出一種具有數(shù)顯、 上下限報警、存儲、紅外通訊、計算機聯(lián)網(wǎng)功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀。 本申請的技術(shù)方案是頂板位移數(shù)顯檢測儀，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，容柵傳感器的動尺穿過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，容柵傳感器動尺在定 尺內(nèi)相對移動，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號，按固定頻率傳送給微處理器系統(tǒng)進行處理。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 柵傳感器信號處理電路、LED顯示器/報警器、EEPROM存儲器、外部定時器、 外部看門狗電路、光敏傳感器和輸入/輸出接口。位移數(shù)字信號處理過程是容柵傳感器發(fā)出的位移值數(shù)字信號通過容柵傳 感器信號處理電路放大后進入CPU。 CPU運算處理后得到位移值，并判斷該位 移值是否超越檢測儀量程和上、下限報警值。若超越量程時通過LED閃爍錯誤 信號；若不超量程時根據(jù)判斷進入報警狀態(tài)和非報警狀態(tài)兩種子過程。報警狀 態(tài)下CPU全速運行，采集即時位移值送LED顯示并間隔閃爍警示信號。非報警 狀態(tài)下CPU處于休眠狀態(tài)，在外部定時器定時信號下或在外部看門狗電路動作、 光敏傳感器信號和紅外控制信號任一喚醒條件下CPU進入運行狀態(tài)。另外，外 部定時器在量程內(nèi)任何狀態(tài)下定時強制LED顯示數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)存儲到存儲器。 在微處理器系統(tǒng)無反應時由外部看門狗電路將其復位，保證正常運行，提高長 時間工作的可靠性。輸入/輸出接口是檢測儀微處理器系統(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。上位機系統(tǒng)可通過輸入/輸出接口控制微處 理器系統(tǒng)并進行數(shù)據(jù)通訊。CPU檢測到電池欠壓信號后，通過LED顯示欠壓報 警信號。本申請的積極效果是l.檢測儀微處理器系統(tǒng)以單片微處理器為核心，功耗 低，可用普通干電池供電，長時間工作?？刹捎枚喾N軟、硬件措施提高抗干擾 能力。2.采用容珊傳感器檢測位移，檢測精度高，并實現(xiàn)數(shù)字量正、負采集。3. 采用LED高亮度顯示器，在無光源的條件下具有極好的數(shù)據(jù)顯示效果。4.采用 EEPROM存儲器自動定時保存數(shù)據(jù)，存儲量大，數(shù)據(jù)保存時間長。5.采用紅外通訊接口或RS485接口，可與上位機進行通訊，以便由上位機對數(shù)據(jù)進行處理 和分析。6.可做為獨立儀器單獨監(jiān)測、報警使用，也可結(jié)合PC機系統(tǒng)進行多點 聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、報警?？傊?，本申請的檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、檢測數(shù)據(jù)準確、自動化程度高、使用方 便、應用范圍廣。

圖1是本申請的機械結(jié)構(gòu)主視圖；圖2是本申請微處理器系統(tǒng)模塊原理框圖。圖例說明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，9一容柵傳感器動尺， IO—殼體，ll一LED顯示窗，12—套管。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖進一步說明本申請的工作原理和結(jié)構(gòu)。 如圖l、圖2所示，本申請的頂板位移數(shù)顯檢測儀(以下稱檢測儀)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尺9與容柵傳感器 定尺8相對位移的通道。在確定起始位置執(zhí)行清零操作后，檢測儀上支桿1和下支桿2，在外力作用 下發(fā)生相互位移時，容柵傳感器得到相對位移量值的數(shù)字信號，容柵傳感器不間斷的按固定頻率將即時數(shù)據(jù)傳送給微處理器系統(tǒng)進行處理。容柵傳感器的工作原理是容柵傳感器定尺8和動尺9兩者相對的面上分 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， 形成一對對電容，這些電容并聯(lián)聯(lián)接。最小電容量理論上為零，實際上為容柵 固有電容值。當動尺和定尺相對移動時，每對電容的相對遮蓋長度將由大到小 或由小到大地周期性變化，電容量值也隨之相應周期變化，經(jīng)電路處理后，測得線位移量值，再通過容柵傳感器信號處理電路與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處理電路、外部定時器、LED顯示器/報警器、光 敏傳感器存儲器、外部看門狗電路、存儲器和輸入/輸出接口。微處理器系統(tǒng)的信號傳輸與處理過程是CPU采集到位移量信號并運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、下限報警值，若不超越量程和上、下限報警量則休眠；若超越量程和上、下限報警值，則停止休眠， 進入錯誤或報警狀態(tài)，通過LED閃爍錯誤信號或警示信號。CPU休眠狀態(tài)下需 外部定時器信號、外部看門狗電路信號、光敏傳感器信號和紅外控制信號喚醒 運行。外部定時器為定時時間可調(diào)的定時器，設計成秒級定時器和分級定時器。 為使系統(tǒng)反應靈敏，秒級定時器輸出周期為0.8秒。CPU在秒級定時器輸出周 期內(nèi)被喚醒，采集容珊傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。分級定時器輸出周期為6分鐘， 喚醒CPU采集并保存位移數(shù)據(jù)進入EEPROM存儲器一次，同時LED顯示數(shù)據(jù) 2秒鐘。LED顯示器用于本地數(shù)據(jù)顯示和報警，采用動態(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)被軟件關閉。非報警狀態(tài)下僅定時顯示數(shù)據(jù)；當報警狀態(tài)時則閃爍顯示數(shù)據(jù)和警示信號。光敏傳感器感受光照度，在人工觀測時給予有光情況下喚醒系統(tǒng)強制LED 顯示當前數(shù)據(jù)。外部看門狗電路在微處理器系統(tǒng)無反應時將系統(tǒng)復位，保證其正常運行， 提高長時間工作的可靠性。微處理器系統(tǒng)采用IIC總線的大容量EEPROM存儲器，可記錄間隔離散的 動態(tài)數(shù)據(jù)，通過PC機可還原7天以上的位移歷史狀態(tài)，從而預測頂板的變化規(guī) 律。CPU與EEPROM存儲器的通訊為雙向的。輸入、輸出接口是檢測儀微處理器系統(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。上位機系統(tǒng)可通過輸入/輸出接 口控制檢測儀微處理器系統(tǒng)并進行數(shù)據(jù)通訊。在紅外通訊方式下若接收紅外控 制器發(fā)送過來的數(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存儲器中所保存的數(shù) 據(jù)。在RS485有線通訊方式下則通過上位機實現(xiàn)以上操作。電池欠壓報警功能是當電池電壓低于設定最低值時，CPU通過LED顯示欠 壓報警信號。
權(quán)利要求1、一種具有記錄、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀，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，容柵傳感器動尺穿過容柵傳感器定尺和壓縮彈簧后與下支桿固定在一體，容柵傳感器動尺在定尺內(nèi)相對移動，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號，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處理電路、LED顯示器/報警器、EEPROM存儲器、外部定時器、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、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀，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、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀，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。
專利摘要本申請公開了一種具有記錄、報警功能的頂板位移數(shù)顯檢測儀，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，容柵傳感器動尺穿過容柵傳感器定尺和壓縮彈簧后與下支桿固定在一體，容柵傳感器動尺在定尺內(nèi)相對移動，產(chǎn)生位移量值的數(shù)字信號，按固定頻率傳送給微處理器系統(tǒng)進行處理。本申請主要用于礦山頂板動態(tài)位移量的監(jiān)測。
文檔編號G01D5/241GK201138210SQ20082002209
公開日2008年10月22日 申請日期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 申請人:孫偉方;亓 濤