專利名稱：礦井涌水量遙測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種遙測礦井涌水量的電子儀器，適用于礦井監(jiān)測，特別適用于煤礦安全的監(jiān)測。
目前，礦井井下涌水量的測量儀器大都采用攜帶式依靠人工下井實(shí)地進(jìn)行測量，國內(nèi)曾有一種礦井水遙測儀，它由井上設(shè)置的一臺(tái)主機(jī)通過安裝在井下分機(jī)的傳感器對涌水點(diǎn)進(jìn)行遙測，該遙測儀由選點(diǎn)控制線路，莫爾斯譯碼電路及LED數(shù)字管顯示器組成的主機(jī)系統(tǒng)和經(jīng)雙傳輸線路與其相連接的分機(jī)構(gòu)成，分機(jī)主要由機(jī)械式壓力模合傳感器、劃針及莫爾斯電碼筒組成，當(dāng)壓力膜合傳感器受井下水位壓力的作用產(chǎn)生位移時(shí)，引起與膜合連接的劃針也產(chǎn)生位移并劃觸作圓周運(yùn)動(dòng)的電碼筒，此時(shí)劃針輸出代表水位值的一組莫爾斯編碼脈沖電信號，由顯示管顯示，由于僅能顯示莫爾斯電碼值，所以其水位及水量的計(jì)算均由人工再次計(jì)算才能獲得，同時(shí)，由于采用機(jī)械式傳感器不但工藝要求高，調(diào)整復(fù)雜，而且由于膜合不能完全封閉在殼體中必須與大氣相連，所以在潮濕的條件下，僅能工作3-7天，其使用壽命較短。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種主機(jī)智能化，能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行測算，處理及顯示，并且使用壽命長，測量精度較高，不但能對井下涌水點(diǎn)進(jìn)行單測還可遠(yuǎn)距離巡測的礦井涌水量遙測儀。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，由井上主機(jī)及井下傳感兩部分構(gòu)成，井下傳感部分中可設(shè)置多臺(tái)傳感器傳感器，采用磁電式結(jié)構(gòu)，以干簧管作水位傳感元件，其干簧管相互平行設(shè)置，每1至9根為一組至少設(shè)置10組，傳感器中導(dǎo)桿底部連接有一浮子，另一端連接一磁鋼，導(dǎo)桿和磁鋼均設(shè)置在導(dǎo)磁管內(nèi)，干簧管組位于導(dǎo)磁管壁一側(cè)，當(dāng)浮子隨著水的波動(dòng)而上、下浮動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)磁鋼動(dòng)作，使所相對應(yīng)的干簧管觸點(diǎn)閉合。為保證遠(yuǎn)距離傳送信號的精度，本遙測儀采用電流環(huán)進(jìn)行數(shù)字采集，用電流的通斷構(gòu)成脈沖序列。主機(jī)向傳感器通訊其編碼采用一個(gè)寬脈沖為起始位，接著是1-99個(gè)數(shù)據(jù)位作為選點(diǎn)脈沖。最后采用一個(gè)寬脈沖作停止位。傳感器向主機(jī)通訊發(fā)出的水位信號則采用一大于2秒寬脈沖作起始位作為響應(yīng)信號，然后停止1.5-2秒，作為第1間隔信號，接著產(chǎn)生第1脈沖序列<即組脈沖>指出閉合干簧管所在的組，然后再停止1.5-2秒作為第2間隔信號，最后產(chǎn)生第2脈沖序列信號<即字脈沖>指出該管的位置，組脈沖和字脈沖這兩種信號代表了水位的數(shù)據(jù)，并與響應(yīng)信號及間隔信號一起構(gòu)成了一完整的測量采集信號。并且整個(gè)遙測均由一單片計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。其電路為每組干簧管均與譯碼輸出控制器連接，該譯碼輸出控制器分別經(jīng)組查詢電路及優(yōu)先編碼器與水位信號脈沖發(fā)生電路連接，水位信號脈沖發(fā)生電路經(jīng)傳送線與井上主機(jī)接口相連接，井上主機(jī)中單片機(jī)的8位并行端口P1作為控制口，其中端口P1.0與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路連接；端口P1.1與發(fā)送數(shù)據(jù)通道連接，用來發(fā)送由端口P1.1口產(chǎn)生的選點(diǎn)脈沖方波，并由單片機(jī)的8位并行端口P2中的P2.6和讀選通輸出線RD控制采集數(shù)據(jù)的讀入，接收數(shù)據(jù)通道及發(fā)送數(shù)據(jù)通道均通過收發(fā)轉(zhuǎn)換電路中繼電器控制觸點(diǎn)與井下傳感傳送線連接，并且接收數(shù)據(jù)通道可經(jīng)光電隔離電路分別與間隔信號識別器及響應(yīng)信號識別器通過控制器與單片機(jī)外部中斷INTO口連接。
本實(shí)用新型采用單片機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了水位的自動(dòng)測算，處理及顯示，并且可以利用單片機(jī)的通訊接口與各高檔微機(jī)串行通信，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，該遙測儀在10公里內(nèi)的遠(yuǎn)距離測量范圍內(nèi)均可保證精度，由于采用干簧管作傳感器器件，使傳感器在井下工作時(shí)間可達(dá)2年以上不需維修，其使用壽命較長。
下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述


圖1為本實(shí)用新型井下傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1電原理圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2電原理圖。
實(shí)施例1
圖1中，傳感器外殼(3)選用耐腐蝕材料其結(jié)構(gòu)分為上、下兩倉，上倉為儀器倉，下倉為進(jìn)水倉，兩倉之間法蘭連接，并相互密封，儀器倉內(nèi)干簧管GH相互平行設(shè)置在支撐板(7)上，每9根為一組，共設(shè)置10組排列成一定高度，每根管子都有自己的編碼，確定了代表的水位高度，并且位于導(dǎo)磁塑料管(5)管壁一側(cè)，導(dǎo)磁塑料管(5)設(shè)置在上、下倉之間，其內(nèi)設(shè)置有一端連接有條形磁鋼(6)，另一端連接有浮球(1)的導(dǎo)桿(2)，元件板(4)也設(shè)置在儀器倉內(nèi)。
圖2中井下傳感部分每根干簧管的一端均連接在零伏公共點(diǎn)上，另一端依次連接能對干簧管閉合檢測的譯碼及輸出控制器的輸入端，譯碼及輸出控制器由每組的優(yōu)先編碼器IC18-IC27和CMOS門電路系列四2輸入端或非門IC8-IC17構(gòu)成。組查詢電路由IC5、IC6等組成了對“組脈沖”串行計(jì)數(shù)/并行控制分配器能控制大于10組的脈沖譯碼輸出。它的輸入連接“組脈沖發(fā)生器”中M11的輸出，它的輸出經(jīng)反相器依次連接10個(gè)四2輸入或非門IC8-IC17的控制端。10組的四2輸入或非門每組為4根輸出線，10組分別按A、B、C、D依次并聯(lián)作為數(shù)據(jù)線，在這條數(shù)據(jù)線上連接有判斷器M22和減法計(jì)數(shù)器IC7的輸入端。與非門M9非門M10-M12構(gòu)成可控制“組脈沖發(fā)生器”，其輸入與RS觸發(fā)器RS-1輸出連接，RS觸發(fā)器RS-1的S端連接第一間隔產(chǎn)生器IC4-2的輸出。第二間隔產(chǎn)生器由非門M17、M18電容C13電阻R28構(gòu)成，其輸入端經(jīng)反相器M21，判斷器M22的輸出連接，其輸出端經(jīng)電容C14隔離后與減法計(jì)數(shù)器IC7的數(shù)據(jù)寫入PE端和RS觸發(fā)器M7、M8的S端連接，第二間隔的脈沖寬度為1.5秒。與非門M13非門M14-M16構(gòu)成可控制的“字脈沖發(fā)生器”，其輸入端與RS觸發(fā)器RS-2輸出連接，非門M15的輸出與減法計(jì)數(shù)器IC7的CP端連接，非門M16的輸出連結(jié)二極管D13的正極。二極管D13、D14、D15的負(fù)極相并聯(lián)，與電子開關(guān)V2的輸入連接，電子開關(guān)的輸出經(jīng)二極管D16與傳輸線的A端連接，將數(shù)據(jù)信號發(fā)送井上。傳輸線由兩根導(dǎo)線，分稱為A端和B端，井上主機(jī)傳送的選點(diǎn)訊號和傳感器送回井上的數(shù)據(jù)訊號構(gòu)成電流回路。選點(diǎn)訊號經(jīng)傳輸線的A端經(jīng)二極管D2與伺候電源V1的輸入端連接，伺候電源V1的輸出與繼電器J3連接，由繼電器J3常開觸點(diǎn)控制傳感器的電池D、C的負(fù)極。傳輸線A經(jīng)二板管D1與施密特整形器M1和M2輸入端連接，施密特整形器的輸出連接計(jì)數(shù)器IC1、IC2和脈沖寬度鑒別器IC3的輸入端，二極管D6、D7組成對計(jì)數(shù)器IC1、IC2的譯碼，脈沖寬度鑒別器IC3可對選點(diǎn)的未脈沖譯碼，其輸出與非門M3的一輸入相連接，與非門M3的另一輸入與二極管D6、D7的正極連接，與非門M3起到了符合判斷的作用，它的輸出表示本傳感器被選中，與非門M3經(jīng)非門M4反相與延遲觸發(fā)器IC4-1的CP端連接延遲觸發(fā)器IC4-1的Q端與延遲觸器IC4-2的CP端連接，延遲觸發(fā)器IC4-2和電容C9，電阻R17組成第一間隔信號產(chǎn)生器(間隔時(shí)間為1.5S)其輸出與RS觸發(fā)器M5、M6的S端連接。
井上主機(jī)部分的核心采用8031單片計(jì)算機(jī)，其P1口為控制口，用P1.0控制收/發(fā)通道的轉(zhuǎn)換，P1.1產(chǎn)生選點(diǎn)脈沖方波，P1.2產(chǎn)生水位報(bào)警信號，另外，采集的數(shù)據(jù)讀入控制由RD和P2.6控制。單片機(jī)IC35與外圍電路的連接為P1.0與光電管GD1連接，光電管GD1經(jīng)反相器與三極管BG10的基極輸入端連接，集電極連接繼電器J2，同時(shí)連接BG11的基極，BG11的集電極連接繼電器J1，由軟件對P1.0置1開發(fā)送通道，繼電器J2閉合，對P1.0置0開接收通道，繼電器J1閉合；由軟件產(chǎn)生的選點(diǎn)方波從P1.1輸，P1.1與光電管GD2連接，GD2經(jīng)反相器與三極管BG12的基極連接，其集電極與BG13的基極連接，三極管BG13的集電極與繼電器J2的常開觸點(diǎn)連接，當(dāng)它閉合時(shí)，選點(diǎn)方波由此送往傳輸線路的A端與傳感器中的二極管D1、D2連接。傳輸線路A端同時(shí)并聯(lián)有J1的接點(diǎn)，當(dāng)它閉合時(shí)三極管BG14的基極與傳感器中的二極管D16連接，三極管BG14的集電極與BG15的基極連接，數(shù)據(jù)從三極管BG15的集電極輸出，經(jīng)光電管GD3隔離將數(shù)據(jù)傳送到識別器。數(shù)據(jù)識別器由硬件電路構(gòu)成，其中IC30-2用來識別響應(yīng)信號，IC30-1用來識別間隔信號，光電管GD3輸出端連接IC30-2的輸入，三極管BG17的集電極輸出響應(yīng)信號，作為清零脈沖，連接IC31、IC32的清零R端，光電管GD3的輸出通過-反相器與IC30-1的輸入連接，三極管BG19的集電極輸出間隔信號，作為控制脈沖，連接IC31的CP端。IC32用來對“組”、“字”進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換和記存，IC31的Y1端連接IC32的IEN，控制第1個(gè)計(jì)數(shù)器，IC31的Y2端連接IC32的2EN，控制第2個(gè)計(jì)數(shù)器，IC32的輸出1Q-2Q連接鎖存器IC33的輸入D0-D7、IC33的輸出Q0-Q7直接掛接單片機(jī)的P0口。IC31的Y3端輸出結(jié)束信號，Y3連接單穩(wěn)態(tài)電路IC34的輸入，IC34的輸出產(chǎn)生中斷信號，與單片機(jī)的INTO以及鎖存器IC33的G端連接。
其工作過程為一、傳感器部分當(dāng)選點(diǎn)脈沖輸入傳感器，首先侍候電源開關(guān)自動(dòng)接通工作電源，初始化各部分，同時(shí)，受磁鋼作用而閉合的干簧管被該組的優(yōu)先編碼器譯碼輸出，并等待著查詢，計(jì)數(shù)器IC1、IC2和寬脈沖譯碼器IC3分別對選點(diǎn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼，以此判斷是否符合本傳感器的地址編碼，相符就由與非門M3輸出被選中信號，否則M3無輸出。當(dāng)M3輸出被選中信號后，首先延遲觸發(fā)器IC4-1，立即產(chǎn)生響應(yīng)脈沖經(jīng)二極管D15到驅(qū)動(dòng)器V2送到井上主機(jī)，然后，延遲觸發(fā)器IC4-2，電容C2和電阻R17延遲一段時(shí)間，(這段時(shí)間稱為第一間隔)，啟動(dòng)“組脈沖發(fā)生器”。組脈沖串行分作兩路一路經(jīng)二板管D14，驅(qū)動(dòng)器V2送到井上形成“組脈沖”，另一路經(jīng)IC5、IC6等組成的計(jì)數(shù)，譯碼控制器開始按組依次開通四2輸入或非門IC8-IC17進(jìn)行查詢。當(dāng)數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)數(shù)據(jù)即可認(rèn)為閉合的干簧管已被查詢到，這時(shí)判斷器M22立即輸出信號，控制組脈沖停止，把數(shù)據(jù)寫入可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器IC7中，被電阻R26，電容C13延時(shí)一段時(shí)間(這段時(shí)間稱作第二間隔)然后啟動(dòng)“字脈沖發(fā)生器”。字脈沖串行分作兩路，一路經(jīng)D13，V2送到井上形成“字脈沖”另一路送減法計(jì)數(shù)器作“減”法計(jì)數(shù)，減到零時(shí)，OC端輸出禁止信號，字脈沖停止發(fā)送。侍候開關(guān)延遲時(shí)間大于上述的工作過程時(shí)間，延遲時(shí)間到后將自動(dòng)關(guān)閉工作電源，于是一個(gè)采集周期結(jié)束。
二、主機(jī)部分接通電源后，由軟件初始化，運(yùn)行主程序，開始下邊工作1、選點(diǎn)脈沖的發(fā)送過程先由小鍵盤輸入被測傳感器的編號等，按下采集鍵，即自動(dòng)轉(zhuǎn)子程序，首先從單片機(jī)的P1.0輸出信號，控制J2接通，J1斷開，這時(shí)主機(jī)處在“發(fā)送”狀態(tài)，產(chǎn)生的選點(diǎn)脈沖從單片機(jī)8-31的P1.1輸出，經(jīng)電流驅(qū)動(dòng)器BG13、J2的接點(diǎn)由傳輸線送到井下各個(gè)傳感器。選點(diǎn)脈沖發(fā)送完畢，P1.0停止輸出信號，控制J2斷開，J1接通，這時(shí)主機(jī)處在“接收”狀態(tài)。
2、數(shù)據(jù)脈沖的接收過程從傳感器送來的數(shù)據(jù)脈沖進(jìn)入主機(jī)，經(jīng)J1的接點(diǎn)、整形器和光電隔離器GD3到識別器IC30，其中第一個(gè)響應(yīng)信號由IC30-2識別出來，被作為清零信號，從BG17輸出，對控制器IC31、串/并轉(zhuǎn)換器IC32初始化清零；IC30-1用來識別間隔信號，并輸出到控制器。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)間隔到來時(shí)，控制器的Y1打開第一個(gè)計(jì)數(shù)器，于是“組脈沖”串行進(jìn)入第一個(gè)計(jì)數(shù)器并輸出為并行寄存下來；當(dāng)?shù)诙€(gè)間隔到來時(shí)，控制器的Y2打開第二個(gè)計(jì)數(shù)器，于是“字脈沖”串行進(jìn)入第二個(gè)計(jì)數(shù)器并輸出為并行寄存下來；第三個(gè)間隔(即結(jié)束信號)到來時(shí)，控制器的Y3輸出脈沖，啟動(dòng)單穩(wěn)態(tài)IC34、引起單片機(jī)中斷和打開鎖存器IC33，使“組脈沖”、“字脈沖”出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上，調(diào)采集子程序、查表子程序和顯示子程序。最后，根據(jù)需要可以按下打印鍵調(diào)打印子程序打印輸出，或者按下通信鍵可將數(shù)據(jù)送PC計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理。
實(shí)施例2圖3中傳感部分由5臺(tái)傳感器a、b、c、d、e構(gòu)成，每臺(tái)傳感器可分別設(shè)置在各涌水點(diǎn)。其傳感器結(jié)構(gòu)與電路與實(shí)施例1中傳感器相同。主機(jī)電路也與實(shí)施例1主機(jī)電路相同。每臺(tái)傳感器的輸出/輸入端口A和B點(diǎn)均按并聯(lián)方式連接然后通過兩根傳輸線與井上主機(jī)的輸出/輸入端口A和B點(diǎn)連接，構(gòu)成遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)采集回路。
權(quán)利要求1.一種礦井涌水量遙測儀，由井上主機(jī)及由多臺(tái)傳感器構(gòu)成的井下傳感兩部分構(gòu)成，其特征在于傳感器采用磁電式結(jié)構(gòu)并以干簧管(GH)作水位傳感元件，傳感器中導(dǎo)桿(2)底部連接有一浮球(1)另一端連接一磁鋼(6)，導(dǎo)桿(2)和磁鋼(6)均設(shè)置在導(dǎo)磁管內(nèi)，干簧管組位于導(dǎo)磁管壁一側(cè)，本遙測儀采用電流環(huán)進(jìn)行數(shù)字采集，用電流的通斷構(gòu)成脈沖序列，并且整個(gè)遙測均由一單片計(jì)算機(jī)(IC35)進(jìn)行控制，其電路為每組干簧管均與本組譯碼輸出控制器連接，該譯碼輸出控制器分別經(jīng)組查詢電路及優(yōu)先譯碼器與水位信號脈沖發(fā)生電路連接，水位信號脈沖發(fā)生電路經(jīng)傳送線與井上主機(jī)接口相連接，井上主機(jī)中單片機(jī)的8位并行端口(P1)作為控制口，其中端口(P1.0)與收發(fā)轉(zhuǎn)換電路連接，端口(P1.1)與發(fā)送數(shù)據(jù)通道連接，用來發(fā)送由端口(P1.1)產(chǎn)生的選點(diǎn)脈沖方波，并由單片機(jī)的8位并行端口(P2)中的(P2.6)和讀選通輸出線(RD)控制采集數(shù)據(jù)的讀入，接收數(shù)據(jù)通道及發(fā)送數(shù)據(jù)通道均通過收發(fā)轉(zhuǎn)換電路中繼電器控制觸點(diǎn)與井下傳感傳送線連接，并且接收數(shù)據(jù)通道可經(jīng)光電隔離電路分別與間隔信號識別器及響應(yīng)信號識別器通過控制器與單片計(jì)算機(jī)外部中斷口(INTO)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井涌水量遙測儀，其特征在于傳感器中干簧管(GH)相互平行設(shè)置，每1至9根為一組，至少設(shè)置10組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井涌水量遙測儀，其特征在于主機(jī)向傳感器通訊，其編碼采用一個(gè)寬脈沖為起始位，接著是1-99個(gè)數(shù)據(jù)位，作為選點(diǎn)脈沖，最后采用一個(gè)寬脈沖作停止位，傳感器向主機(jī)通訊發(fā)出的水位信號采用一大于2秒寬脈沖作起始位，作為響應(yīng)信號，然后停止1.5-2秒作為第1間隔信號，接著產(chǎn)生第1脈沖序列作為組脈沖，然后再停止1.5-2秒作為第2間隔信號，最后產(chǎn)生第2脈沖序列信號作為字脈沖，由組脈沖和字脈沖這兩種信號代表水位的數(shù)據(jù)。
專利摘要一種礦井涌水量遙測儀，由井上一臺(tái)主機(jī)及井下多臺(tái)傳感器構(gòu)成，井下傳感器采用磁電式結(jié)構(gòu)由不少于十根呈平行排列的干簧管作水位傳感元件電路采用電流環(huán)進(jìn)行數(shù)字采集，用電流的通斷構(gòu)成脈沖序列，并由單片機(jī)進(jìn)行控制，本遙測儀不但可實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)測量，處理及顯示，而且在10公里距離測量范圍內(nèi)均可保證精度，并且傳感器在井下工作時(shí)間可達(dá)2年以上，不需維修，使用壽命較長，特別適用于煤礦安全的監(jiān)測。
文檔編號E21B47/10GK2223779SQ9421911
公開日1996年4月3日 申請日期1994年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月19日
發(fā)明者吳培襲, 范建平, 喬美玲, 吳培躍 申請人:開封市水暖器材廠