一種超聲巷道表面收斂分析儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于煤系地層礦井巷道圍巖動態(tài)專項監(jiān)測的技術范疇，具體涉及一種巷道全斷面收斂量非接觸在線監(jiān)測的超聲巷道表面收斂分析儀。
【背景技術】
[0002]在礦井巷道支護設計中，巷道表面收斂量監(jiān)測是巷道圍巖動態(tài)專項監(jiān)測中的一項主要內容。該收斂量主要為巷道頂、底板及兩幫的相對移近量，多采用十字布點法安設巷道表面收斂測站，沿巷道軸向間隔50~100m布設一個測站，每個測站布設兩個測量斷面，兩個測量斷面間隔1.5~3.0m。目前，巷道表面收斂量監(jiān)測分類主要為:(1)離線測量方式，在測站的頂、底板中點垂直方向和兩幫腰部水平方向鉆Φ 28mm、深400mm鉆孔，將長420mm的短錨桿打入鉆孔中，并在短錨桿上固定掛鉤或吊環(huán)，對于測量精度要求不高，變形大于200mm的巷道，采用鋼卷尺測量；對于測量精度要求較高的巷道，采用游標卡尺式測桿、測槍或者機械式收斂計等測量，測量精度可達0.1mm ;在巷道圍巖表面布設測站測點，采用離線測量方式，測量測點間的距離，并同歷史數(shù)據(jù)相比較；(2)在線測量方式，分為直接和間接兩種在線測量方式，直接在線測量方式是在測站測點間布置測繩、自動測量裝置等設備，自動記錄測點間的變化；間接在線測量方式是非接觸在線測量方式，多采用微波、激光和超聲收斂計測量測點間的收斂量。
[0003]目前國內已有微波、激光和超聲收斂計等方面的專利公開，一種激光式收斂計裝置(CN 102297661B)公開了一種激光式測距儀測量巷道表面收斂量的支架，該裝置并未包含激光測距儀，僅是一個支撐固定激光式測距儀的裝置或支架，利用現(xiàn)有測距儀裝配的激光式收斂計裝置，專利本身并不包含激光測距儀，與離線測量方式相同，該裝置測量的是單個測點收斂量，不能實現(xiàn)巷道全斷面收斂量監(jiān)測，且不具備通訊、在線監(jiān)測功能；一種精密鋼索式數(shù)顯收斂計(CN 102494627B)公開了一種巷道表面收斂計，該收斂計測量時鉤頭可以自鎖在隧道收斂監(jiān)測的兩個測點鉤頭上，鋼索伸縮過程中繞過滾輪，帶動滾輪滾動，滾輪通過齒輪機構傳動到多孔滾輪，多孔滾輪的轉動遮擋安裝在其兩面的紅外發(fā)射和接收感應器，紅外發(fā)射和接收感應器連接計數(shù)器進行計數(shù)，采用數(shù)字顯示屏顯示，從本質上來說，該發(fā)明公開的是一種機械測繩式收斂量測量裝置，測量收斂量時仍需布置測繩，與離線測量方式相同，該收斂計測量的是單個測點收斂量，不能實現(xiàn)巷道全斷面收斂量監(jiān)測，不具有通訊、在線監(jiān)測功能，無法構成在線監(jiān)測系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的旨在克服上述缺點，提供一種巷道全斷面收斂量非接觸在線監(jiān)測的超聲巷道表面收斂分析儀，對巷道表面收斂量進行全斷面監(jiān)測，有效解決礦井巷道全斷面收斂量的在線監(jiān)測問題。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用如下解決方案:一種超聲巷道表面收斂分析儀，包括安裝桿和儀器艙，儀器艙內設置處理器，處理器上設有RS485電路、能量限制電路、ZigBee電路、外部供電及能量限制電路、電池供電及能量限制電路和供電互斥電路，其特征在于:安裝桿固定在礦井巷道頂、底板或兩幫；儀器艙的左側、下面和右側分別設置左超聲收發(fā)換能器、下超聲收發(fā)換能器和右超聲收發(fā)換能器，其中，左超聲收發(fā)換能器包括左超聲發(fā)射裝置和左超聲接收裝置，下超聲收發(fā)換能器包括下超聲發(fā)射裝置和下超聲接收裝置，右超聲收發(fā)換能器包括右超聲發(fā)射裝置和右超聲接收裝置；左超聲發(fā)射裝置、下超聲發(fā)射裝置和右超聲發(fā)射裝置包括三套相互獨立的超聲驅動電路和超聲發(fā)射換能電路，左超聲接收裝置、下超聲接收裝置和右超聲接收裝置包括三套相互獨立的超聲接收換能電路、放大電路和A/D轉換電路；超聲驅動電路和超聲發(fā)射換能電路、超聲接收換能電路、放大電路和A/D轉換電路均與處理器連接。
[0006]本實用新型的工作原理為:安裝桿固定在礦井巷道頂、底板或兩幫，初始化后，記錄礦井巷道的初始斷面形狀及尺寸，得到巷道斷面初始圖像；進入正常工作狀態(tài)后，處理器定時產生方波信號，左超聲發(fā)射裝置、下超聲發(fā)射裝置和右超聲發(fā)射裝置分別向巷道頂、底板及兩幫發(fā)出連續(xù)超聲信號，左超聲接收裝置、下超聲接收裝置和右超聲接收裝置的A/D轉換電路分別采集連續(xù)超聲復合回波信號，采集到的連續(xù)超聲復合回波信號通過處理器得到巷道全斷面合成圖像，巷道全斷面合成圖像與巷道全斷面初始圖像相比較，得到巷道頂、底板及兩幫的全斷面收斂量。該儀器安裝簡單，測量穩(wěn)定可靠，可以實現(xiàn)非接觸在線監(jiān)測礦井巷道頂、底板及兩幫的全斷面收斂量，為礦井巷道表面收斂量監(jiān)測專項提供全斷面收斂量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0007]本實用新型一種超聲巷道表面收斂分析儀與現(xiàn)有煤層巷道表面收斂量監(jiān)測儀器相比較，具有以下突出的實質性特點和顯著的效果:
[0008]1、本實用新型一種超聲巷道表面收斂分析儀，其特征在于是一種巷道全斷面收斂量非接觸在線監(jiān)測的超聲巷道表面收斂分析儀，是在礦井巷道表面收斂量監(jiān)測過程中，對巷道表面收斂量進行全斷面監(jiān)測，有效解決礦井巷道全斷面收斂量的在線監(jiān)測問題。
[0009]2、本實用新型一種超聲巷道表面收斂分析儀，處理器定時產生30~50KHz方波信號，超聲驅動電路采用MAX232電路，省去了通常的升壓電路，簡化了電路，提高了可靠性。
[0010]3、本實用新型一種超聲巷道表面收斂分析儀，在數(shù)據(jù)處理流程中，三套超聲發(fā)射裝置發(fā)出連續(xù)超聲信號，該信號經(jīng)過反射-疊加-再反射等一系列過程后，在三套超聲接收裝置處疊加，形成了一系列復雜的連續(xù)超聲復合回波信號，采用A/D轉換電路采集連續(xù)超聲復合回波信號，可以進行超聲覆蓋的全斷面收斂量監(jiān)測。
[0011]4、本實用新型一種超聲巷道表面收斂分析儀，在數(shù)據(jù)處理流程中，先進行全數(shù)據(jù)采集，然后進行巷道全斷面收斂量分析，當超聲覆蓋范圍內的巷道全斷面收斂量發(fā)生變化且超過頂、底及兩幫收斂量門限時，連續(xù)超聲復合回波信號在超聲接收裝置處的疊加波形將發(fā)生變化，處理器不斷比較接收到的超聲復合回波信號，當發(fā)現(xiàn)兩次接收到的超聲復合回波信號明顯不一致時，則說明超聲覆蓋范圍內的巷道全斷面收斂量發(fā)生了變化；變化后，先關閉三套超聲發(fā)射裝置，然后采用超聲測距方法依次監(jiān)測頂、底及兩幫的收斂量，并利用接收到的連續(xù)超聲復合回波信號，用算法形成巷道全斷面合成圖像，該圖像與巷道全斷面初始圖像相比較，得到巷道頂、底板及兩幫的全斷面收斂量。
[0012]5、本