一种矿井围岩松动圈实时监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于：包括主控模块和与主控模块连接的存储模块、GPRS模块，GPRS模块与服务器显示模块连接，主控模块输出端与超声波发送单元连接，主控模块输入端与超声波接收单元连接；超声波发送单元包括依次连接的高压电路、脉冲产生电路和超声波发送换能器，超声波接收单元包括依次连接的噪声消除电路、接收信号放大电路和信号整形电路。本实用新型专利技术结构简单，设计合理，易于操作，灵活性好，性能优异，实用性强，测试无损伤，使用效果好，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种矿井围岩松动圈实时监测系统
本技术涉及矿井生产
，尤其是涉及一种矿井围岩松动圈实时监测系统。
技术介绍
巷道的安全支护在煤矿安全生产中起到重要的作用，也是煤矿安全生产中的难点。对巷道的安全支护的关键是要实时地掌握嗣岩松动圈的破碎状态。 巷道开挖后破坏了原岩的应力平衡状态，从而导致:第一，巷道周边径向应力下降为零，围岩强度明显下降；第二，围岩中出现应力集中现象。当这种应力超过围岩强度之后，在巷道周边围岩所形成的破碎带便是围岩松动圈。其物理状态表现为破裂缝的增加及岩体应力水平的降低。松动圈测试就是测试开巷后新的破坏裂缝及其分布范围，围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的界面位置就是松动圈的边界。传统的松动圈测试的检测原理相应的测试方法包括多点位移计量测法和地质雷达探测法，存在设计复杂、操作繁琐、对测试系统和测试对象存在损伤的缺陷，不能很好实现预期的测试目标。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其结构简单，设计合理，易于操作，灵活性好，性能优异，实用性强，测试无损伤，使用效果好，便于推广使用。 为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是:一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:包括主控模块和与所述主控模块连接的存储模块、GPRS模块，所述GPRS模块与服务器显示模块连接，所述主控模块输出端与超声波发送单元连接，所述主控模块输入端与超声波接收单元连接；所述超声波发送单元包括依次连接的高压电路、脉冲产生电路和超声波发送换能器，所述超声波接收单元包括依次连接的噪声消除电路、接收信号放大电路和信号整形电路。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述主控模块为ST公司推出的基于ARMCortex-M3内核的32位微控制器STM32F103。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述高压电路包括PNP和NPN三极管组成的推挽放大电路，以及与所述推挽放大电路输出端连接的由MOSFET功放管组成的功率放大电路。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述推挽放大电路通过正向连接的二极管与MOSFET功放管栅极连接。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述MOSFET功放管漏极通过电阻接80V直流电源。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述噪声消除电路、接收信号放大电路和信号整形电路由依次连接的LM358两级放大芯片和LM567整形滤波芯片组成。 上述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述GPRS模块采用华为公司的GSM900-C模组。 本技术与现有技术相比具有以下优点: 本技术结构简单，设计合理，易于操作，灵活性好，性能优异，实用性强，测试无损伤，使用效果好，便于推广使用。另外，本技术采用单发多收的测试方案，不需要多次移动测试器，甚至可以固定到岩层中实现实时的监测，避免了传统的单发单收和单发双收方案均需要不断地改变测试深度才能完成测试的缺点，测试效率大大提高。 下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。 【附图说明】 图1为本技术的监测系统总体结构框图； 图2为本技术的单发多收测试方案结构示意图； 图3为本技术的超声波发送单元电路原理图； 图4为本技术的超声波接收单元电路原理图； 图5为本技术的GPRS模块电路原理图。 附图标记说明: 1、主控模块；2、存储模块；3、服务器显示模块；4、GPRS模块； 5、高压电路；6、脉冲产生电路；7、超声波发送换能器； 8、噪声消除电路；9、接收信号放大电路；10、信号整形电路。 【具体实施方式】 如图1所示，一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:包括主控模块I和与所述主控模块I连接的存储模块2、GPRS模块4，所述GPRS模块4与服务器显示模块3连接，所述主控模块I输出端与超声波发送单元连接，所述主控模块I输入端与超声波接收单元连接；所述超声波发送单元包括依次连接的高压电路5、脉冲产生电路6和超声波发送换能器7，所述超声波接收单元包括依次连接的噪声消除电路8、接收信号放大电路9和信号整形电路10。 本实施例中，所述主控模块I为ST公司推出的基于ARMCortex_M3内核的32位微控制器STM32F103。该控制器是为低功耗和价格敏感的应用而专门设计的，具有突出的能效比和处理速度。本设计中嵌入了 UC / OS-1I操作系统，可以便于多任务控制。此外，STM32微控制器支持NAND Flash存储器扩展，能够将采集的数据存到Flash里面，存储与提取数据更加快速。 如图3所示，本实施例中，所述高压电路5包括PNP和NPN三极管组成的推挽放大电路，以及与所述推挽放大电路输出端连接的由MOSFET功放管组成的功率放大电路。由STM32F103的PWM模块产生40kHz的矩形波，经推挽放大电路和MOSFET功放管放大后送入超声波发送换能器，发送出40 kHz的超声波。MOSFET功放管漏极通过电阻接80V直流电源。 如图4所示，本实施例中，所述噪声消除电路8、接收信号放大电路9和信号整形电路10由依次连接的LM358两级放大芯片和LM567整形滤波芯片组成。超声波探头接收超声波，经过LM358对其两级放大，然后将放大的信号送入LM567将波形滤波并且触发CPU的引脚。LM567具有带通滤波和触发的作用，5、6脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f，f ^ I / 1.1RC。当LM567的3引脚输入幅度大于等于25 mV，并且频率在带宽内的信号时，8引脚由高电平变为低电平，触发CPU的引脚，完成接收超声波的功能。 如图5所示，本实施例中，所述GPRS模块4采用华为公司的GSM900-C模组。GSM通过串口接收CPU的数据，并实时地发送给后方监控室，通过发送引脚将后方监控室的命令传送给CPU，从而实现了后方监控室可以主控请求目标板之间人机互动的功能。目标板也可以自动定时采集数据，并通过GSM模块传输到后方监控室。 系统工作原理:主控芯片产生40 kHz的矩形波，高压电路将其放大，经过超声波发送换能器与其产生共振发出最大功率的超声波。主控芯片STM32F103产生40 kHz的矩形波，当超声波换能器接收到超声波的首波之后，滤波电路判断并滤除非40 kHz的超声波，经放大电路将其放大，信号整形电路对40 kHz的高低电平进行转换后发送给主控芯片。主控芯片依此来记录超声波经过每一个接收传感器的时刻，并根据传播时间计算出每一段岩层中超声波的速度，然后将这些信息通过GPRS模块上传给后方监控室。另外，如图2所示，本技术采用单发多收的测试方案，不需要多次移动测试器，甚至可以固定到岩层中实现实时的监测，避免了传统的单发单收和单发双收方案均需要不断地改变测试深度才能完成测试的缺点，测试效率大大提高。 以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何限制，凡是根据本技术技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于：包括主控模块（1）和与所述主控模块（1）连接的存储模块（2）、GPRS模块（4），所述GPRS模块（4）与服务器显示模块（3）连接，所述主控模块（1）输出端与超声波发送单元连接，所述主控模块（1）输入端与超声波接收单元连接；所述超声波发送单元包括依次连接的高压电路（5）、脉冲产生电路（6）和超声波发送换能器（7），所述超声波接收单元包括依次连接的噪声消除电路（8）、接收信号放大电路（9）和信号整形电路（10）。

【技术特征摘要】
1.一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:包括主控模块(I)和与所述主控模块(I)连接的存储模块(2 )、GPRS模块(4 )，所述GPRS模块(4 )与服务器显示模块(3 )连接，所述主控模块(I)输出端与超声波发送单元连接，所述主控模块(I)输入端与超声波接收单元连接；所述超声波发送单元包括依次连接的高压电路(5)、脉冲产生电路(6)和超声波发送换能器(7)，所述超声波接收单元包括依次连接的噪声消除电路(8)、接收信号放大电路(9)和信号整形电路(10)。2.按照权利要求1所述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述主控模块(I)为ST公司推出的基于ARMCortex-M3内核的32位微控制器STM32F103。3.按照权利要求1所述的一种矿井围岩松动圈实时监测系统，其特征在于:所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁烨，张涛，
申请(专利权)人：银川华盛新科技术有限公司，袁烨，张涛，
类型：新型
国别省市：宁夏;64