用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置及方法制造方法及图纸

公开了一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置及其测量方法，传感器(7)包括与上承载板(4)和下承载板(6)紧密接触的弹性元件(14)和检测弹性元件(14)变形的变形检测元件(15)，上承载板(4)和下承载板(6)分别通过连接螺栓(2)与弹性元件(14)定位使得施加在上承载板(4)上的载荷作用于弹性元件(14)，变形检测元件(15)生成测量信号，数据采集模块(8)连接所述传感器(7)以采集所述测量信号，带有天线(1)的无线通信模块(9)连接所述数据采集模块(8)以无线传输测量信号，天线(1)从上承载板(4)和保护壳(10)之间伸出。

Wireless measuring device and method for similar material simulation experiment of mine exploitation

A wireless measurement device is used for mining similar material simulation experiment and measurement method are disclosed, the sensor (7) comprises a bearing plate and the upper bearing plate (4) and (6) the elastic element in close contact (14) and the detection of the elastic element (14) deformation detecting element (15), on the bearing plate (4) and a lower bearing plate (6) respectively through a connecting bolt (2) and the elastic element (14) positioned so that applied in bearing plate (4) on the load acting on the elastic element (14), (15) deformation detecting element generates a measurement signal, the data acquisition module (8) connection the sensor (7) to collect the signal measurement, an antenna (1) of the wireless communication module (9) connected to the data acquisition module (8) for wireless transmission of measurement signals, the antenna (1) from the upper bearing plate (4) and (10) extending between the protective shell.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相似材料模拟领域，特别是一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置及其测量方法。
技术介绍
相似材料模拟实验广泛应用于采矿工程领域，实验过程中，如何采用先进的测试方法获取真实可靠的实验数据是实验成功与否的关键所在，实时监测回采工作面前后方、回采工作面下方以及回采工作面后方煤体中的压力分布规律，可对现场工作面来压强度和来压步距作以预测，为支架选型等提供科学依据。目前，在相似材料模拟实验中，用于监测煤层覆岩压力测试的传感器多为尺寸相对较大的有线传感器，同时，外部配备数据采集仪及软件，整个系统较为复杂，给实验带来诸多不便，为了克服现有测力系统的不足，研制了一种尺寸较小的无线测力传感器。专利文献CN104614103A公开的一种无线无源预应力传感器，用于检测建筑结构中钢筋预应力变化的信息，由射频模块、电源模块、数据模块和调制模块组成；信号由外部设备发射，经由射频模块到达传感器，经过电源模块处理成为稳定电压为整个传感器供电，数据模块将采集到的模拟信号转化为数字信号，并经调制模块将数据调制到射频信号上，由外部设备解调获取。该专利实现以无线无源的轻便方式对建筑的健康性进行定期或者长期的检测，但该专利没有上下承载板，无法精确测量承受的载荷，且无线信号微弱，实用性差，该专利的可操作性比较差，无法得知设在建筑结构内的工作状态、信号是否正常等。专利文献CN106128259A公开的一种相似材料模拟断层试验装置包括框架，所述框架包括上横梁、下横梁和侧柱，所述下横梁上安装夹板，所述夹板可以在下横梁上滑动并可在下横梁上固定，所述夹板铰接转动板，所述转动板中央设置长槽，所述长槽中安装可沿长槽滑动的T型板，所述T型板包括间隔板和限位板，所述上横梁下方固定设置两条横梁支撑梁，所述侧柱内侧固定设置两条侧柱支撑梁，所述上横梁下方竖直安装加压系统，所述两侧柱内侧横向安装加压系统，所述左右两侧柱内侧分别设置挡板支撑板，所述挡板支撑板可活动的安装在上下横梁上并可沿上下横梁左右滑动，所述左右两挡板支撑板之间安装挡板，所述挡板可相对于两挡板支撑板左右滑动；所述加压系统包括下压装置、两个上顶装置、托架、加压垫板、压力传感器和处理器，所述托架包括底板和与底板固定连接的两个侧翼，所述下压装置的活塞杆向下顶在托架的底板上，上顶装置的活塞杆向上顶在托架的侧翼下方，托架下方设置加压垫板，加压垫板和托架之间设置压力传感器，所述压力传感器连接处理器，所述下压装置和上顶装置连接处理器；竖直安装的加压系统的下压装置的缸筒固定安装在上横梁上，上顶装置的缸筒固定安装在横梁支撑梁上，横向安装的加压系统的下压装置的缸筒固定安装在侧柱上，两个上顶装置的缸筒固定安装在两侧柱支撑梁上。该专利施加的实际压力与理论压力接近，实验的测量结果精准，但该专利结构复杂，无法便携地获得检测信号，且无线信号微弱，实用性差，该专利的可操作性比较差，无法得知设在建筑结构内的工作状态、信号是否正常等。专利文献CN103399505A公开的一种相似材料模型强度监控设备，该相似材料模型强度监控设备所需测试模块包括单片机AT89C52、蜂鸣器BUZ1、温度传感器DS18B20、液晶显示器AMPIRE128X64及湿度传感器SHT11，所述的单片机AT89C52共39个引脚，XTAL1引脚和XTAL2引脚分别通过导线接到11.0592Mhz的晶体振荡器X1两端，并分别串连电容C1及电容C2后共接地，构成并联振荡电路，其中电容C1和电容C2为30uf的瓷片电容，是为顺利起振设置；单片机RST引脚为复位信号端，连接10KΩ的电阻R2后接入地端，此处保持0信号即可使单片机正常工作；单片机AT89C52的RST引脚通过电解电容C3与蜂鸣器BUZ1的一端相连，蜂鸣器另一端连接NPN型三极管Q1的集电极，三极管Q1的射极接地，基极连接电阻R3后接入单片机的P2.3口，所述蜂鸣器BUZ1用于湿度到阈值时报警使用；温度传感器包括VCC、DQ及GND三个引脚，VCC端为电源端，接入5V电源，同时VCC引脚通过连接4.7KΩ上拉电阻R1后接入DQ引脚，数据引脚DQ端另接单片机P2.0端口，GND端为接地端，直接接地；液晶显示器AMPIRE128X64共18个引脚，其中RST引脚、RS引脚及VCC端一同接入外置的5V电源，液晶显示器AMPIRE128X64需要两根线进行串行控制，E端接入单片机P2.2端口，R/W端接入单片机的P2.1端口；湿度传感器SHT11的SCK端口接入单片机P3.6端口，DATA数据端接入单片机P3.7端口；S1-S4为4个按键，分别执行+1、-1、移位和恢复原值功能，按键S1通过上拉电阻R4与单片机的P0.0端口相连接，按键S2通过上拉电阻R5与单片机的P0.1端口相连接，按键S3通过上拉电阻R6与单片机的P0.2端口相连通，按键S4通过上拉电阻R7与单片机的P0.3端口相连通。该专利能够实现对模型的晾晒天数进行准确的控制，但该专利没有上下承载板，无法精确测量承受的载荷，且无线信号微弱，实用性差，该专利的可操作性比较差，无法得知设在建筑结构内的工作状态、信号是否正常等。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置及其测量方法，无线测量装置无需每次实验前进行标定，传感器尺寸相对较小，与相似材料能够实现较好的耦合，减少了模型内部测试元件对实验结果的影响，传感器线性度好，测量精度高，测量数据真实可靠，减少了外部采集仪及连接线，系统结构简单，降低了设备故障。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一个方面，一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置包括用于承载相似材料模型重量的上承载板、下承载板和设在所述上承载板和下承载板之间的保护壳，所述下承载板提供平整的承载表面，所述保护壳内设有传感器、数据采集模块和无线通信模块，所述传感器包括与所述上承载板和下承载板紧密接触的弹性元件和检测所述弹性元件变形的变形检测元件，所述上承载板和下承载板分别通过连接螺栓与所述弹性元件定位使得施加在所述上承载板上的载荷作用于弹性元件，所述变形检测元件生成测量信号，数据采集模块连接所述传感器以采集所述测量信号，带有天线的无线通信模块连接所述数据采集模块以无线传输测量信号，所述天线从上承载板和保护壳之间伸出，用于指示通信是否正常的信号指示灯连接所述无线通信模块，用于复位的复位按钮和用于开关的开关按钮电连接传感器，所述信号指示灯、复位按钮和开关按钮设在保护壳一侧。优选地，所述保护壳内设有可充电电池，所述可充电电池电连接传感器、数据采集模块和无线通信模块。优选地，保护壳的一侧设有充电插座，所述充电插座电连接所述可充电电池。优选地，所述弹性元件为铝合金板，所述变形检测元件为电桥式力敏传感器，所述电桥式力敏传感器包括分设在上承载板和弹性元件之间的第一半桥电阻应变计和设在弹性元件和下承载板之间的第二半桥电阻应变计。优选地，所述铝合金板的宽度不大于所述上承载板的宽度，所述铝合金板的宽度小于所述上承载板的长度，第一半桥电阻应变计和第二半桥电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置，其包括用于承载相似材料模型重量的上承载板(4)、下承载板(6)和设在所述上承载板(4)和下承载板(6)之间的保护壳(10)，所述下承载板(6)提供平整的承载表面，所述保护壳(10)内设有传感器(7)、数据采集模块(8)和无线通信模块(9)，其特征在于：所述传感器(7)包括与所述上承载板(4)和下承载板(6)紧密接触的弹性元件(14)和检测所述弹性元件(14)变形的变形检测元件(15)，所述上承载板(4)和下承载板(6)分别通过连接螺栓(2)与所述弹性元件(14)定位使得施加在所述上承载板(4)上的载荷作用于弹性元件(14)，所述变形检测元件(15)生成测量信号，数据采集模块(8)连接所述传感器(7)以采集所述测量信号，带有天线(1)的无线通信模块(9)连接所述数据采集模块(8)以无线传输测量信号，所述天线(1)从上承载板(4)和保护壳(10)之间伸出，用于指示通信是否正常的信号指示灯(11)连接所述无线通信模块(9)，用于复位的复位按钮(12)和用于开关的开关按钮(13)电连接传感器(7)，所述信号指示灯(11)、复位按钮(12)和开关按钮(13)设在保护壳(10)一侧。...

【技术特征摘要】
1.一种用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置，其包括用于承载相似材料模型重量的上承载板(4)、下承载板(6)和设在所述上承载板(4)和下承载板(6)之间的保护壳(10)，所述下承载板(6)提供平整的承载表面，所述保护壳(10)内设有传感器(7)、数据采集模块(8)和无线通信模块(9)，其特征在于：所述传感器(7)包括与所述上承载板(4)和下承载板(6)紧密接触的弹性元件(14)和检测所述弹性元件(14)变形的变形检测元件(15)，所述上承载板(4)和下承载板(6)分别通过连接螺栓(2)与所述弹性元件(14)定位使得施加在所述上承载板(4)上的载荷作用于弹性元件(14)，所述变形检测元件(15)生成测量信号，数据采集模块(8)连接所述传感器(7)以采集所述测量信号，带有天线(1)的无线通信模块(9)连接所述数据采集模块(8)以无线传输测量信号，所述天线(1)从上承载板(4)和保护壳(10)之间伸出，用于指示通信是否正常的信号指示灯(11)连接所述无线通信模块(9)，用于复位的复位按钮(12)和用于开关的开关按钮(13)电连接传感器(7)，所述信号指示灯(11)、复位按钮(12)和开关按钮(13)设在保护壳(10)一侧。2.根据权利要求1所述的用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置，其特征在于，优选的，所述保护壳(10)内设有可充电电池(3)，所述可充电电池(3)电连接传感器(7)、数据采集模块(8)和无线通信模块(9)。3.根据权利要求2所述的用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置，其特征在于：保护壳(10)的一侧设有充电插座(5)，所述充电插座(5)电连接所述可充电电池(3)。4.根据权利要求1所述的用于矿山开采相似材料模拟实验的无线测量装置，其特征在于：所述弹性元件(14)为铝合金板，所述变形检测元件(15)为电桥式力敏传感器，所述电桥式力敏传感器包括分设在上承载板(4)和弹性元件(14)之间的第一半桥电阻应变计和设在弹性元件(14)和下承载板(6)之间的第二半桥电阻应变计。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳丽，伍永平，武会杰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61