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技術(shù)文章

煤礦錨索測(cè)力傳感器關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

閱讀:23          發(fā)布時(shí)間:2025-6-10

一、核心結(jié)構(gòu)與功能組件

錨索測(cè)力計(jì)主要由以下部分組成:


135#0538#5101傳感器單元
負(fù)責(zé)將錨索的機(jī)械拉力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或其他可測(cè)量信號(hào),常見(jiàn)類型包括 應(yīng)變式傳感器振弦式傳感器。

  1. 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換模塊
    對(duì)傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D 轉(zhuǎn)換)等處理,使其便于顯示或傳輸。

  2. 顯示與存儲(chǔ)單元
    實(shí)時(shí)顯示錨索拉力值,部分設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史查詢。

  3. 通信接口
    可連接至煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與預(yù)警。

二、工作原理(分類型說(shuō)明)

1. 應(yīng)變式錨索測(cè)力計(jì)

核心原理:基于 電阻應(yīng)變效應(yīng)。


  • 傳感器結(jié)構(gòu)
    傳感器內(nèi)部安裝有 電阻應(yīng)變片(由金屬箔或半導(dǎo)體材料制成),應(yīng)變片粘貼在彈性體(如鋼制圓筒)表面。

  • 受力過(guò)程
    當(dāng)錨索受力時(shí),彈性體發(fā)生微小形變(拉伸或壓縮),帶動(dòng)應(yīng)變片同步變形。

  • 信號(hào)轉(zhuǎn)換

    • 應(yīng)變片的電阻值隨形變發(fā)生變化(伸長(zhǎng)時(shí)電阻增大,壓縮時(shí)電阻減?。?/p>

    • 應(yīng)變片接入 惠斯通電橋電路,電阻變化導(dǎo)致電橋失衡,輸出與拉力成正比的電壓信號(hào)(通常為毫伏級(jí))。

  • 數(shù)據(jù)處理
    電壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波后,通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),再由微處理器計(jì)算出具體拉力值并顯示。

2. 振弦式錨索測(cè)力計(jì)

核心原理:基于 振弦振動(dòng)頻率與張力的關(guān)系


  • 傳感器結(jié)構(gòu)
    傳感器內(nèi)包含一根 鋼弦(或金屬絲),兩端固定在彈性體上,旁邊設(shè)有 電磁激勵(lì)線圈拾振線圈

  • 受力過(guò)程
    錨索拉力通過(guò)彈性體傳遞給鋼弦,使鋼弦張力發(fā)生變化。

  • 信號(hào)轉(zhuǎn)換

    • 電磁激勵(lì)線圈向鋼弦發(fā)射脈沖,激發(fā)鋼弦振動(dòng)。

    • 鋼弦的振動(dòng)頻率與其張力成正比(張力越大,頻率越高),拾振線圈檢測(cè)振動(dòng)頻率并輸出信號(hào)。

三、關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

  1. 高精度與穩(wěn)定性

    • 應(yīng)變式傳感器需通過(guò)溫度補(bǔ)償電路消除環(huán)境溫度對(duì)電阻的影響;

    • 振弦式傳感器因頻率信號(hào)抗干擾能力強(qiáng),適合煤礦潮濕、振動(dòng)大的環(huán)境。

  2. 防爆設(shè)計(jì)
    煤礦專用設(shè)備需符合 防爆標(biāo)準(zhǔn)(如 Ex 認(rèn)證),傳感器和電路采用本安型設(shè)計(jì),避免電火花引發(fā)瓦斯爆炸。

  3. 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)能力
    部分設(shè)備支持自動(dòng)定時(shí)采集數(shù)據(jù),可用于分析錨索受力的長(zhǎng)期變化趨勢(shì),預(yù)判支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

四、應(yīng)用場(chǎng)景與作用

  • 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):安裝在錨索尾部,實(shí)時(shí)顯示單根錨索的受力狀態(tài),判斷是否過(guò)載或松弛。

  • 安全預(yù)警:當(dāng)拉力超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),設(shè)備自動(dòng)報(bào)警,提示工作人員及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

  • 數(shù)據(jù)分析:為巷道支護(hù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐,優(yōu)化錨索布置密度和預(yù)緊力參數(shù)。

五、總結(jié)

煤礦錨索測(cè)力計(jì)通過(guò)傳感器將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或頻率信號(hào),再經(jīng)信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)拉力的精準(zhǔn)測(cè)量。其原理核心是物理量(力)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換,不同類型傳感器(應(yīng)變式、振弦式)基于不同物理效應(yīng),但最終均服務(wù)于煤礦支護(hù)安全的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。這類設(shè)備在煤礦安全生產(chǎn)中起到 “電子哨兵" 的作用,有效降低巷道坍塌風(fēng)險(xiǎn),保障作業(yè)人員安全。



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