CN220170174U - 一种矿用无源数显双向位移光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，传感器壳体一外侧表面开设有显示窗口，刻度卷尺通过收卷机构安装在传感器壳体内部一端，拉卷机构转动安装在传感器壳体内部另一端，刻度卷尺一端沿着显示窗口长度方向与拉卷机构固定连接，钢丝绳一端与拉卷机构固定连接，位移量远程显示装置与拉卷机构连接。本实用新型传感器能够在没有电源的情况下显示矿井巷道的变形位移量，不受电磁干扰、本质安全；位移变量可正反双向监测，变量直观显示，不用计算，测量精度高误差小；同时解决了在无源本质安全的条件下，位移变量既能现场读取又能将信号远程传输的问题。

Description

一种矿用无源数显双向位移光纤传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种矿用无源数显双向位移光纤传感器。

背景技术

矿井巷道顶底板、围岩两帮的安全监测是矿山灾害预测的重要项目，矿井冒顶围岩坍塌是各类矿井的特大灾害之一，严重威胁着矿山的生产安全，发生时会造成巨大的经济损失和人员伤亡。近年来，由于掘进面的不断延伸和开采范围的扩大，矿井生产向纵深发展，冒顶，塌方的威胁也日益严重，防治任务也越来越艰巨，矿井顶板灾害严重威胁着矿山矿工的生命安全。

最早只能依靠原始的人工采用刻度尺测量记录，近年来出现采用应变片的电子自动记录仪表，基于电阻式应变片的监测，存在零点漂移，受湿度等环境参数影响，需要对其供电等局限性。

再之后出现的采用光纤光栅传感的顶底板、围岩两帮监测，缺点是只能远程传输，不能现场读取。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种矿用无源数显双向位移光纤传感器。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，包括传感器壳体，还包括刻度卷尺、收卷机构、拉卷机构、位移量远程显示装置和钢丝绳，所述传感器壳体一外侧表面开设有显示窗口，所述刻度卷尺通过收卷机构安装在传感器壳体内部一端，所述拉卷机构转动安装在传感器壳体内部另一端，所述刻度卷尺一端沿着显示窗口长度方向与拉卷机构固定连接，所述钢丝绳一端与拉卷机构固定连接，钢丝绳另一端贯穿传感器壳体外部，钢丝绳通过拉卷机构拉动刻度卷尺伸长，所述位移量远程显示装置与拉卷机构连接，位移量远程显示装置用于将拉卷机构的位移量转换为所需数据。

优选地，所述收卷机构包括卷尺轮Ⅰ、扭力发条和预紧钥匙，所述卷尺轮Ⅰ转动安装在传感器壳体内部一端，所述扭力发条安装在卷尺轮Ⅰ一端，所述刻度卷尺缠绕在卷尺轮Ⅰ表面，所述预紧钥匙安装在扭力发条一端，预紧钥匙用于预紧扭力发条。

优选地，所述拉卷机构包括卷尺轮Ⅱ、齿轮Ⅰ和收绳轮，所述卷尺轮Ⅱ转动安装在传感器壳体内部远离卷尺轮Ⅰ位置的一端，所述齿轮Ⅰ固定安装在卷尺轮Ⅱ一端，所述收绳轮通过销轴与齿轮Ⅰ一端固定连接，所述钢丝绳一端与收绳轮表面固定连接，所述刻度卷尺一端与卷尺轮Ⅱ表面固定连接。

优选地，所述位移量远程显示装置包括齿轮Ⅱ、齿轮III、弹簧片和光纤光栅，所述齿轮Ⅱ和齿轮III均转动安装在传感器壳体内部，齿轮Ⅱ和齿轮III相互啮合，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ啮合，所述齿轮III中部螺纹配合安装有丝杆，所述弹簧片固定安装在传感器壳体内部，所述光纤光栅粘贴固定在弹簧片一端内侧，光纤光栅通过弹簧片的形变随之形变。

优选地，所述光纤光栅通过传输光缆与外部主机连接

优选地，所述传感器壳体内部在显示窗口两端位置固定安装有惰轮，惰轮与刻度卷尺的拉长段接触。

优选地，所述传感器壳体一外侧表面固定安装有油腔接头，所述钢丝绳通过油腔接头伸出于传感器壳体外部。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型实现了实时在线监测监位移量物理信息，对灾害具有预警功能，为保障生命财产安全提供技术保障，该传感器能够在没有电源的情况下显示矿井巷道的变形位移量，不受电磁干扰、本质安全；

位移变量可正反双向监测，变量直观显示，不用计算，测量精度高误差小；

同时解决了在无源本质安全的条件下，位移变量既能现场读取又能将信号远程传输的问题；

预紧钢丝绳出口灵活，可组合各种状态下位移量的测量监测（如巷道顶底板、两帮及巷道截面等），通用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种矿用无源数显双向位移光纤传感器的正视图；

图2是本实用新型一种矿用无源数显双向位移光纤传感器的侧视图；

图3是图1的剖视图；

图4是图2的剖视图；

图5是本实用新型传感器应用于巷道两帮收敛量监测状态示意图。

图中：1传感器壳体、11显示窗口、2刻度卷尺、3收卷机构、31卷尺轮Ⅰ、32扭力发条、33预紧钥匙、4拉卷机构、41卷尺轮Ⅱ、42齿轮Ⅰ、43收绳轮、5位移量远程显示装置、51齿轮Ⅱ、52齿轮III、53丝杆、54弹簧片、6油腔接头、7钢丝绳、8惰轮、9传输光缆。

实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1-图4所示，本实用新型提供一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，包括传感器壳体1，还包括刻度卷尺2、收卷机构3、拉卷机构4、位移量远程显示装置5和钢丝绳7，所述传感器壳体1一外侧表面开设有显示窗口11，所述刻度卷尺2通过收卷机构3安装在传感器壳体1内部一端，收卷机构3用于收绞刻度卷尺2，所述拉卷机构4转动安装在传感器壳体1内部另一端，所述刻度卷尺2一端沿着显示窗口11长度方向与拉卷机构4固定连接，所述钢丝绳7一端与拉卷机构4固定连接，钢丝绳7另一端贯穿传感器壳体1外部，钢丝绳7通过拉卷机构4拉动刻度卷尺2伸长，从而显示位移量，所述位移量远程显示装置5与拉卷机构4连接，位移量远程显示装置5用于将拉卷机构4的位移量转换为光波信号数据，实现位移量数据的光纤远程传输。

本实施例中，所述收卷机构3包括卷尺轮Ⅰ31、扭力发条33和预紧钥匙33，所述卷尺轮Ⅰ31转动安装在传感器壳体1内部一端，所述扭力发条32安装在卷尺轮Ⅰ31一端，所述刻度卷尺2缠绕在卷尺轮Ⅰ31表面，所述预紧钥匙33安装在扭力发条33一端，预紧钥匙33用于预紧扭力发条33，其工作原理为现有技术，类似于钟表的发条，而预紧钥匙33类似于钟表的预紧转盘。

本实施例中，所述拉卷机构4包括卷尺轮Ⅱ、齿轮Ⅰ42和收绳轮43，所述卷尺轮Ⅱ转动安装在传感器壳体1内部远离卷尺轮Ⅰ31位置的一端，所述齿轮Ⅰ42固定安装在卷尺轮Ⅱ一端，所述收绳轮43通过销轴与齿轮Ⅰ42一端固定连接，所述钢丝绳7一端与收绳轮43表面固定连接，所述刻度卷尺2一端与卷尺轮Ⅱ表面固定连接。

本实施例中，所述位移量远程显示装置5包括齿轮Ⅱ51、齿轮III52、弹簧片54和光纤光栅，所述齿轮Ⅱ51和52齿轮III均转动安装在传感器壳体1内部，齿轮Ⅱ51和52齿轮III相互啮合，齿轮Ⅱ51与齿轮Ⅰ42啮合，所述齿轮III52中部螺纹配合安装有丝杆53，所述弹簧片53固定安装在传感器壳体1内部，所述光纤光栅固定安装在弹簧片53一端内侧，光纤光栅通过弹簧片53弹力作用与丝杆53一端弹性接触。

本实施例中，所述光纤光栅通过传输光缆9与外部主机电性连接，能够实时显示位移变量。

本实施例中，所述传感器壳体1内部在显示窗口11两端位置固定安装有惰轮8，惰轮8与刻度卷尺2的拉长段接触，2个惰轮8是为了使刻度卷尺2的拉长段更能贴近显示窗口11，易于现场读取，并能够准确的在让刻度尺在数显窗口11显示。

本实施例中，所述传感器壳体1一外侧表面固定安装有油腔接头6，所述钢丝绳7通过油腔接头6伸出于传感器壳体1外部。

具体操作步骤和工作原理如下：

参阅图5所示，在巷道两帮收敛量监测时，其步骤为：①在监测相对点的位移变量时，先将传感器通过安装支架固定在一点，刻度卷尺2分别缠绕在2个卷尺轮上，将刻度卷尺2中间0刻度调整在中间指针位置，通过设在卷尺轮2上的预紧钥匙33将扭力发条32预紧，将钢丝绳7缠绕在收绳轮43上大约600mm使其固定，带有预紧力的钢丝绳7通过锚爪与另一点连接。

②当相对应的两点发生相对位移时，带有预紧力的钢丝绳7就会被拉出或缩进，收绳轮43与卷尺轮Ⅰ31为同步旋转，卷尺轮Ⅰ31的转动就会拉动刻度卷尺2，让刻度卷尺2的刻度在显示窗口11位置显示位移的变量，实现无源的现场实时数字显示；

③同时收绳轮43带动齿轮Ⅱ51和齿轮III52转动，使得丝杠53旋转并移动，丝杠53移动让弹簧片54发生变形，而粘贴在弹簧片54上的光纤光栅就采集其变形量进行远程传出到主机，通过光电转换后得到实时位移变量的数值，实现了无源的信号远程传输。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，包括传感器壳体，其特征在于：还包括刻度卷尺、收卷机构、拉卷机构、位移量远程显示装置和钢丝绳，所述传感器壳体一外侧表面开设有显示窗口，所述刻度卷尺通过收卷机构安装在传感器壳体内部一端，所述拉卷机构转动安装在传感器壳体内部另一端，所述刻度卷尺一端沿着显示窗口长度方向与拉卷机构固定连接，所述钢丝绳一端与拉卷机构固定连接，钢丝绳另一端贯穿传感器壳体外部，钢丝绳通过拉卷机构拉动刻度卷尺伸长，所述位移量远程显示装置与拉卷机构连接，位移量远程显示装置用于将拉卷机构的位移量转换为所需数据。

2.根据权利要求1所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述收卷机构包括卷尺轮Ⅰ、扭力发条和预紧钥匙，所述卷尺轮Ⅰ转动安装在传感器壳体内部一端，所述扭力发条安装在卷尺轮Ⅰ一端，所述刻度卷尺缠绕在卷尺轮Ⅰ表面，所述预紧钥匙安装在扭力发条一端，预紧钥匙用于预紧扭力发条。

3.根据权利要求1所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述拉卷机构包括卷尺轮Ⅱ、齿轮Ⅰ和收绳轮，所述卷尺轮Ⅱ转动安装在传感器壳体内部远离卷尺轮Ⅰ位置的一端，所述齿轮Ⅰ固定安装在卷尺轮Ⅱ一端，所述收绳轮通过销轴与齿轮Ⅰ一端固定连接，所述钢丝绳一端与收绳轮表面固定连接，所述刻度卷尺一端与卷尺轮Ⅱ表面固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述位移量远程显示装置包括齿轮Ⅱ、齿轮III、弹簧片和光纤光栅，所述齿轮Ⅱ和齿轮III均转动安装在传感器壳体内部，齿轮Ⅱ和齿轮III相互啮合，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅰ啮合，所述齿轮III中部螺纹配合安装有丝杆，所述弹簧片固定安装在传感器壳体内部，所述光纤光栅粘贴固定在弹簧片一端内侧，光纤光栅通过弹簧片的形变随之形变。

5.根据权利要求4所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述光纤光栅通过传输光缆与外部主机光缆连接。

6.根据权利要求1所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述传感器壳体内部在显示窗口两端位置固定安装有惰轮，惰轮与刻度卷尺的拉长段接触。

7.根据权利要求1所述的一种矿用无源数显双向位移光纤传感器，其特征在于：所述传感器壳体一外侧表面固定安装有油腔接头，所述钢丝绳通过油腔接头伸出于传感器壳体外部。