一种新型矿用锚索(杆)静态电阻应变仪的研究.pdf

传感器与微系统(IR?qド:°1q%Z?P9#&Rqy
yioy年第to卷第」期
种新型矿用销素(杆)静态电阻应变仪的研究
王海潮,王国伟,贾晓姌”
(oe煤炭科学研究总院,北京 olon
pe煤炭科学研究总院煤炭资源开釆与环境保护国家重点实验室,北京 odom
m北京华宇工程有限公司,北京lIop)
商:为诚少利预防煤矿誾预事收的发生,要対巷道顶板受力进行临测介绍了种以单片机为主控
模块,采用独特的平衡电桥臂结构并选用高精度运算放大器进行j信号调理的新型矿用索(村)静态电阻
应变仪,它具有数据采集》存储》渣询等功能,并以精度高》耗低》操作简使》抗干扰能力强等特点,为从事
巷道支护和锚固的工程人员提供了可靠的测试下段和技术保障
关键词:半衡电桥;信号词理:锚索;静态电阻应变仪
中阳分类号: R yol ev文献标识码:4文章编号:oiiL(Cg*g(yioy) II Li it lit
G~+
EC Z t
ZQ(てQ
X 4 IG YI \+I ot,x4 HG GS!: V, K4 EV mf
(oda ZA 4 G .Z+ I
on
B
ol LOMA Z
Qh:1%。シ?ギ19%:q::+Y:?m?+q主,シ&qVジ_9x"ox当ょy:QY
ギ_」共、H?がド_4F”ゼ_Yにgド:_?H"Ts":ズこvVi"qH=Q("ox=,SY"Wl"Qe
?&VP士$:1_:+:Qと(,1%質"1q郭娜:4Qq=VR:1&_+s:Ic%+0い
/W/±+VVq?:?er1&±Q?xどVqlQ+ョ公erY"eRV:"リ$"に:/I_91V:%?:I+VVFョ,":,>SVP:
q%2:°メ+_1_":_/V/±の+Vq,±ど:+±,:#e:?w,qxミメq:1=V%
以:1?+ミVheー:toV%_:V=9ミシ::slq%ミq4HQS::q"VF:"/:q"”:%Q
±iy"1q%う?qH
/:Qqに=V?:;VqQ+a%yaY"; I 4+ o6=Q;_E_YEqドに_?"$
式中X为电阻应变计灵敏系数,一般为yB左有,C
随着煤炭产机械化程度的不断提高,大型采掘设备
即是应变计相刈变化量D
在井下的应用越来越普遍,迫使芢道断面逐潮增大,采面推
通过平衡电桥将应交计电阻值因受力変化而变化的结
进速度不断加快,巷道广泛采用锚索杅联合支护但为果转换成电信号进行分析处埋,以反映被测对象受力情
确保安仝,要对巷道顶板受力进行监测,以防和减少冒况
事故的发生本文介绍了种以单片机为.控模块具有数
木文研究的静态数字电阻应变仪硬件原埋如图o所示
括采集》存储和査询等功能的锚索()静心数字电阻应变
电日命集,
显示与运行
仪,并着重対其信号调理电路进行了详细分析
AT8952
单片机
应变信号检测原理
操作核键
数据存储单元
系銃
应变仪依据应变电阻受力作用ド的变化规律
「本安电源
UsB通信接口上位机
图o应变仪便件原理图
收稿日:yioo「ooi
第1期
下海潮,等:一种新型矿用错素(杆)静态电阻应変仪的研究
数字电阻应变仪以井巷用电阻成变式锚索测力计的井关管p。为了半衡成变电阻测试桥臂选通开关管的
G-wihi作一次仪表为例进行河述,该测力计内部有y只导通阻偵的影响,以提高测试数椐的准确性同时当应变
测力应变计,如图y所示平衡电桥采用惠斯登电桥,如仪没有进行数据采集?,各开关管都处才截止状态,较其他
?tIl
形式电桥采集电路而言,该结构降低了桥臂电阻对电源的
功耗?电桥输出信号经高精度运放iy差分(减法)
放人后进行滤波处埋
体应变电阻
变电阻
图pT8wml型锚測力计与结构筒图
+)-/7ーーてT8Wmlク/
-+
L电桥多路切換测试与信号放大电路
-Q/-Z/
度补偿
yet有源低通淞淑电路
应变仪的测量俏为缓慢变化的应力,电桥输出电压为
微伏级的低频信号,为防止高频下扰,设计了由低噪声精密
运算放大器 if I yyy构成的有源低通滤波器,如图10
通过合理选择电阻与电容值设置截止频率为ohY滤淑
应变电阻
处理后的信号,经高精度4M转换器? f got h后送单片机
图m惠斯登电桥电路
处坦
日t中温度补偿电阻V、与应变电阻。为相同材质》
相同阻值(oyi),其作用是抵消V。受流度变化的影响,为
nc26
AD
计算分析方便,V1,V阻俏也収oyi,为精度ico6的普通
金属嫫电阻器]由于测试桥臂有多只成变计,故以康线表
明T作时要进行切换
p应变仪信号调理电路
?r低通滤激器(带信号放大)
电桥基准电压源
1软件设计
Cx本安电源经低叻耗稳压二极管「1料key处理
变仪软件采用语言编制,以模块化程序结构》循环
后构成 d oey z和 c oey 2电压源为应变仪电桥供电?
描方式进行信号采集及数据处理,主程序如图g所小?
Zt* huey稳下oeyz,原始精度达o6,作电流h4
n抗干扰技术
yi&4,其工作原埋如图m所
由于被测信号十分微小,为避免由接地线公共阻抗造
成的窜扰,电路釆取并联一点接地技术,模拟地与数字地最
终通过零欧电阻点相连,提高应变仪的抗扰性:能口
12V
为避免通过场效成管从·个通道切換到另?个通道
IM85-1.2
M585-1
时,其自身导通U截止与截止山导通过渡时间和由此『能产
生的冲击信号影响,发出选通脉沖延时约oi&_后才开始采
图n电压源电路原埋图
集4转换器的电爪值,以确保测量数据真实准确"n
不文采用精度为(icih6ico)oi'的标准成变
yey电桥多路测试与信号放人电路
模拟仪wU~ytil应变仪上述指标进行测试,并通过対软
为获取测力铺索(杅)各段受力情况,本文采用场效应件修止,解决了实验中出堄的词题]实验数据如表o
开关管来切换各段应变计与电桥的通断',从而获取整个实验表明本应变仪稳定性》线性度良好,精度达到ie6》零
锚素(杆)的受力载荷,其原理凡图l图中v1,。桥臂串接位漂移不大于 0 oi"M/,满足设计要求