[實用新型]一種用于頂板離層監(jiān)測的分段自電容式位移傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320284127.1
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN203259107U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 王東;李風珍;賈存華;孫春偉;鄭銅鏢;朱躍琴
• 申請（專利權(quán)）人: 山西煤炭運銷集團有限公司;山西煤炭運銷集團科學技術(shù)研究有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于煤系地層礦井井下巷道頂板離層監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于頂板離層監(jiān)測的分段自電容式位移傳感器。

背景技術(shù)

?目前煤系地層礦井井下巷道頂板圍巖離層監(jiān)測所涉及到的傳感器主要是位移傳感器，按監(jiān)測原理，位移傳感器可分為電阻式位移傳感器、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器、光柵、磁柵、容柵位移傳感器和磁致伸縮位移傳感器等幾類。其中，研究較多的是：1)?電阻式位移傳感器。該類傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、采集方便等特點；2)?光電、磁電脈沖編碼位移傳感器。該類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，實質(zhì)是一個增量位移傳感器，不能記錄絕對位置，當微處理器受干擾發(fā)生復位時，該類傳感器將無法確定絕對位置；3)?光柵位移傳感器。該類傳感器成本較高，精度可達μm級，但如此高的監(jiān)測精度并不適合礦井井下巷道的頂板圍巖離層監(jiān)測。

電容式傳感器具有耗散功率小、輸出阻抗低、靜電引力小、動態(tài)性能好和靈敏度高等特點，電容的容量與兩極板之間的距離成反比，與兩極板之間的介電常數(shù)成正比，利用這一特性，可以做成各種類型的電容式傳感器。當測量位移較大時，電容式傳感器主要為變介質(zhì)電容式位移傳感器和變面積電容式位移傳感器等兩種，其中：1)?變介質(zhì)電容式位移傳感器的兩極板為平行固定極板，兩極板之間的距離為定值，相對介電常數(shù)的電介質(zhì)以不同深度插入兩平行極板之間，從而改變兩種電介質(zhì)的介電常數(shù)；2)?變面積電容式位移傳感器的一個極板為固定極板，另一個為滑動極板，通過滑動極板的移動改變兩極板之間的相對覆蓋面積。如果將這兩種現(xiàn)有的電容式傳感器用于礦井井下巷道圍巖頂板離層監(jiān)測，可采用深基點和淺基點的測繩拖動電介質(zhì)或滑動極板，從而實現(xiàn)頂板位移的測量，但缺點主要為：1)?這兩種電容式傳感器的長度應大于2倍待測長度，導致該傳感器長度過大；2)?測量絕對誤差隨著待測長度的增加而增加。就傳感器長度而言，這兩種電容式傳感器均無法減小長度；就測量絕對誤差而言，這兩種電容式傳感器可以通過提高電路的復雜程度以減小測量絕對誤差，但會導致成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種用于礦井井下巷道圍巖頂板離層監(jiān)測的分段自電容式位移傳感器，以減小電容式位移傳感器的長度，并且在不提高電路復雜程度的情況下提高頂板離層的監(jiān)測精度。

為達到上述目的，本實用新型采用如下解決方案：一種用于頂板離層監(jiān)測的分段自電容式位移傳感器，包括固定極板、滑動極板、測繩和電容測量電路，其特征在于：固定極板為分段式導電單元結(jié)構(gòu)，數(shù)量為2—50塊，每塊長度為L，寬度為B，100mm>L>4mm，100mm>B>4mm，形狀為圓形或方形，材料為金屬導電材料；滑動極板長度為M，寬度為A，數(shù)量為一塊，且A>B，2L>M>L，形狀為圓形或方形，材料為金屬導電材料，位移測量時滑動極板最多只能覆蓋兩塊分段式固定極板；每塊分段式固定極板均通過多路器與電容測量電路連接，多路器為模擬開關(guān)；滑動極板與電容測量電路連接，并且連接測繩。

本實用新型提供了一種用于礦井井下巷道圍巖頂板離層監(jiān)測的分段自電容式位移傳感器，為了減小電容式位移傳感器的長度，本實用新型采用分段式固定極板；為了在不提高電路復雜程度的情況下提高傳感器的監(jiān)測精度，本實用新型采用自電容技術(shù)，即固定極板接電容測量電路中用于切換固定極板的多路器，滑動極板直接連接電容測量電路。

本實用新型的原理為：滑動極板與已覆蓋的兩塊固定極板之間的電容分別為C_i、C_i+1

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式中：δ為絕緣材料厚度；ε為介電常數(shù)；X為滑動極板與已覆蓋的第一塊固定極板的相對位移。

將公式(1)與公式(2)相比，得

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由公式(3)，得

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由公式(4)中可以看出，只要測量并計算出滑動極板與已覆蓋的兩塊固定極板之間的電容比值，就可求得滑動極板與已覆蓋的第一塊固定極板的相對位移，可以消除介電常數(shù)和絕緣材料厚度的變化對測量精度的影響。

根據(jù)第i塊固定極板的位置，及滑動極板與已覆蓋的第一塊固定極板的相對位移X，得到滑動極板的總位移

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