[發明專利]一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202011581626.8
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112665982A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李振華;王文強;杜鋒;程志恒;焦小建;汪隆靖;高陽;楊鋒
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置，其特征在于：包括柔性壓力帶、多通道信號接收器、信號放大器和數據存儲分析儀，其中柔性壓力帶包括呈矩形的上硅膠薄片和下硅膠薄片，上硅膠薄片和下硅膠薄片之間矩形陣列布置有若干個柔性壓力傳感器，柔性壓力帶平鋪埋設于相似模擬實驗臺內，柔性壓力傳感器與多通道信號接收器的信號輸入端相連，多通道信號接收器的信號輸出端通過信號放大器與數據存儲分析儀連接，數據存儲分析儀對相似模擬實驗臺內部壓力場變化的實時顯示和記錄。

2.根據權利要求1所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置，其特征在于：沿上硅膠薄片和下硅膠薄片寬度方向對應的若干個柔性壓力傳感器為一列傳感器組，每列傳感器組均通過扁平傳輸線串聯，每五列傳感器組的扁平傳輸線集成為一束信號輸出線對應連接到多通道信號接收器的信號輸入端。

3.根據權利要求1所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置，其特征在于：多通道信號接收器包括集成電路板，集成電路板上設有CPU、信號輸出端、電源接口、電源開關、壓力顯示屏、集成電路板、信號輸入端和矯正旋鈕；信號輸入端實時收集壓力數據通過壓力顯示屏顯示柔性壓力傳感器測試到的壓力值。

4.根據權利要求2所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置，其特征在于：信號放大器包括集成信號輸出端、信號集成裝置和單信號輸入端。

5.根據權利要求2所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置，其特征在于：數據存儲分析儀包括存儲運行器、鍵盤、鼠標和顯示器。

6.采用如權利要求5所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置的使用方法，其特征在于：包括以下步驟，

（1）在相似模擬實驗臺內平鋪柔性壓力帶，在柔性壓力帶上方攤鋪相似模擬材料；

（2）使用多個多通道信號接收器，將穿出相似模擬實驗臺的每束信號輸出線對應與一個多通道信號接收器的信號輸入端連接，同時將每個多通道信號接收器的信號輸出端對應與信號放大器的一個單信號輸入端連接，信號放大器的集成信號輸出端與數據存儲分析儀連接；

（3）多通道信號接收器的電源接口連接7v電壓電源，打開電源開關，每個壓力顯示屏上就會顯示五列傳感器組的數值，在實驗開始前，旋轉矯正旋鈕，對柔性壓力傳感器進行調零，之后可開始實驗；

（4）對相似模擬實驗臺內的相似模擬材料施加模擬煤礦井下煤層受到的壓力，柔性壓力傳感器將該壓力信號數據以電信號的方式傳遞給多通道信號接收器，多通道信號接收器的壓力顯示屏可顯示壓力的大小，也進一步將信號傳遞給信號放大器，信號集成裝置將信號轉換為集成信號并將信號得到進一步放大輸送給數據存儲分析儀；

（5）對相似模擬材料中的模擬煤層進行開挖，使得相似模擬實驗臺內原有的壓力場發生變化，柔性壓力傳感器可將監測到動態的壓力數據以電信號的方式傳遞給多通道信號接收器，多通道信號接收器的壓力顯示屏可顯示壓力的大小，也進一步將信號傳遞給信號放大器，信號得到進一步放大輸送給數據存儲分析儀，數據存儲分析儀接收并記錄來自壓力帶各柔性壓力傳感器的壓力值，基于等高線計算方法，實時計算出壓力等高線和各壓力帶上的壓力場，在數據存儲分析儀上完成數據的顯示和分析，并繪制出壓力等高線和壓力場云圖，并將數據保存起來備調用。

7.根據權利要求6所述的一種監測相似模擬煤層底板壓力場變化的裝置的使用方法，其特征在于：步驟（1）中平鋪柔性壓力帶的具體過程為：先將下硅膠薄片平鋪在相似模擬實驗臺內，然后在下硅膠薄片上放置已經通過扁平傳輸線連接好的若干列傳感器組，將扁平傳輸線拉直并將所有的柔性壓力傳感器呈矩形陣列布置，然后再將上硅膠薄片鋪設到柔性壓力傳感器上部并將其覆蓋。