[发明专利]矿用钻孔矢量应力传感器

说明书

一、技术领域： 

本发明涉及一种应力传感器，尤其是涉及一种矿用钻孔矢量应力传感器。

二、背景技术： 

背景技术中，在煤炭开采行业，煤层开采使地层发生形变，在不清楚开采层位可承压大小时盲目开采，容易造成煤层因不可承受上层压力而塌方，造成矿井事故，严重威胁矿工的财产及生命安全。

矿用钻孔矢量应力传感器主要用来测量煤矿预留煤柱应力的变化，或用来测量基坑岩体或土基础，在开挖前后应力的变化情况，是煤矿工作面矿压观测必选仪器设备之一。 

目前国内外已有不少企业及个人针对钻孔应力测量这一领域进行了探索和研究，并相继推出了各类具有不同功能特点的钻孔应力计。泰安市宏达矿压机械有限公司生产的ZYJY-10油压枕式钻孔应力计和数显钻孔应力计、北京中西泰安技术服务有限公司的TW69-Z-1钻孔应力计、山东赛森科技有限公司的ZKCL钻孔应力计、泰安市鲁洲机械电子设备有限公司的ZYJ-25钻孔应力计等在不同程度上都代表了国内应力计这一技术领域的发展方向，并具有一定的自身优势，但同时也存在一定的缺陷： 

1、易损坏，一般传感器芯体采用应变片设计，在安装过程中就容易被损坏；

2、不易安装，传感器方向难以确定。一般传感器在安装过程中，需要在竹竿上刻录轴向来确定传感器方向，操作比较麻烦，费时费力。

三、发明内容： 

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种矿用钻孔矢量应力传感器，其结实耐用，安装方便，实现全向矢量测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ： 

一种矿用钻孔矢量应力传感器，其特征在于：包括外壳，外壳内设置有芯体，芯体上设置有与芯体连接的集成电路模块，芯体包括平衡梁固定架，平衡量传感器固定在平衡梁固定架上，平衡量传感器上设置有测力螺母。

上述平衡量传感器设置有三个，三个平衡梁传感器之间为120°夹角固定。 

上述集成电路模块为两块A/D转换模块和一块电子罗盘模块，分别与平衡量传感器连接。 

上述外壳选用不锈钢材料。 

上述芯体和集成电路模块设置在外壳内部，外壳两端灌胶密封。 

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下： 

1、传感器的每个平衡梁传感器上各安装有一个面积为1cm²的测力螺母，通过测力螺母受力挤压平衡梁传感器，可计算出每个平衡梁传感器在单位面积上所受压力，即应力。

2、传感器拥有3个夹角为120°的平衡梁传感器特殊设计，实现同一平面上的全方向综合测力。对一个钻孔内3个方向的应力通过综合矢量计算，求出最大主应力及最小主应力。 

3、传感器中间增加电子罗盘部分，新增了力的方向判断能力。在计算出最大主应力及最小主应力同时，可以判断出最大主应力及最小主应力的方向。 

4、可进行远程传输。配套的地面数据处理软件接收采集到的应力数据，以列表、曲线图、报表等方式显示并分析处理。 

5、传感器采用不锈钢外壳，结实耐用，在安装过程中，不会因为恶劣的安装使用环境而被损坏。 

四、附图说明： 

图1是矿用钻孔矢量应力传感器的总结构图。

图2是矿用钻孔矢量应力传感器的芯体结构图。 

图3是矿用钻孔矢量应力传感器的芯体A—A剖视图； 

图4是矿用钻孔矢量应力传感器的芯体的立体图。

图中，1.外壳，2.芯体，3.集成电路模块，4.平衡梁传感器，5.测力螺母，6.压力计后盖，7.电缆，8.电缆锁头，9. 平衡梁固定架。 

五、具体实施方式： 

本发明为一种矿用钻孔矢量应力传感器，其芯体采用夹角为120°三个平衡梁传感器，每个平衡梁传感器上各安装有一个1cm²的测力螺母，并在电路中增加电子罗盘部分，可计算出某一平面上的最大主应力及方向、最小主应力及方向，并可进行远程传输，解决了现有技术中传感器芯体容易损坏、测量方向单一、数据不可提取的技术问题。