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申请/专利权人：山东光安智能科技有限公司

摘要：一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，包括壳体、钢丝绳滚轮机构、可视化指针传递机构；其特征在于：所述可视化指针传递机构包括固定在第一旋转轴上的第三齿轮和第四齿轮，第一旋转轴、第三齿轮和第四齿轮过盈连接为整体并可旋转，第二齿轮啮合第三齿轮；第四齿轮啮合第五齿轮，第五齿轮和第六齿轮固定在第二旋转轴上，第五齿轮、第六齿轮和第二旋转轴过盈连接为整体并能转动；第六齿轮啮合第七齿轮，第七齿轮固定在第三旋转轴上；第三旋转轴的一端与表针过盈连接。本发明结构及制造工艺简单、故障率低，将钢丝绳的拉伸量与指针变化量对应，解决了井下的可视化显示问题，还解决了传感器钢丝绳的工程化安装及回收问题。

主权项：1.一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，包括壳体、钢丝绳滚轮机构、可视化指针传递机构；壳体（1）设有前轴承支撑架（2）、中间轴承支撑架（3）、后轴承支撑架（4）；钢丝绳滚轮机构设置第二齿轮（9）；其特征在于：所述可视化指针传递机构包括固定在第一旋转轴上的第三齿轮（10）和第四齿轮（11），第一旋转轴（5）、第三齿轮和第四齿轮过盈连接为整体并可旋转，第二齿轮啮合第三齿轮；第四齿轮啮合第五齿轮（12），第五齿轮和第六齿轮（13）固定在第二旋转轴（6）上，第五齿轮、第六齿轮和第二旋转轴过盈连接为整体并能转动；第六齿轮啮合第七齿轮（14），第七齿轮固定在第三旋转轴（7）上；第三旋转轴的一端与表针（18）过盈连接；所述钢丝绳滚轮机构还设有滚轮（15）和第一齿轮（8）；第一齿轮位于滚轮（15）和第二齿轮（9）之间，第一齿轮刚性固定在滚轮一侧；所述滚轮与第二齿轮分别位于中间轴承支撑架的两侧，第一齿轮与滚轮位于中间轴承支撑架的同侧；前轴承支撑架与后轴承支架之间还设置中间轴（16），中间轴一端固定在前轴承支撑架上，另一端穿过中间轴承支架，与后轴承支架固定；滚轮（15）、第一齿轮（8）及第二齿轮（9）设置在中间轴（16）上并可相对中间轴转动；前轴承支撑架上还固定设置有支撑套（19），中间轴（16）一端固定在支撑套内，中间轴在支撑套内径向固定但可以轴向移动，滚轮另一侧中间轴的一端设置锁紧轴（20），锁紧轴上设置旋转摇柄（21）；通过旋转摇柄将滚轮（15）、第一齿轮（8）、第二齿轮（9）及中间轴（16）拉出一定距离，使第二齿轮与第三齿轮（10）脱离配合；操作完毕通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、第二齿轮及中间轴恢复原位。

全文数据：一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器技术领域本发明涉及煤矿安全检测技术领域，尤其涉及一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器。背景技术近年来，随着国民经济的高速发展，对煤炭的需求逐年成倍的增长，随着煤矿高效开采，矿井开采的地质环境也越来越复杂，深部开采的矿井越来越多，导致开采工艺复杂化、顶板管理难度加大；在对矿山压力监控的过程中，由于种种客观和主观的的原因，而造成采场下沉，局部顶板冒落等事故不断发生，严重影响了矿山的生产、运输，以及矿工的人身安全。有关资料表明，顶板事故是煤矿运输最严重的事故，所以搞好顶板事故的预防是目前煤矿生产技术管理和安全管理工作中一个十分重要的课题。传统的矿压检测装置不完备，抗干扰能力差，传感器技术落后，无法本地实时动态显示，随着矿井的深部开采，现有传感器量程无法满足现场实际需要，光纤光栅传感器数据无法本地实时显示顶板离层的变化量等往往造成矿井安全监控不到位。发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，该传感器能实时在线显示顶板离层的变化量，现场无源可视。本发明的技术方案为：一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，包括壳体、钢丝绳滚轮机构、可视化指针传递机构；壳体设有前轴承支撑架、中间轴承支撑架、后轴承支撑架；钢丝绳滚轮机构设置第二齿轮；其特征在于：所述可视化指针传递机构包括固定在第一旋转轴上的第三齿轮和第四齿轮，第一旋转轴、第三齿轮和第四齿轮过盈连接为整体并可旋转，第二齿轮啮合第三齿轮；第四齿轮啮合第五齿轮，第五齿轮和第六齿轮固定在第二旋转轴上，第五齿轮、第六齿轮和第二旋转轴过盈连接为整体并能转动；第六齿轮啮合第七齿轮，第七齿轮固定在第三旋转轴上；第三旋转轴的一端与表针过盈连接。进一步，为了便于设置内部结构并顺利运行，所述第一旋转轴、第二旋转轴及第三旋转轴均固定在前轴承支撑架和中间轴支撑架之间，第三旋转轴的一端通过前轴承支撑架与表针过盈配合。进一步，为了实现齿轮间的啮合，所述第一旋转轴、第二旋转轴及第三旋转轴互相平行设置。进一步，为了密封防水，也便于观察指针的移动数据，前轴承支撑架设有透明有机玻璃可视化窗体，窗体内设有表盘。进一步，所述钢丝绳滚轮机构还设有滚轮和第一齿轮；第一齿轮位于滚轮和第二齿轮之间，第一齿轮刚性固定在滚轮一侧。进一步，为了使第二齿轮与第三齿轮啮合，方便内部结构的位置安排与运行，所述滚轮与第二齿轮分别位于中间轴承支撑架的两侧，第一齿轮与滚轮位于中间轴承支撑架的同侧。进一步，为了便于设置滚轮，前轴承支撑架与后轴承支架之间还设置中间轴，中间轴一端固定在前轴承支撑架上，另一端穿过中间轴承支架，与后轴承支架固定。进一步，滚轮、第一齿轮及第二齿轮设置在中间轴上并可相对中间轴转动。进一步，为了使钢丝绳滚轮机构可以重复安装使用，降低成本，便于操作，前轴承支撑架上还固定设置有支撑套，中间轴一端固定在支撑套内，中间轴在支撑套内径向固定但可以轴向移动，滚轮另一侧中间轴的一端设置锁紧轴，锁紧轴上设置旋转摇柄；通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、第二齿轮及中间轴拉出一定距离，使第二齿轮与第三齿轮脱离配合；操作完毕通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、中间轴恢复原位。进一步，为了实现钢丝绳滚轮机构的导向功能，和不同的传感器组合钢丝绳滚轮机构，确保两个组合的传感器模块的钢丝绳的缠绕方向一致，所述滚轮左右两侧各设有一组钢丝绳导向轴。进一步，为了使钢丝绳滚轮机构的第二齿轮齿轮更容易与第三齿轮齿轮啮合，分担轴向弹力；也为了承担轴向压力，减少滚轮与弹簧间的摩擦，所述滚轮与锁紧轴之间的中间轴上还设有压缩弹簧和平面轴承。本技术方案的有益效果为：本发明结构及制造工艺简单、故障率低，可视化指针机构实现了将钢丝绳的拉伸量与指针变化量对应，解决了无源光纤光栅传感器无法现场实时显示难题，解决了井下的可视化显示。还解决了传感器钢丝绳的工程化安装及回收问题，利用独特的机械结构实现传感器的钢丝绳现场反复安装，提高了传感器的利用率，降低成本。附图说明图1为本发明提供传感器的结构示意图；图2为本发明提供传感器的结构示意图；图3为本发明提供传感器的表针示意图；图中，1.壳体，2.前轴承支撑架，3.中间轴承支撑架，4.后轴承支撑架，5.第一旋转轴，6.第二旋转轴，7.第三旋转轴，8.第一齿轮，9.第二齿轮，10.第三齿轮，11.第四齿轮，12.第五齿轮，13.第六齿轮，14.第七齿轮，15.滚轮，16.中间轴，17.可视化窗体，18.表针，19.支撑套，20.锁紧轴，21.旋转摇柄，22.钢丝绳导向轴，23.压缩弹簧，24.平面轴承。具体实施方式下面结合附图和实施例作进一步说明。一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，包括壳体、钢丝绳滚轮机构、可视化指针传递机构。如图1和图2和图3所示，传感器本体包括外部的壳体1，壳体设有前轴承支撑架2、中间轴承支撑架3、后轴承支撑架4，支撑架将传感器内部分成两个大空腔，主要起支撑固定和容纳内部结构的作用。钢丝绳滚轮机构包括第二齿轮9，第二齿轮位于中间轴承支撑架与前轴承支架之间。所述可视化指针传递机构位于前轴承支撑架2和中间轴承支撑架3之间，包括三个互相平行的旋转轴、固定在旋转轴上的齿轮以及固定在前轴承支撑架上的透明有机玻璃可视化窗体20，窗体内设有表盘，有刻度和表针。第一旋转轴5的一端固定在前轴承支撑架上，可以旋转；第一旋转轴5的另一端部固定在中间轴承支撑架上，该端部还依次固定着第三齿轮10和第四齿轮11，第一旋转轴、第三齿轮和第四齿轮过盈连接为整体并能转动；具体的，第三齿轮和第四齿轮套在第一旋转轴上并固定。第二旋转轴6与第一旋转轴5平行，第二旋转轴的一端固定在前轴承支撑架上，第二旋转轴可以旋转；第二旋转轴的另一端部固定在中间轴承支撑架上，第二旋转轴上依次固定着第五齿轮12和第六齿轮13，第五齿轮、第六齿轮和第二旋转轴过盈连接为整体并能转动。第四齿轮啮合第五齿轮，第四齿轮转动带动第五齿轮转动，进而第六齿轮和第二旋转轴一起转动。第六齿轮啮合第七齿轮14，第七齿轮刚性固定在第三旋转轴7上，第三旋转轴7与第二旋转轴6平行，第三旋转轴7的一端固定在前轴承支撑架上，且该端部与表针18过盈配合，在第三旋转轴该端部开有装配孔，用于装配表针；第三旋转轴的另一端固定在中间轴承支撑架上。第六齿轮转动带动第七齿轮转动，进而第三旋转轴转动，第三旋转轴带动表针移动。可理解的，在固定第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮的旋转轴上，还对应着第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮及第七齿轮设置有轴承，各个轴承设置在相应齿轮的一侧。钢丝绳滚轮机构还设有与第二齿轮刚性固定的滚轮15，滚轮位于中间轴承支撑架3与后轴承支架4之间；前轴承支撑架与后轴承支架之间还设置中间轴16，中间轴一端固定在前轴承支撑架上，另一端穿过中间轴承支架，与后轴承支架固定为一体；滚轮设置在中间轴上并能相对中间轴转动，中间轴固定不转动。滚轮和第二齿轮分别位于中间轴承支撑架的两侧，在二者之间的中间轴承支撑架的相应位置开孔，便于将滚轮与第二齿轮固定，中间轴承支撑架还能起到支撑固定作用。滚轮和第二齿轮之间还设有第一齿轮8，第一齿轮8与滚轮15一侧刚性固定，第一齿轮与滚轮位于中间轴承支撑架的同侧；这样，滚轮15、第一齿轮8及第二齿轮9设置在中间轴16上并可相对中间轴转动，中间轴16与滚轮、第一齿轮、第二齿轮为间隙配合，既起到支撑作用，又不影响转动。中间支撑架与第一齿轮、第二齿轮不接触，中间支撑板不影响第一齿轮和第二齿轮的转动。滚轮上缠绕着钢丝绳，钢丝绳的另一端通过传感器的外部机构固定锚爪固定于岩体或者煤体中。钢丝绳滚轮机构的第二齿轮9啮合第三齿轮10，当岩体或者煤体发生变形，拉动钢丝绳，钢丝绳被拉伸带动滚轮15转动，第一齿轮8、第二齿轮9转动，为第一级传动，进而第三齿轮10、第四齿轮11、第一旋转轴5转动；第四齿轮啮合第五齿轮，进而第五齿轮12、第六齿轮13和第二旋转轴6转动，实现第二级传动；第六齿轮啮合第七齿轮14，进而第七齿轮14、第三旋转轴7转动，实现第三级传动，第三旋转轴带动表针转动最终将顶板拉动钢丝绳的拉伸位移量反馈到表针旋转的角度上，通过码盘实时显示出来。通过三级周长变比运动，最终把滚轮的多圈转动变成表盘指针90°的转动。上述的传感器为单个传感器的结构，传感器分为深基点测量传感器和浅基点测量传感器，深基点测量传感器和浅基点测量传感器的内部结构一致，二者组合使用。传感器前轴承支撑架的外侧固定着表盘，表盘上设置位移刻度，有指针指向刻度表；图3所示为传感器的前面板，不锈钢防水密封壳体有两套透明有机玻璃可视化窗体17，包括深基点测量传感器和浅基点测量传感器的窗体，上面均设有表盘刻度。当深基点与浅基点的两根钢丝绳受力拉动时，可以通过透明可视窗体查看指针旋转位移相应的变化，实时、清楚明了。有机玻璃上面开有微调孔，运行时有硅胶堵头密封，传感器现场安装时，拨出该堵头用一字螺丝刀微调表针调零。传感器前面的视窗，采用了胶皮圈加有机玻璃加胶皮圈加金属压板结构，最终用螺母压紧；在传感器的后盖设有H型导水槽加密封圈结构进行密封，使得传感器在现场不受渗水和喷淋水等影响，保证了传感器运行稳定可靠。优选的，前轴承支撑架上还固定设置有支撑套19，中间轴16一端固定在支撑套内，另一端穿过后轴承支撑架，中间轴在支撑套内径向固定但可以轴向移动，满足当中间轴被拉出一段距离时，仍能被支撑套支撑固定。滚轮另一侧中间轴的一端设置锁紧轴20，锁紧轴固定在后端支撑板4上，锁紧轴一部分位于后端支撑板的外侧，也就是壳体的外侧。锁紧轴上设置旋转摇柄21，旋转摇柄也位于壳体的外侧，旋转摇柄21类似操作把手。通过旋转摇柄将滚轮15、第一齿轮8、第二齿轮9及中间轴16拉出一定距离，使第二齿轮与第三齿轮10脱离配合；操作完毕通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、第二齿轮及中间轴恢复原位。需要更换钢丝绳时，将旋转摇柄21与锁紧轴20解除锁定，通过旋转摇柄作用于中间轴16，将滚轮及第一齿轮、第二齿轮及中间轴拉出一定距离，使第二齿轮与第三齿轮脱离配合；中间轴在支撑套内轴向移动、但仍由支撑架固定支撑着；此时钢丝绳滚轮机构为独立的结构，滚轮可以随意旋转缠绕钢丝绳，不会影响传感器内部的其他机构，能保证可视化指针显示机构不随之变动，实现传感器的钢丝绳现场工程化反复安装。缠绕钢丝绳操作完毕后，通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、第二齿轮及中间轴恢复原位。第二齿轮与第三齿轮啮合，中间轴回到支撑套原位置。压缩弹簧23设在滚轮与锁紧轴之间的中间轴上，位于壳体内部，压缩弹簧23就是设置在中间轴上的弹簧，有伸缩功能。可理解的，压缩弹簧能分担一部分轴向弹力，使钢丝绳滚轮机构的活动部件更容易恢复原位，第二齿轮啮合第三齿轮。为了承担轴向压力，减少滚轮与弹簧的摩擦，滚轮与压缩弹簧间的中间轴上设有平面轴承24。作为更优的技术方案，实现钢丝绳滚轮机构的导向功能，通过两组钢丝绳导向轴22实现，钢丝绳导向轴固定在壳体上，具体固定在中间支撑板3和后端支撑板4之间，位于滚轮的左右两侧，钢丝绳导向轴是中空的管状结构，中间能使钢丝绳通过，起到导向的作用。单个传感器的滚轮的左右两侧分别设有一个钢丝绳导向轴。滚轮上的钢丝绳的缠绕方向都是顺时针方向，这样当两个传感器组合使用时，钢丝的出线口一个在滚轮左侧，一个在滚轮右侧，通过钢丝绳导向轴分别从两个滚轮的左侧和右侧垂直出绳，达到了多组传感器组合滚轮，确保组合使用的传感器模块的钢丝绳的缠绕方向一致。装配时不用考虑哪个传感器放左面，哪个传感器放右面，每个传感器有两个导向轴，两个传感器随便转配，最后钢丝绳垂直出线，到达传感器本体的外部构件，再结合两个固定锚爪分别把一路安装到顶板的岩体内（深基点），另外一路安装到煤体内（浅基点）。传感器还设有应变测量机构，应变测量机构与第一齿轮配合连接。应变测量机构用于远程监控预警。以上为本技术方案的一般性原理，通过改变齿轮大小、个数及传动级数同样可实现可视化显示实例，所应理解的是，本发明创造将不限于本文所示的这些实例，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种矿用大量程光纤光栅无源可视顶板离层传感器，包括壳体、钢丝绳滚轮机构、可视化指针传递机构；壳体（1）设有前轴承支撑架（2）、中间轴承支撑架（3）、后轴承支撑架（4）；钢丝绳滚轮机构设置第二齿轮（9）；其特征在于：所述可视化指针传递机构包括固定在第一旋转轴上的第三齿轮（10）和第四齿轮（11），第一旋转轴（5）、第三齿轮和第四齿轮过盈连接为整体并可旋转，第二齿轮啮合第三齿轮；第四齿轮啮合第五齿轮（12），第五齿轮和第六齿轮（13）固定在第二旋转轴（6）上，第五齿轮、第六齿轮和第二旋转轴过盈连接为整体并能转动；第六齿轮啮合第七齿轮（14），第七齿轮固定在第三旋转轴（7）上；第三旋转轴的一端与表针（18）过盈连接。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述第一旋转轴、第二旋转轴及第三旋转轴均固定在前轴承支撑架（2）和中间轴支撑架（3）之间，第三旋转轴（7）的一端通过前轴承支撑架（2）与表针（18）过盈配合。3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述第一旋转轴、第二旋转轴及第三旋转轴互相平行。4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：前轴承支撑架设有透明有机玻璃可视化窗体（17），窗体内设有表盘。5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的传感器，其特征在于：所述钢丝绳滚轮机构还设有滚轮（15）和第一齿轮（8）；第一齿轮位于滚轮（15）和第二齿轮（9）之间，第一齿轮刚性固定在滚轮一侧。6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于：所述滚轮与第二齿轮分别位于中间轴承支撑架的两侧，第一齿轮与滚轮位于中间轴承支撑架的同侧。7.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于：前轴承支撑架与后轴承支架之间还设置中间轴（16），中间轴一端固定在前轴承支撑架上，另一端穿过中间轴承支架，与后轴承支架固定；滚轮（15）、第一齿轮（8）及第二齿轮（9）设置在中间轴（16）上并可相对中间轴转动。8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于：前轴承支撑架上还固定设置有支撑套（19），中间轴（16）一端固定在支撑套内，中间轴在支撑套内径向固定但可以轴向移动，滚轮另一侧中间轴的一端设置锁紧轴（20），锁紧轴上设置旋转摇柄（21）；通过旋转摇柄将滚轮（15）、第一齿轮（8）、第二齿轮（9）及中间轴（16）拉出一定距离，使第二齿轮与第三齿轮（10）脱离配合；操作完毕通过旋转摇柄将滚轮、第一齿轮、第二齿轮及中间轴恢复原位。9.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述滚轮左右两侧各设有一组钢丝绳导向轴（22）。10.根据权利要求8所述的传感器，其特征在于：所述滚轮与锁紧轴之间的中间轴上还设有压缩弹簧（23）和平面轴承（24）。

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