[发明专利]填充体应力传感器

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种应力传感器，尤其是涉及一种填充体应力传感器。

二、背景技术：

背景技术中，随着煤炭在我国能源产业中主导地位的日益凸现，近年来，我国煤矿开采规模不断扩大，开采范围相应增加，使得采空区面积逐渐扩大。而目前我国煤矿企业在大多数情况下还是采用人工放顶方法管理顶板，开采过后对采空区不采取任何措施，根据开采沉陷学原理，这样开采后地面沉陷将达到煤层采出厚度的65%～95%。正是这种不加控制的开采方式，直接导致地面建筑物破坏、河流断流、地下水位下降、井下安全失控等一系列“黑色灾难”的发生。

在深层开采时，采空区处于“水--岩石--采空区--岩石--水”的中间位置，在重力和应力作用下，容易产生裂隙和断移，地下水乘虚而入，通过裂隙向采空区渗漏，这又加速了覆岩的破坏，引起岩层和地表移动，最终形成了采空塌陷区，对井下安全造成极大威胁。

为了杜绝以上事故的发生，必须对采空区进行填充，填充后虽然可暂时杜绝了以上事故的发生，但经过长年累月的搁置，填充区变形仍可导致地表塌陷，地下水渗透，对人民的生命及财产造成威胁。因此，对采空区进行填充后，必须对填充区进行实时监测以检测填充效果。在检测填充效果，对采空区受力情况进行分析时，专业领域需要求出弹性模量，弹性模量公式为：

---------（1）

公式中，弹性模量必须有应力和移近量相比得出，因此，必须研究一种测量填充体所受应力的设备，即测量公式（1）中应力的设备。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种填充体应力传感器，其能在填充体内测量来自各方的受力大小并进行远程传输，准确的检测填充效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ：

一种填充体应力传感器，包括壳体，壳体内设置有集成电路模块，其特征在于：壳体内设置有芯体，芯体上端设置有受力件，芯体与集成电路模块连接，集成电路模块并与设于壳体外部的上位机连接。

上述壳体由上壳体和下壳体连接构成，受力件设于上壳体内，芯体设于下壳体内。

上述上壳体与受力件的连接处设置有密封圈。

上述下壳体上设置有出线头，出线头上设置有橡胶套。

上述传感器芯体采用称重传感器芯体。

上述集成电路模块与上位机连接。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1. 传感器芯体采用称重传感器，比一般的应变片更结实耐用；

2. 在结构设计时加入密封圈，起到了防水作用，可适应恶劣的安装使用环境；

3. 可进行远程传输，通过电缆线将采集到的应力数据传输至地面主机，配套的数据处理软件可对数据进行分析处理。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为填充体应力传感器在采空区的安装位置示意图；

图4为填充体应力传感器外形示意图。

图中，1-下壳体，2-上壳体，3-芯体，4-密封圈，5-受力件，6-出线头，7-橡胶套,8-巷道，9-填充体位移传感器，10-填充体应力传感器,11-开采区、12-采空区。

五、具体实施方式： 

参见图1和图2，包括壳体，壳体由上壳体和下壳体连接构成，受力件设于上壳体内，上壳体与受力件的连接处设置有密封圈，传感器芯体设于下壳体内，传感器芯体采用称重传感器，芯体下壳体上设置有出线头，出线头上设置有橡胶套。壳体内设置有集成电路模块，芯体与集成电路模块连接，集成电路并与设于壳体外部的上位机连接，集成电路模块的型号为MSP430F149。传感器在受到填充体挤压时，下壳体1支撑整个传感器，受力件5首先受力压迫顺着上壳体2向下滑动，芯体3受到受力件5挤压发生形变，集成电路模块经过计算分析处理，计算出受力件5的受力大小，并将数据通过出线头6传输至地面的上位机，上位机对其进行计算分析处理。在传感器结构中，密封圈4可防止传感器外部的水进入传感器芯体内部，影响传感器的测量精度，出线头6主要完成数据传输工作，橡胶套7主要传输数据线的密封防水工作。填充体应力传感器平均分布安装在采空区的填充体内，对采空区受力情况进行实时测量。

参照图3，在采空区12进行填充时，将填充体应力传感器10和填充体位移传感器9均放置于填充体内，利用填充体应力传感器测量出公式（1）中所需的应力。

参照图4，填充体应力传感器由数据采集和数据传输两部分组成。数据传输线将传感器采集到的位移数据传输至地面主机，主机安装的配套软件对其进行分析处理，工作人员根据测量数据对采空填充区采取相应处理措施。