矿山压力检测仪器技术新进展及其应用

　　地下空间与工程学报矿山压力检测仪器技术新进展及其应用王清标贾宏俊王渭明吴克新21.山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建教育部重点实验室，青岛266510；2.青岛市工程咨询院，青岛266510感器的开发应用1新数学模型及应用；2横式弦传感器弦膜匹配减少滞后；3弱激发解决频率不致问并提高仪器分辨率；4活塞传压与力变换提高大量程测力传感器的准确度和长期稳定性，适用于研制大量程高精度高分辨率和长期稳定性好的测力传感器。

　　1引言测量矿山压力参数的仪器很多，目前在工程建设中常用的有电阻应变片式和振弦式仪器这两大类。这两大类仪器各有优缺点，但从工程实践中比较得知，振弦式传感器的优点更为突出。其优点如下，准确度；重复性好；长期稳定性好，适用于长期观测④有良好的抗震动性能⑤易于防潮防水，特别适用于在恶劣的环境中进行长期测量，结构简单可靠，制作安装方便；传输的是频率信号，而不是电压信号，可远距离传输，而不带来附加误差，故适合多点远传和遥测，并且便于数字化和智能化⑧振弦式传感器可做成全钢结构，坚固耐用，并且造价低廉；配套的钢弦频率仪小巧轻便，并且智能化数字直读物理量，适宜现场使用。

　　正是由于以上优点，开发研制的系列本质安，收稿日期20064820修改稿全型振弦式矿压仪矿压遥测仪支柱及支架监测系统等，广泛应用于矿山压力测量和大量程测力称重。

　　2振弦式传感器的结构和工作原理振弦式传感器的按结构形式主要分两类3横式弦，竖式弦，1力膜钢弦，〉横式弦力钢弦膜，横式弦正有法是认为民是的函数；是认为是常数。

　　1式可由以下两条合理假设导出假设设自激激发脉冲为单向且为弱激发，只引起弦的单向基频振动无倍频，则由固有频其工作原理2钢弦的微小振动在感应磁头线圈里产生电动势，输出电压经激发电路放大后形成脉冲，回输给激发磁头线圈，产生脉冲力作用于钢弦，若接线正确为正反馈且反馈系数大于则钢弦的振动不断加强，直至输出电压被电源限其振型是个中间为波腹的驻波，3所不。

　　假设设传感器工作膜受待测力作用时仅时仅产生微小变形，膜中心挠度与外力成正比，由此引起弦拉应力的增加么，与外力成正比幅为止。这时，发电路将输出与弦振动同频率的电信号般为矩形波。实验标定输出频率与所受外力的对应关系，应用时测可推算力的值。

　　3振弦式传感器的新进展3.1振弦式传感器的新数学棋型国际上公认的振弦式传感器数学模型是应的输出频率为=0时的频率初频。

　　但1式仅适用于少数振弦传感器，对于大多数振弦传感器而言，拟合误差偏大，需要修正。修时则初频从可得尸=.2，此式即为式。

　　由此可认定，尺=4是常数，因此合理地将1项次项，是个标准的次函数，可以用来描写任意次抛物线，因此它能适用与任何振弦式传感器。

　　根据标定数据，可由最小乘法拟合求出8.

　　32新数学模型用于，度漂移修正传感器标定后，由最小乘法拟合求48，即可获得其数学模型。但是温度改变会引起初频漂移，应该进行修正。对于经过老化已达到稳定的传感器，8应为常数。当温度改变引起。改变时，也会发生相应的改变。这时，用现场温度平衡后的初频作为，取代实验室或出厂标定时的初频，用4式计算获得的结果比较准确。理论分析和实践明误差常小于15，能满足工程应用需要，不需另做温漂修正但应该减小材料的温度系试验明用波器观察，逐渐调大输出电流，钢弦开始起振，随着电流增大频率相应升高，电流大到定程度会从基频跳变成倍频。调节电流为适当的值，使能可靠激发基频，又远离倍频，解决了频率不致问。同时由于是比较纯的单向基频振动，按2式，仅由弦的参数决定，与激发电路感器的输出频率应是很稳定的。用高精度的频率计实测，在温度不变条件下，频率可稳定到可保证测量仪器的分辨率优于所以弱激发同时是达到分辨率的重要保证。

　　4.振弦式传感器的开发应用4.1活塞传压高压液体压力传感器活塞传压式压液体压力传感器的结构意进液活塞工作膜活塞的作用是0不让液体进入膜腔，消除了液体横向胀力对膜工作的干扰，提高了精度；使膜受的力仅为尸=4式中，压力，活塞面积，作用在膜中心，选人可控制，选小直径活塞实现了小量程力传感器对高压力608以上的测量，具有与小量程力传感器同样的性能，特别是在持续压和频繁加压情况下，有良好的长期稳定性；用同小量程力传感器，适当改变活塞直径可使产品系列化。

　　4.2力变换式测力称重传感器用间接测量代替直接测量，研制大吨位测力称重传感器6.

　　其上部有大活塞液体小活塞组成的力变换装置；下部有小量程力传感器连接在中的凸台上。主要优点，用小量程力传感器实现了大量程测力称重，具有与小量程力传感器相同的性能参数如准确度重复性等；有更好的抗展动碰数或者选择温度系数相互匹配的材料3.3弦膜匹配减少滞后若能减少振弦传感器的滞后，就能减少综合误差，使传感器在外载时大时小不断变化的场所应用时，有比较的准确度。

　　分析明，竖式弦，弦的滞后和膜的滞后是相加的因此只有选用滞后小的弦和膜才能减少滞后；横式弦，弦与膜的滞后则是互相抵消的，可选择滞后相匹配的弦和膜，能显著减少传感器的滞后。例如，6力传感器标定数据如回程45，时滞后1他，以后转为超前2沁！其平均校准曲线的数学模型是725.5综合误差系统误差仅为25尸5，达到了较高精度。

　　力⑴进率回程进率3.4高，益弱激发电路各种不同的激发电路对同传感器，激发弦振动的频率并不相同，频率越高，其稳定性就越差，分辨率也就越低，从而误差也就越大。不同厂家的双线圈自激发电路，甚至是同厂家做的自激发电路，对只传感器获得的频率并不相同，而且接长电缆后频率也会降低，这就是激发频率不致问。假设实际上提出了解决办法认定频率不致的原因是激发太强产生了倍频，由于倍频成份不同使频率不致。因此解决办法就是弱激发，只引起弦的单向基频振动无倍频。按单向弱激发原则设计的激发电路4前级为倍放大电路，末级由限幅限流电路恒流输出。

　　撞性能，因而具有更好的长期稳定性；对安装地面不平不敏感。

　　已用于矿井箕斗提升井下定量装载系统进行称重。量程30，1001准确度0.35，分辨力，长期稳定性好。

　　已用于矿井箕斗提升井下定量装载系统进行称重。量程30100，准确度0.3朽，分辨力，长期稳定性好。

　　4.30312型多功能电脑检测仪，52是与双线圈自激振弦式传感器配套使用的便携式仪器，内有高增益弱激发自激激发电路和单片微机测量系统，由可充电电池供电，为本质安全防爆型仪器，可测频率，用于标定传感器；也可用数学模型计算显力等待测物理量，需要先按键输入4，4；还可按键存贮测量数据。主要技术性能如下上接第1472页4结语在抗力大跨度板和支撑构件的优化设计中，平板结构，形式简单，受力明确，施工方便，可以通过向外延伸定长度来平衡支座处的不平衡弯距，对墙体布局没有过多的要求。但同时板的厚度较大，混凝土和钢筋用量也最大。拱形板结构受力性能好，可以充分发挥材料的受力性能，构件厚度最小，混凝土和钢筋用量也最小。缺点是施工难度大，并且会增加整个工程的埋深，要求有足够的措施承担板对支座的水平推力。在工程埋深对工程造价没有太大影响的情况下是比较优化的结构形5结束语经检索，新，新数学模型横式弦传感器弦膜匹配高增益弱激发电路活塞传压与力变换原理均属于国际首创，开发研制的矿山压力仪矿压遥测仪土压力盒孔隙水压计锚索测力仪测力称重传感器位移传感器等系列产品均达到了国际先进水平。特别是大量程锚索测力仪，在上海磁悬浮铁路预应力轨道梁的监测工程中发挥了重要作用。