巷道断面测定仪的研制.pdf

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1、第6期矿山测量No．62010年12月MINESURVEYINGDec．20lOdoi：10．3969／j．issn．1001—358X．2010．06．017巷道断面测定仪的研制术石零，余新明，吴学军，杨伟忠，邓金灿’(1．江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056；2．广西华锡集团股份有限公司科技部，广西柳州545006；3．广西高峰矿业有限责任公司，广西河池547205)摘要：把曲边扇形的极坐标积分求解扇形面积和弧长的原理运用在巷道断面积和周长的测量上。采用ARM和单片机及激光探头等主要部件，研制了巷道断面测定仪。巷道断面测定仪能够实现断面的面积和周长的自动测量，通过模拟巷道断

2、面的测试，巷道断面测定仪的误差小、精度高、测量方便，能为巷道断面及地下工程提供高效便捷的测量。关键词：断面极坐标积分；断面测量；嵌入式计算机；巷道测量仪中图分类号：P2o4文献标识码：B文章编号：1001—358X(2010)06～0054—03尽管我国地下工程的数量迅速增加，但适合地整个断面的面积和周长由dA和dZ求和得到。扇形下工程断面测量的仪器还相对滞后，甚至还在大量极坐标微元面积和周长示意如图2。使用塔尺等较原始的测量工具，这种测量工具在使用过程中，相对耗时，测量误差大’。虽然也有测量技术人员尝试把全站仪用在巷道断面的测量中，但毕竟该仪器不具备巷道测量功能，而在巷道测量图1巷道断面

3、测定仪原理图使用中受到限制。针对巷道断面测量仪器的现状，本文结合研制过程，介绍巷道断面自动快速测定仪的原理、结构、测试结果、仪器误差等方面的内容。巷道断面测定仪采用高精度激光测距传感器实现了巷道断面的快速测量。测定仪可以同时存储和显示图2极坐标面积和周长测量极坐标原理图所获得的测试数据，仪器所提供的接口能转移测量图2中，d，，dz，r分别是测量角、微元面积、数据到计算中，并用计算机软件实现巷道断面的绘微元曲线长和所测两点距离。断面的面积和周长分制、支护工程量等计算。别由式(1)和式(2)表示：2霄1原理及结构，A=∑dA=下1∑rdO(1)巷道断面测定仪对巷道断面积和周长的测量是2在激光测

4、距传感器获得距巷道表面到仪器之间的距z=∑dl=∑』rd0(’2)离数据基础上，利用曲边扇形面积和周长的极坐标根据上述原理研制的巷道断面测定仪的硬件结积分，通过上位机软件设置测量角度，完成不同测量构由激光测距探头、单片机(下位机)、Mini2440嵌入角度下的测量，再由上位机软件计算、存储、显示断式系统(上位机)、旋转驱动机构、壳体5个部分构面的面积和周长数据。仪器原理图如图1所示。成。主要技术指标如表1。巷道断面测定仪对断面面积和周长的测量依据2巷道断面的测试是两个基本参数：距离数据和所设置的测量角。按巷道断面测定仪在上述硬件配置上，嵌入式操曲边面积和曲线段的极坐标积分获得激光测距传感作

5、系统软件采用WindowsCE，测量应用软件采用面器所扫过的曲边扇形的微元面积和扇形弧长dz。向VC++语言开发，单片机通讯和驱动控制程序采·项目支持：武汉市大气i亏染控制工程研究基地项目用汇编语言开发，整个仪器的软件系统将在后续的54第6期石零等：巷道断面测定仪的研制2010年12月论文中加以详细论述。为检验巷道断面测定仪的关平均值的标准差：SE==兰(5)键性能指标，设计了模拟巷道断面并进行了测式。√n2．1规则断面的测试上述式中，n为样本的大小。断面的四个表面中，有两个表面为普通水泥砂运用统计工具的统计数据表明，在数据精确到浆刷白，一个水磨石表面，一个石膏板表面，这些表小数后两位数的

6、情况上，断面面积的平均值为12．52面均是漫反射表面。断面的高为3．95m，宽为m，中位数是l2．53，标准差为0．03，平均值的标准3．15m，周长为l4．20m，断面积12．44m。测量的差为0．010，面积平均值为12．53的置信水平为断面如图3所示。98％，面积数值的变化量仅0．087m。相对误差小于0．58％。周长的平均值为14．65m，周长的标准差(SD)为1．1333，平均值的标准差为0．4007，中位数为14．26，周长测量数据的变化为0．28nl，周长平均值为l7．53的置信水平98％，相对误差小于1．25％。2．2不规则断面的测试不规则断面与图3的不同在于：在水磨石表面

7、上，布置了6块侧面为白色的泡沫塑料块(如图3)，这样布置的优点：一是便于手工测量断面积和周长的值；二是切实模拟不规则断面。图3的截面积为图3测量断面示意图12．2359m，周长为15．321m。不规则模拟断面的使用巷道断面测定仪对该表面进行测试，测试断面积是12．2384m，周长是17．321m。模拟不规数据如表2。则巷道断面测定仪所测数据如表3。表I主要技术指标表3模拟不规则断面测量数据表名称参数测距O．1～30m操作