毕业设计（论文）-矿用便携式静态电阻应变仪的设计

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1、0前言本文介绍了矿用便携式静态电阻应变仪设计的思路，主要包括硬件设计、软件设计和应变仪的抗干扰与防爆设计三部分。锚索锚杆联合支护是煤矿巷道支护改革的发展方向，得到了广泛的应用，取得巨大的社会和经济效益。但也存在明显的缺点：一是顶板冒落突然，没有明显征兆；二是冒落范围大，对工人的人身安全和矿井正常生产威胁大。本设计采用先进的电子开关切换技术，信号检测采用低频滤波技术，放大电路部分采用精密仪表放大器AD8221达到对微弱的电压信号稳定放大的要求,检测结果采用LCD汉字显示，具有测量精度高，稳定性好等优点。矿用便携式静态电阻应变仪主要是对支护构件（锚杆

2、、锚索）受力情况的检测，从而获知巷道岩层应力的变化情况。可以为巷道技术人员更好的了解支护体的受力情况提供数据保障，为进一步研究支护构件的设计和机理提供一种新的科研手段；降低顶板事故发生的概率，从而减小对工人的人身安全和矿井正常生产的威胁，对煤矿安全生产和实现高产高效具有重要的意义，同时具有很高的社会和经济效益。471绪论本节主要介绍了应变仪的研究背景及意义、国内外发展情况和论文的主要研究工作。1.1应变仪的研究背景及意义在自然科学和工程领域的各种科学研究活动中，离不开对研究对象准确有效的测量，这是我们认识客观事物内在联系及变化规律的必要和先决条件

3、；其中往往涉及到对微弱信号的检测。微弱信号的检测是测量技术中微弱量（如小位移、微振动、微温差、小电容、弱磁、弱声、微电导、微电流、低电平电压和弱流量等），通过各种传感器把非电量转换成电量（电压或者电流）。微弱信号的测量与分析一直是检测技术中的难点，如μV级信号的检测，应变测量就是其中一类。常用的应变测量方法就是电阻应变测量方法，电阻应变测量方法是将应变转换成电信号进行测量的方法，简称电测法。应变电测具有测试廉价、快速、高精度、容易实现数据采集和处理自动化、实用性强等特点，在交通、材料、航空航天、机械等重要工程领域的研究中，有着广泛的应用。我国煤矿

4、事故死亡人数是世界上主要采煤国家死亡总人数的4倍。2002年我国百万吨煤死亡率为5%（国有重点1.25，国有地方3.83，乡镇12.1），为美国的200倍，南非的38倍，波兰的19倍，印度的12倍，俄罗斯的11倍。瓦斯和顶板事故最严重，死亡人数占全国煤矿死亡人数74%以上，事故次数也占70%。顶板事故主要发生在巷道。事故起数最多，发生的频率高，死亡总人数较多。2002年，全国顶板事故2364起，死亡2766人，占事故次数和死亡人数50.71%和34.69%[1]。我国煤矿安全事故中，顶板事故占事故次数的50%以上，死亡人数占30%以上，造成这种局

5、面其中一个主要原因是对围岩变形、破坏、支护体受力状况没有全面、及时地了解，不能准确预测预报顶板事故。如何对巷道的稳定性、安全性进行检测，提前采取预防措施，避免损失和灾害，一直是人们讨论的重点。锚索锚杆联合支护是煤矿巷道支护改革的发展方向，随着巷道支护技术的不断提高，锚索锚杆联合支护得到了广泛的应用，取得巨大的社会和经济效益。锚索锚杆联合支护具有效果好、维护费用低、劳动强度低、利于回采等优点。但也存在明显的缺点：一是顶板冒落突然，没有明显征兆；二是冒落范围大，对工人的人身安全和矿井正常生产威胁大。然而，当前的矿用应变仪多数采用的还是手动开关来切换信

6、号通道；显示也仅是字符型的，不便于理解和操作；仪表的精度和稳定性不是很高，不能准确的反映巷道的受力等情况。所以我们针对测力锚杆和锚索设计了一种矿用便携式静态电阻应变仪。矿用便携式静态电阻应变仪47的研制成功，可以为巷道技术人员更好的了解支护体的受力情况提供数据保障，为进一步研究支护构件的设计和机理提供一种新的科研手段；降低顶板事故发生的概率，从而减小对工人的人身安全和矿井正常生产的威胁，对煤矿安全生产和实现高产高效具有重要的意义，同时具有很高的社会和经济效益1.2国内外发展状况应变仪以前采用交流电桥，结构复杂，需电容平衡，很难实现桥路的自动平衡与

7、自动标定，采用载波放大，相敏检波，主要是当时直流放大器性能不高，因此只能采用交流放大。直流结构简单，不需考虑桥路分析电容的影响，因此可实现桥路的自动平衡、自动标定，但电源精度、桥路线路都会产生影响测量精度，因此在国内直流桥路测量大都用在静态应变测量中。在动态应变测量中，国际上大都采用直流供电，测量信号范围已达30KHz，结构简单，精度高，并且多是可程控的，是电桥的调零，标定，到数据的采集与传输，都实现了全程自动化。相应地中高端应变仪几乎都被日、美、德等国所垄断。在国内，还不能很好地解决测量电路和直流电源精度，测量距离、温度、湿度对实际测量精度有较

8、大的影响等一系列问题。目前国内做的比较好的应变仪厂商有华东电子仪器厂、靖江东华、扬州泰司、北戴河兰德公司等，国外有日本东京测器和美国的N