顶板离层监测数据采集仪研究论文

论文摘要：根据数据采集仪的测量原理，结合现场顶板的实际情况，采用以机械开关为基础的的磁编码直线相对位移传感器, 实现顶板下沉量的非接触式测量，采用MSP430F4793IP超低功耗单片机实现了对采集到的数据进行处理、 显示、 报警及传输等功能，从而为顶板支护提供依据。

论文关键词：数据采集仪,锚杆支护,顶板离层,监测

1．引言

顶板离层是巷道围岩变形和破坏的主要形式之一，对于锚杆支护巷道来说,顶板离层则是最大的安全隐患。因此，对锚杆支护巷道进行离层监测，掌握顶板离层的状况，并及时采取相应的措施，阻止顶板失稳、避免突发性破坏的发生具有重要意义。顶板离层监测数据采集仪就是用以测试锚杆长度范围及范围外的顶板离层状况的监测仪器，用于判别锚杆支护参数是否合理，巷道服务期间顶板是否稳定，并以此为依据来避免顶板事故发生。

2．数据采集仪的组成及工作原理

顶板离层监测数据采集仪主要用来采集编码器的脉冲信号表示出的顶板离层的相对位移，并保存在闪存中，可通过无线装置对该设备进行各种参数的设置及存储数据的读取。

2.1数据采集仪的组成

顶板离层监测数据采集仪主要由以下几部分组成：

（1）数显设备：该数显设备可实时监测显示顶板的离层量，当顶板离层量超过一定限度，仪器报警。该数显设备的处理器采用Microchip公司生产的MSP430F4793IP，其性能优越，功耗低，资源丰富，数据处理能力强。

（2）机械放大器：该放大器主要是对顶板的离层量进行放大，以便于采集存储。其外壳的材质选用ABS树脂，该树脂具有突出的耐冲击性、阻燃性和耐磨性等优点。

2.2数据采集仪的工作原理

矿用本安数据采集仪的工作原理是：采用桥式电路进行测量、采用机械式放大装置进行放大，对信号进行模数转换、信号处理，之后进行存储、显示。其测量原理是：

A、B两相脉冲分别通过MSP430F4793IP单片机的P1.2/P1.3中断采集，以A相为基准。当单片机中断侦测到A相脉冲触发中断，判断是上升沿中断还是下降沿中断，如果是上升沿触发中断，当侦测到B相脉冲高电平时，计数器计数值加1，否则减1；如果是下降沿触发中断，当侦测到B相脉冲高电平时，计数器计数值减1，否则加1；P1.2中断完成前，反转A相触发脉冲标志MSP430F4793IP。

3.数据采集仪电气研究

3.1主机芯片的选型

数据采集仪主机对PIE—1000-G05E光电轴角编码器的输出脉冲进行收集、运算、存储和检测，通过数据转移设备对设备进行设置和各种参数及存储数据的读取，同时还实现和上位机的通讯。主要使用的芯片和设备包括单片机（MSP430F4793IP）、串行闪存芯片（JS28F128）、实时时钟芯片（PCF8563）和总线控制芯片（EP1C3T100C8）。

4.结束语

实践证明,该仪器是有效监测巷道顶板离层的仪器,其结构简单合理,安装方便,测试快速可靠、效果很好，非常适合锚杆支护巷道的日常监测。有效地防止了顶板事故的发生有利于作业人员的人身安全。同时，此数据采集仪的使用实现了矿井巷道顶板监测智能化，使煤矿巷道顶板安全管理的技术水平有较大提高,对煤矿的安全生产具有一定的促进作用,它为煤矿安全管理实现网络化、信息化奠定了基础。

本文作者创新点：在深刻理解顶板支护理论与数据采集原理的基础上，结合实验室实验和现场实践，推出数据采集仪，实践证明该仪器能有效监测巷道顶板离层情况，有效防止冒顶的发生，为煤矿的安全生产提供保障。

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