一种基于5G融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器的制作方法

一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器
技术领域
1.本发明涉及矿山安全生产技术领域，具体涉及如上所述的发明：一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器。


背景技术：

2.在煤矿作业过程中，矿难事故时有发生，矿难事故严重威胁着采矿人员的生命财产安全。随着科学技术的进步发展，使用一些传感器来监控矿区巷道岩层的应力变化，及时的采取对应的加强支护措施，能够有效防止矿难事故的发生。
3.在各种传感器中存在一种光纤钻孔应力传感器，这种传感器可以设置在预留煤柱、煤体等岩层的钻孔中，用来监测岩层承载应力的变化量，而因为这种传感器是采用了光栅光纤技术的无源本质安全型产品，所以具有无需供电，可以设置在具有爆炸性气体的矿井中的优点。
4.但目前市场中的光纤钻孔应力传感器多需要设置一个油囊或气囊，通过将油囊或气囊塞入钻孔中，然后充入液压油或气体来使油囊或气囊在钻孔中膨胀，使油囊或气囊与钻孔的内壁接触，通过监测油囊或气囊中的压力变化来获得岩层承载应力的变化量。专利号为cn201310476916.x的发明专利中就公开了一种煤矿井下一孔多点光纤光栅钻孔应力测试装置，该装置就是采用了气囊来进行岩层承载应力监测，其气囊也需要进行充气才能进行膨胀。
5.目前市面上使用油囊的光纤钻孔应力传感器需要使用油泵和油罐来为油囊充入液压油，而使用气囊的光纤钻孔应力传感器则需要使用气泵为气囊充气，无论是上述的那一种光纤钻孔应力传感器，都需要工作人员携带额外的设备进入巷道中，为其充压，这些设备重量大，携带不方便，严重影响了工作人员的工作效率，而且油囊或气囊多次充压放压之后，容易出现结构疲劳，导致漏油或漏气的现象发生，干扰光纤钻孔应力传感器对岩层承载应力的变化量的正常监测。


技术实现要素：

6.为解决现有技术不足，本发明提供如上所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，用于检测钻孔内的岩体承载应力的变化情况，包括控制解析模块、检测模块和感应模块，所述感应模块设置在钻孔中，其通过油管与设置在钻孔外的检测模块连接，所述检测模块与控制解析模块通过光缆连接，所述检测模块内设置有光纤，其能够将感应模块的受压情况装换成光信号传递给控制解析模块，所述控制解析模块能够将光信号解析转化为对应的电信号，除此之外，矿外还设置有矿井安全数据记录服务器，用于记录矿井中各个安全监控传感器传回的数据，方便相关人员进行数据分析，所述控制解析模块通过5g融合技术与安全数据记录服务器通讯连
接，减少数据传输延迟，保证监测数据的实时性；
9.所述感应模块包括油囊部和伸展部，所述油囊部中装有液压油，形状为长条形，所述伸展部包括伸展单元、万向软轴和驱动摇柄，所述伸展单元包括固定滑座、活动楔块和举升块，所述固定滑座的下表面与油囊部的外侧表面连接，所述固定滑座的上表面弹性连接有举升块，默认状态下举升块的下表面紧贴固定滑座的上表面设置，所述活动楔块滑动连接在固定滑座与举升块之间，所述活动楔块的上表面为斜面，斜面底端朝向固定滑座内侧放置，所述活动楔块与举升块的下表面为斜面滑动连接，所述活动楔块中间螺纹连接有螺纹螺杆，所述螺纹螺杆沿固定滑座的设置方向设置，所述螺纹螺杆能够驱动活动楔块沿固定滑座的设置方向滑动，使活动楔块能够将举升块顶起与钻孔的内壁的上侧接触，所述螺纹螺杆与万向软轴的内端转动连接，所述万向软轴的外端转动连接有驱动摇柄，通过摇动驱动摇柄就能带动伸展单元的举升块升起，与钻孔的内壁的上侧接触顶紧，相比油泵和油桶等设备，伸展部的万向软轴和驱动摇柄重量更轻，更方便在狭窄的巷道中携带移动，操作也更加方便，而且所述举升块的升起高度，伸展部的涨紧程度，使用人员可以通过驱动摇柄进行精准操作；
10.所述检测模块的外侧包裹有防水套，所述防水套采用橡胶制成，检测模块的内部设置有光纤光栅在内的精密零件，对水的腐蚀干扰十分敏感，在检测模块的外侧套上防水套，一方面能够防止水分渗入检测模块中，干扰其正常使用，另一方面还能够对其外壳起到防锈作用。
11.为了使举升块能够水平升高，所述活动楔块包括左楔块和右楔块，左楔块和右楔块呈镜像对称，利用左楔块和右楔块左右两端同时将举升块顶起，避免举升块倾斜，导致其无法与钻孔内壁上的上侧紧密贴合，所述固定滑座的上表面的左右两端分别设置有一条滑动半槽，所述滑动半槽的长度大于对应的左楔块长度或对应的右楔块长度，使左楔块和右楔块能够沿滑动半槽进行滑动。
12.进一步的，所述左楔块和右楔块均由上部的楔形部和下部的滑动部组成，所述滑动部的截面形状与滑动半槽的截面形状相配合，所述滑动部的中间设置有螺纹孔，所述螺纹孔沿滑动部的长度方向设置，所述螺纹螺杆从螺纹孔中穿过，所述左楔块楔形部的上表面右侧向下倾斜形成倾斜角a，倾斜角a的大小为15-30度，所述右楔块楔形部的上表面左侧向下倾斜形成倾斜角b，倾斜角b的大小与倾斜角a的大小相同。
13.所述举升块底面的左右两侧各设置有左楔面和右楔面，所述左楔面的左端向上倾斜形成倾斜角c，所述倾斜角c的大小与倾斜角a的大小相同，所述右楔面的右端向上倾斜形成倾斜角d，所述倾斜角d的大小与倾斜角b的大小相同，所述左楔块和右楔块的上表面与左楔面和右楔面之间为斜面接触，当螺纹螺杆驱动左楔块和右楔块同时向中间移动时，斜面接触的活动楔块能够以较小的力将举升块顶起。
14.为了避免左楔块和右楔块向中间移动挤压举升的过程中意外导致举升块与活动楔块位置发生偏移，所述楔形部的上表面设置有沿斜面设置的定位槽，所述左楔面和右楔面在定位槽的相对位置设置有凸起的定位条。
15.所述左楔块和右楔块需要在对应的滑动半槽中进行滑动位移，如果不进行位置限定，所述左楔块和右楔块就存在从对应滑动半槽中脱出的风险，因此在所述滑动半槽的内侧的侧壁上设置限位滑槽，所述限位滑槽沿滑动半槽的设置方向设置，所述左楔块和右楔
块滑动部在限位滑槽的相对位置设置有凸起的限位条。
16.所述固定滑座左右两端的滑动半槽之间设置有贯穿孔，所述贯穿孔的直径大于螺纹螺杆的直径，避免贯穿孔摩擦到螺纹螺杆，影响到螺纹螺杆的正常转动，所述螺纹螺杆依次穿过左楔块的螺纹孔、贯穿孔和右楔块的螺纹孔，所述左楔块螺纹孔内壁的螺纹与右楔块螺纹孔内壁的螺纹旋转方向相反，所述螺纹螺杆上的螺纹与之对应，当螺纹螺杆向某个方向转动时，在相反旋转方向螺纹的啮合下，所述左楔块和右楔块能够同时向两端移动或同时向中间移动。
17.为了防止左楔块和右楔块从滑动半槽侧边的开口中滑出，左端所述滑动半槽的左侧开口处设置有左挡片，右端所述滑动半槽的右侧开口处设置有右挡片，所述左挡片和右挡片的中间设置有限位孔，所述螺纹螺杆包括左端的定位段、中间的螺纹段和右端的连接段，所述定位段和连接段的直径小于螺纹段的直径，与限位孔的直径相配合。
18.如上所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，所述右挡片在限位孔的位置设置有连接头，所述连接头设置在右挡片朝向滑动半槽的对侧面，所述连接段从连接头中穿过，所述万向软轴包括中间的轴芯和外侧包裹的软质保护壳，所述固定滑座通过连接头与万向软轴活动连接，所述连接段与万向软轴的轴芯同轴连接，方便万向软轴和驱动摇柄能够与油囊部进行拆卸，方便分开携带。
19.本发明的有益效果在于：
20.1、本发明所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，所述检测模块的外侧包裹有防水套，使检测模块具备防水能力，避免水分影响检测模块的正常工作；
21.2、本发明所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，传统的钻孔应力传感器多数采用向油囊或气囊充油或充气的方式使其膨胀的固定方式，需要携带充气泵或油泵等重量较重的工具，携带不方便，而本发明在油囊部上设置了伸展部，摇动驱动摇柄就能够使伸展部进行伸展，完成固定，携带更方便，使用更加简单快捷；
22.3、本发明所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，所述传感器的油囊部不需要像传统的油囊或气囊一样大幅度的膨胀，其体积变化相对较小，不容易发生结构疲劳，比传统的油囊或气囊使用寿命更长；
23.4、本发明所述的一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，所述传感器的控制解析模块通过5g融合技术与安全数据记录服务器通讯连接，数据传输速度更快，相关人员能够更及时的获得传感器监测的数据。
附图说明
24.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本技术的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
25.在附图中：
26.图1为实施例1中一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器的结构示意图；
27.图2为实施例1中感应模块的左视图；
28.图3为实施例1中感应模块的右视图；
29.图4为实施例1中感应模块(去除右挡片状态)的右视图；
30.图5为实施例1中感应模块(未展开状态)的正视图；
31.图6为实施例1中感应模块(展开状态)的正视图；
32.图7为实施例1中举升块的正视图；
33.图8为实施例1中举升块的俯视图；
34.图9为实施例1中固定滑座的俯视图；
35.图10为实施例1中右楔块的俯视图；
36.图11为实施例1中右楔块的正视图；
37.图12为实施例1中螺纹螺杆的结构示意图；
38.图13为实施例1中连接孔的结构示意图；
39.图14为实施例1中检测模块的结构示意图；
40.图15为实施例1中万向软轴的结构示意图；
41.图中各附图标记所代表的组件为：
42.1、控制解析模块；2、检测模块；21、防水套；3、感应模块；31、油囊部；32、伸展部；33、伸展单元；331、固定滑座；3311、滑动半槽；3312、限位滑槽；3313、左挡片；3314、右挡片；3315、连接头；3316、限位孔；3317、贯穿孔；332、活动楔块；3321、左楔块；3322、右楔块；3323、楔形部；3324、滑动部；3325、螺纹孔；3326、定位槽；3327、限位条；333、举升块；3331、连接孔；3332、定位螺栓；3333、复位弹簧；3334、防滑缓冲垫；3335、左楔面；3336、右楔面；3337、定位条；334、螺纹螺杆；3341、定位段；3342、螺纹段；3343、连接段；34、万向软轴；341、固定握把；342、连接管；343、分指环；344、拇指环；35、驱动摇柄。
具体实施方式
43.下面结合具体实施方式和进一步的实施例对本发明作进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
44.具体实施方式：
45.参见图1-图15，一种基于5g融合技术防水矿用光纤钻孔应力传感器，用于检测钻孔内的岩体承载应力的变化情况，包括控制解析模块1、检测模块2和感应模块3，所述感应模块3设置在钻孔中，其通过油管与设置在钻孔外的检测模块2连接，所述检测模块2与控制解析模块1通过光缆连接，所述检测模块2内设置有光纤，其能够将感应模块3的受压情况装换成光信号传递给控制解析模块1，专利号为cn202023179993.3的实用新型专利中提到了一种光纤光栅压力传感器，本实施例所述检测模块2的结构和工作原理与之类似，因此此处不再进行赘述。所述控制解析模块1能够将光信号解析转化为对应的电信号，除此之外，矿外还设置有矿井安全数据记录服务器，用于记录矿井中各个安全监控传感器传回的数据，方便相关人员进行数据分析，有利于提高对矿难事故预判的准确性，所述控制解析模块1通过5g融合技术与安全数据记录服务器通讯连接，减少数据传输延迟，保证监测数据的实时性，使相关人员能够根据实时传回的数据，迅速做出判断和预警，及时保护矿井内工作人员的生命财产安全；
46.如图1-图6所示的，所述感应模块3包括油囊部31和伸展部32，所述油囊部31中装有液压油，形状为长条形，所述感应模块3油囊部31内的液压油容量保持恒定，膨胀与钻孔
内壁接触顶紧的任务由伸展部32完成，因此油囊部31不需要使用额外的设备加注液压油，减少油泵和油桶等额外设备的携带，能够提高工作人员的工作效率，降低工作强度，而且不需要补充液压油也意味着油囊不需要大幅度的收缩，能够有效减少结构疲劳现象的发生，延长油囊部31的使用寿命，避免油囊部31漏液影响传感器的监测准确性，所述伸展部32包括伸展单元33、万向软轴34和驱动摇柄35，所述伸展单元33包括固定滑座331、活动楔块332和举升块333，所述固定滑座331的下表面与油囊部31的外侧表面连接，所述固定滑座331的上表面弹性连接有举升块333，默认状态下举升块333的下表面紧贴固定滑座331的上表面设置，所述活动楔块332滑动连接在固定滑座331与举升块333之间，所述活动楔块332的上表面为斜面，斜面底端朝向固定滑座(331)内侧放置，所述活动楔块332与举升块333的下表面为斜面滑动连接，所述活动楔块332中间螺纹连接有螺纹螺杆334，所述螺纹螺杆334沿固定滑座331的设置方向设置，所述螺纹螺杆334能够驱动活动楔块332沿固定滑座331的设置方向滑动，使活动楔块332能够将举升块333顶起与钻孔的内壁的上侧接触，所述螺纹螺杆334与万向软轴34的内端转动连接，所述万向软轴34的外端转动连接有驱动摇柄35，通过摇动驱动摇柄35就能带动伸展单元33的举升块333升起，与钻孔的内壁的上侧接触顶紧，相比油泵和油桶等设备，伸展部32的万向软轴34和驱动摇柄35重量更轻，更方便在狭窄的巷道中携带移动，操作也更加方便，而且所述举升块333的升起高度，伸展部32的涨紧程度，使用人员可以通过驱动摇柄35进行精准操作，所述钻孔应力传感器监测的实质上是岩层内应力的变化量，因此无论是传统钻孔应力传感器的油囊部31本身膨胀顶紧钻孔内壁，还是伸展部32展开顶紧顶紧钻孔内壁，其监测到的数据都是一样的，本实施例所述的钻孔应力传感器完全能够代替传统钻孔应力传感器进行岩层应力变化的监测工作；
47.参见图8和图13，作为优选的，所述举升块333上设置有4个连接孔3331，4个连接孔3331成矩形分布，所述连接孔3331中设置有定位螺栓3332，所述定位螺栓3332的下端旋入固定滑座331的上表面中，使举升块333与固定滑座331连接，所述连接孔3331从上到下包括螺头部和螺杆部，所述螺头部的直径大于定位螺栓3332螺栓头的直径，使定位螺栓3332的螺栓头能够在连接孔3331的螺头部中上下滑动，所述螺杆部的直径小于定位螺栓3332螺栓头的直径大于定位螺栓3332螺栓杆的直径，使定位螺栓3332的螺栓杆能够在连接孔3331的螺杆部中上下滑动，所述定位螺栓3332螺栓头的下表面与螺杆部的底面之间设置有复位弹簧3333，所述复位弹簧3333能够将举升块333向下推，使举升块333与固定滑座331弹性连接。
48.作为优选的，所述举升块333的上表面设置有防滑缓冲垫3334，所述防滑缓冲垫3334采用软质橡胶制成，所述防滑缓冲垫3334的上表面设置有防滑纹路，所述防滑缓冲垫3334能够使举升块333更加贴合钻孔的上侧壁，提高对岩层应力变化的监测精准度，而且防滑缓冲垫3334能够增加与钻孔上侧壁的摩擦力，防止所述传感器在监测工作过程中，举升块333与钻孔上侧壁发生相对滑动，影响监测数据的准确性。
49.所述检测模块2的外侧包裹有防水套21，其如图14所示，所述防水套21采用橡胶制成，检测模块2的内部设置有光纤光栅在内的精密零件，对水的腐蚀干扰十分敏感，在检测模块2的外侧套上防水套21，一方面能够防止水分渗入检测模块2中，干扰其正常使用，另一方面还能够对其外壳起到防锈作用。
50.为了使举升块333能够水平升高，参见图5-图12，所述活动楔块332包括左楔块
3321和右楔块3322，左楔块3321和右楔块3322呈镜像对称，利用左楔块3321和右楔块3322左右两端同时将举升块333顶起，避免举升块333倾斜，导致其无法与钻孔内壁上的上侧紧密贴合，所述固定滑座331的上表面的左右两端分别设置有一条滑动半槽3311，所述滑动半槽3311的长度大于对应的左楔块3321长度或对应的右楔块3322长度，使左楔块3321和右楔块3322能够沿滑动半槽3311进行滑动。
51.进一步的，所述左楔块3321和右楔块3322均由上部的楔形部3323和下部的滑动部3324组成，所述滑动部3324的截面形状与滑动半槽3311的截面形状相配合，所述滑动部3324的中间设置有螺纹孔3325，所述螺纹孔3325沿滑动部3324的长度方向设置，所述螺纹螺杆334从螺纹孔3325中穿过，所述左楔块3321楔形部3323的上表面右侧向下倾斜形成倾斜角a，倾斜角a的大小为15-30度，所述右楔块3322楔形部3323的上表面左侧向下倾斜形成倾斜角b，倾斜角b的大小与倾斜角a的大小相同。
52.所述举升块333底面的左右两侧各设置有左楔面3335和右楔面3336，所述左楔面3335的左端向上倾斜形成倾斜角c，所述倾斜角c的大小与倾斜角a的大小相同，所述右楔面3336的右端向上倾斜形成倾斜角d，所述倾斜角d的大小与倾斜角b的大小相同，所述左楔块3321和右楔块3322的上表面与左楔面3335和右楔面3336之间为斜面接触，当螺纹螺杆334驱动左楔块3321和右楔块3322同时向中间移动时，斜面接触的活动楔块332能够以较小的力将举升块333顶起。
53.为了避免左楔块3321和右楔块3322向中间移动挤压举升的过程中意外导致举升块333与活动楔块332位置发生偏移，所述楔形部3323的上表面设置有沿斜面设置的定位槽3326，所述左楔面3335和右楔面3336在定位槽3326的相对位置设置有凸起的定位条3337。所述定位条3337卡入定位槽3326中，能够对举升块333与活动楔块332进行限位，使左楔块3321和右楔块3322与举升块333之间只能沿定位槽3326进行滑动。
54.所述左楔块3321和右楔块3322需要在对应的滑动半槽3311中进行滑动位移，如果不进行位置限定，所述左楔块3321和右楔块3322就存在从对应滑动半槽3311中脱出的风险，因此在所述滑动半槽3311的内侧的侧壁上设置限位滑槽3312，所述限位滑槽3312沿滑动半槽3311的设置方向设置，所述左楔块3321和右楔块3322滑动部3324在限位滑槽3312的相对位置设置有凸起的限位条3327，所述限位条3327卡入对应的限位滑槽3312中之后，所述左楔块3321和右楔块3322就只能沿着对应滑动半槽3311进行左右滑动，无法从滑动半槽3311中脱出。
55.所述固定滑座331左右两端的滑动半槽3311之间设置有贯穿孔3317，所述贯穿孔3317的直径大于螺纹螺杆334的直径，避免贯穿孔3317摩擦到螺纹螺杆334，影响到螺纹螺杆334的正常转动，所述螺纹螺杆334依次穿过左楔块3321的螺纹孔3325、贯穿孔3317和右楔块3322的螺纹孔3325，所述左楔块3321螺纹孔3325内壁的螺纹与右楔块3322螺纹孔3325内壁的螺纹旋转方向相反，所述螺纹螺杆334上的螺纹与之对应，当螺纹螺杆334向某个方向转动时，在相反旋转方向螺纹的啮合下，所述左楔块3321和右楔块3322能够同时向两端移动或同时向中间移动。
56.为了防止左楔块3321和右楔块3322从滑动半槽3311侧边的开口中滑出，左端所述滑动半槽3311的左侧开口处设置有左挡片3313，右端所述滑动半槽3311的右侧开口处设置有右挡片3314，所述左挡片3313和右挡片3314的中间设置有限位孔3316，所述螺纹螺杆334
包括左端的定位段3341、中间的螺纹段3342和右端的连接段3343，所述定位段3341和连接段3343的直径小于螺纹段3342的直径，与限位孔3316的直径相配合，使所述左挡片3313和右挡片3314除了能够阻挡左楔块3321和右楔块3322从滑动半槽3311侧边的开口中滑出之外，还能够为螺纹螺杆334的转动提供支撑。
57.作为优选的，所述右挡片3314在限位孔3316的位置设置有连接头3315，所述连接头3315设置在右挡片3314朝向滑动半槽3311的对侧面，所述连接段3343从连接头3315中穿过，所述万向软轴34包括中间的轴芯和外侧包裹的软质保护壳，所述固定滑座331通过连接头3315与万向软轴34活动连接，所述连接段3343与万向软轴34的轴芯同轴连接，优选的，所述连接段3343的顶端设置有连接槽，所述连接槽的形状为十字形，所述万向软轴34轴芯与连接段3343连接的一段设置有连接销，所述连接销的形状与连接槽的形状相同。方便万向软轴34和驱动摇柄35能够与油囊部31进行拆卸，分开携带，使用时将万向软轴34连接固定滑座331的连接头3315，所述万向软轴34的轴芯与螺纹螺杆334同轴连接即可。
58.参见图15，所述万向软轴34与驱动摇柄35连接的一端设置有固定握把341，所述固定握把341包括连接管342、分指环343和拇指环344，所述万向软轴34从连接管342中闯过固定，所述分指环343沿连接管342的外侧设置，所述分指环343的中间能够容纳除拇指之外的四根手指穿过固定，所述拇指环344设置在分指环343的对侧，能够容纳人的拇指穿过，当感应模块3在钻孔中放置到位，需要展开伸展部32时，使用者的拇指从拇指环344中穿过，其余四指从分指环343中穿过，对万向软轴34进行握持固定，防止在转动驱动摇柄35时，万向软轴34在使用者的手中打滑。