一种新型矿用锚索（杆）静态电阻应变仪的研究

王海潮，王国伟，贾晓娣

（1．煤炭科学研究总院，北京 100013;2．煤炭科学研究总院煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，北京 100013;3．北京华宇工程有限公司，北京 100120）

0 引言

随着煤炭生产机械化程度的不断提高，大型采掘设备在井下的应用越来越普遍，迫使巷道断面逐渐增大，采面推进速度不断加快，巷道广泛采用锚索锚杆联合支护。但为确保安全，要对巷道顶板受力进行监测，以预防和减少冒顶事故的发生。本文介绍了一种以单片机为主控模块具有数据采集、存储和查询等功能的锚索（杆）静态数字电阻应变仪［1］，并着重对其信号调理电路进行了详细分析。

1 应变信号检测原理

应变仪依据应变电阻受力作用下的变化规律式中K为电阻应变计灵敏系数，一般为2．0左右，ΔL/L即ε是应变计相对变化量［2］。

通过平衡电桥将应变计电阻值因受力变化而变化的结果转换成电信号进行分析处理，以反映被测对象受力情况［3］。

本文研究的静态数字电阻应变仪硬件原理如图1所示。

图1 应变仪硬件原理图Fig 1 Hardware principle diagram of the strain gauge

数字电阻应变仪以井巷用电阻应变式锚索测力计GYS—300作一次仪表为例进行阐述，该测力计内部有2只测力应变计，如图2所示。平衡电桥采用惠斯登电桥，如图3。

图2 GYS—300型锚索测力计与结构简图Fig 2 Anchor cable dynamometer of GYS—300 and its structure chart

图3 惠斯登电桥电路Fig 3 Wheatstone bridge circuit

图3中温度补偿电阻R2与应变电阻R1为相同材质、相同阻值（120 Ω），其作用是抵消R1受温度变化的影响，为计算分析方便，R3，R4阻值也取120Ω，为精度0．1%的普通金属膜电阻器。由于测试桥臂有多只应变计，故以虚线表明工作时要进行切换［4］。……