[发明专利]一种非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置及方法

说明书

一种非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置及方法，该套装置及方法能够对非接触式煤岩带电监测传感器的主要影响参数进行定量分析，根据理论分析主要影响参数包括施感电荷q、距离h、轴向位置z、运动速度v等。本发明创造解决了目前煤岩带电监测传感器敏感特性尚不明确的问题，通过传感器敏感特性分析，找出传感器监测的最佳参数，为后续室内和现场试验监测煤岩电荷前兆信号提供参考，对于煤岩变形破坏、冲击地压等灾害监测预警具有重要意义。该套非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置设计科学、结构简单，安装容易，分析方法简便有效，在非接触式煤岩带电监测传感器应用于煤矿冲击地压、岩爆等岩石动力灾害监测预警方面应用前景广泛。

技术领域

本发明属于传感器特性分析技术领域，具体涉及一种非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置及方法。

背景技术

冲击地压等煤岩动力灾害发生过程是煤岩内部能量积聚和释放的力学过程，该过程伴随煤岩体电荷信号的产生，能够间接反映煤岩内部状态，非接触式煤岩带电监测传感器能够对煤岩破裂过程中的电荷信号进行监测，通过电荷信号综合反映冲击地压现象过程中各阶段的破坏特征,对于冲击地压的预测具有重要意义。敏感特性是衡量传感器的重要指标之一，但目前现有手段尚无法实现非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析，严重制约煤岩带电监测传感器在冲击地压等煤矿动力灾害监测预警方面应用。因此，急需相应装置及方法对非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性进行分析，为应用煤岩带电监测传感器进行冲击地压的监测预警研究提供依据。

发明内容

针对目前煤岩带电监测传感器敏感特性尚不明确，且相应装置及方法缺失问题，本发明提供一种非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置及方法，该套装置及方法能够对非接触式煤岩带电监测传感器的主要影响参数进行定量分析，根据理论分析结果，带电监测传感器敏感特性的主要影响参数包括施感电荷q、距离h、轴向位置z、运动速度v等。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置，其特征在于：包括有机玻璃小球和用于悬挂有机玻璃小球的有机玻璃小球摆线，有机玻璃小球做单摆运动的最低点下方对应位置处设有传感器敏感元件，传感器敏感元件与带电监测传感器连接，带电监测传感器的信号输出端依次连接信号调理电路和数据采集器。

所述的有机玻璃小球摆线、有机玻璃小球、传感器敏感元件、带电监测传感器、信号调理电路和数据采集器均设在屏蔽箱内部，屏蔽箱通过屏蔽箱接地线接地。

一种利用非接触式煤岩带电监测传感器敏感特性分析装置进行煤岩带电监测传感器敏感特性分析的方法，其步骤为：

1)通过摩擦带电方式使有机玻璃小球带电，并作为施感电荷；有机玻璃小球摆线连接有机玻璃小球在带电监测传感器上方做周期性单摆运动，带电监测传感器在有机玻璃小球单摆运动过程中接收感应电荷量，传感器敏感元件感应电荷量数据经过信号调理器后通过数据采集器记录并保存；

2)设有机玻璃小球的电荷量为q，从右向左水平运动，运动速度为v，带电的有机玻璃小球最低点与传感器敏感元件的竖直方向距离为h时，带电的有机玻璃小球距离传感器敏感元件水平距离为Δx，当Δx→0时，计算可得传感器感应电荷量Q为公式

K表示感应比例系数，A表示敏感元件有效感应面积；

3)针对某变量对传感器敏感特性进行研究时，改变该变量，保持其他变量不变，反复进行实验；

4)根据公式(1)分别研究施感电荷q、竖直距离h、轴向位置z、运动速度v对传感器感应电荷信号幅频特性。