De richtingssensor voor micromijnen is een kerncomponent voor het bereiken van zeer-precieze ruimtelijke positionering en houdingsmetingen in de mijnbouwtechniek. Door detectietechnologie en intelligente algoritmen te integreren, biedt het cruciale gegevensondersteuning voor mijnexploratie, mijnbouw, ondersteuning en navigatie van apparatuur. Met de DS550LT-een micro-richtingssensor ontwikkeld door ZITN als voorbeeld, gaat dit artikel dieper in op het werkingsprincipe, de technische kenmerken en industriële toepassingen vanuit drie aspecten.
Werkingsprincipe: multi-sensorfusie en ruimtelijke berekening
Het kernmeetprincipe van dit type sensor is gebaseerd op de fusiemethode 'magnetische richtingsbepaling + bepaling van de versnellingsstand', die berust op de gezamenlijke werking van de ingebouwde -in drie- magnetische sensor (fluxgate) en drie- MEMS-versnellingssensor:
Magnetische sensor:Meet de componenten van het aardmagnetisch veld op elke as om de richting van de sensor ten opzichte van het magnetische noorden te bepalen.
Acceleratiesensor:Meet de componenten van de zwaartekrachtversnelling op elke as om de kantelstand van de sensor te bepalen (hellingshoek en gereedschapsvlakhoek).
Real-berekeningen worden uitgevoerd met behulp van de volgende wiskundige modellen:
1.Gereedschapsvlakhoek (TF) en magnetische gereedschapsvlakhoek (MF)
Op basis van de Gy- en Gz-componenten die door de versnellingsmeter worden afgegeven of de Hy- en Hz-componenten die door de magnetische sensor worden afgegeven, wordt de huidige gereedschapsvlakoriëntatie berekend aan de hand van trigonometrische functierelaties, die worden gebruikt om de rotatiestand van de apparatuur in het horizontale vlak te beoordelen.
2.Hellingshoek (INC)
Het weerspiegelt de hoek tussen de axiale richting van de sensor en de verticale richting. Deze wordt berekend op basis van de drie--asuitgangswaarden van de versnellingsmeter en wordt gebruikt om de hellingsgraad van de boorpijp of apparatuur te bepalen.
3.Azimuthoek (AZ)
Gecombineerd met magnetische veld- en versnellingsgegevens wordt de azimut van de sensor ten opzichte van het magnetische noorden in het horizontale vlak bepaald door middel van vectorwerking, wat een sleutelparameter is bij gestuurd boren.
De sensoruitvoer ondersteunt twee modi: onbewerkte componentgegevens en berekende hoekgegevens, die gebruikers naar behoefte kunnen selecteren. Ondertussen wordt CRC-verificatie toegepast om de betrouwbaarheid van de gegevensoverdracht te garanderen.
Technische kenmerken: Miniaturisatie, hoge precisie en sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving
De DS550LT-A beschikt over de volgende uitstekende kenmerken in mijnbouwomgevingen:
- Miniatuurstructuur:Compact van formaat, eenvoudig te integreren in boorpijpen, meetsubs of mobiele apparatuur.
- Hoge-precisiemeting:Hellingshoeknauwkeurigheid van ±0,1 graad; azimuthoeknauwkeurigheid van ±2 graden wanneer de hellingshoek groter is dan of gelijk is aan 10 graden, wat voldoet aan de eisen van richtingsmetingen met hoge-precisie.
- Bediening op brede temperatuur:Ondersteunt een temperatuurbereik van -40 graden ~ +85 graden en past zich aan de temperatuurverschillen in ondergrondse mijnen aan.
- Trillings- en schokbestendigheid:Bestand tegen schokken van 2000 g en trillingen van 20 g, geschikt voor de omgeving met hoge- trillingen van mijnbouwapparatuur.
- Configureerbare communicatie:Ondersteunt seriële UART-communicatie met instelbare baudrate en open instructieset, waardoor systeemintegratie wordt vergemakkelijkt.
Toepassingsscenario's voor de industrie
1.Gericht boren en meting van boorgattrajecten
Op terreinen zoals de ontwikkeling van methaan in kolenlagen en de exploratie van metaalerts wordt de sensor geïnstalleerd nabij de boor van het boorgereedschap om de hellings- en azimuthoeken van het boorgattraject in realtime te bewaken, waardoor "metingen tijdens het boren" worden gerealiseerd en de boorprecisie en efficiëntie worden verbeterd.
2.Houdingbewaking van ondergrondse apparatuur
Geïnstalleerd op apparatuur zoals scharen, wegkoppen en hydraulische steunen, geeft het de kantel- en rotatiestatus van de apparatuur in realtime terug en biedt gegevensondersteuning voor geautomatiseerde mijnbouw en veilige ondersteuning.
3.Rijbaan- en tunnelrichtingsbouw
Tijdens het uitgraven van wegen kan de sensor worden geïntegreerd in schildmachines of geleidingssystemen om realtime monitoring en afwijkingscorrectie van de voortstuwingsrichting te realiseren, zodat wordt verzekerd dat de rijbaan wordt aangelegd volgens de ontworpen as.
4.Geologische rampenmonitoring en hellingstabiliteitsbeoordeling
Het wordt ingezet op belangrijke locaties, zoals hellingen en goafs, en bewaakt langdurig de kanteling van lagen en azimutveranderingen, wat een basis vormt voor vroegtijdige waarschuwing bij geologische rampen.
5.Intelligente mijnsysteemintegratie
Als sensorknooppunt in het Mine Internet of Things (IoT) kan de sensor verbinding maken met inspectierobots, drones en afstandsbedieningssystemen, waardoor de verbetering van mijnintelligentie en onbemande operaties worden bevorderd.
Conclusie
Richtingssensoren voor micromijnen, zoals de DS550LT-A, zijn belangrijke detectie-eenheden geworden in de digitale transformatie van mijnen, dankzij hun geïntegreerde detectievermogen, hoge-precieze berekeningen en sterke aanpassingsvermogen aan de omgeving. In de toekomst, met de verdere integratie van 5G-communicatie, edge computing en kunstmatige intelligentie-algoritmen, zal dit type sensor een grotere rol spelen bij realtime positionering, autonome navigatie en intelligente besluitvorming-, waardoor de ontwikkeling van mijnen in de richting van "veiligheid, hoge efficiëntie en intelligentie" zal worden gestuurd.