杆式岩层位移监测仪及系统

摘要

一种杆式岩层位移监测仪，包括位移传感单元和信息采集处理单元，其中，位移传感单元包括传感器框架、位移传递机构、使用光栅检测法将位移转换为电信号的光栅位移检测器单元、位移方向识别器单元；一种使用所述的杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其中，系统中设置有若干个所述杆式岩层位移监测仪、一台井下信息转换和通信分站。本发明杆式岩层位移监测仪可在同一钻孔内串联安装若干岩层位移监测仪，与现有的拉线式位移检测仪比较，不仅解决了拉力线自身的自然延长导致测量精度下降的问题，而且能自动辨别位移方向，提高了岩层位移检测精度。

权利要求

1.一种杆式岩层位移监测仪，包括位移传感单元和信息采集处理单元，其特征在于：所述位移传感单元包括传感器框架、位移传递机构、使用光栅检测法将位移转换为电信号的光栅位移检测器单元、位移方向识别器单元；

所述传感器框架的结构如下：筒状的传感器壳体(16、16’、16”)右端上下两侧对径开有轴向的矩形滑槽(22、22’、22”)，所述传感器壳体(16、16’、16”)内从左至右依次安装有第一支承板(2A、2A’、2A”)、第二支承板(2B、2B’、2B”)、第三支承板(2C、2C’、2C”)，所述矩形滑槽(22、22’、22”)左侧装有左密封堵头(6A、6A’、6A”)，右侧装有右密封堵头(6B、6B’、6B”)；

所述位移传递机构的结构如下：在所述传感器壳体(16、16’、16”)外装有始终罩住所述矩形滑槽(22、22’、22”)的位移套筒(12、12’、12”)，两端固定在所述位移套筒(12、12’、12”)上的连动杆(5、5’、5”)穿过所述矩形滑槽(22、22’、22”)，所述连动杆(5、5’、5”)的中间部位用连动套(11、11’、11”)固定在位移连动杆(21、21’、21”)上，所述位移连动杆(21、21’、21”)可滑动地穿过所述左密封堵头(6A、6A’、6A”)和所述第三支承板(2C、2C’、2C”)并与所述光栅位移检测器单元连接；

所述光栅位移检测器单元的结构如下：上导向滑轨(20A、20A’)和下导向滑轨(20B、20B’)两端分别固定在所述第一支承板(2A、2A’、2A”)和所述第三支承板(2C、2C’、2C”)上，左导向滑块(19A、19A’)和右导向滑块(19B、19B’)分别安装在所述第二支承板(2B、2B’、2B”)两侧的所述上导向滑轨(20A、20A’)和所述下导向滑轨(20B、20B’)之间，贴有第一动光栅板(14、14’)的第一有机玻璃板(15、15’)穿过所述第二支承板(2B、2B’、2B”)的滑槽，所述第一有机玻璃板(15、15’)的左端安装在所述左导向滑块(19A、19A’)上，所述第一有机玻璃板(15、15’)的右端安装在所述右导向滑块(19B、19B’)上并通过所述右导向滑块(19B、19B’)与所述位移连动杆(21、21’、21”)相连接，带有一个第一小定光栅板的第一光电耦合器(3、3’、3”)安装在所述第二支承板(2B、2B’、2B”)上，所述第一动光栅板(14、14’)在所述第一光电耦合器(3、3’、3”)凹槽内的部分与所述第一小定光栅板紧密接触，所述第一光电耦合器(3、3’、3”)的信号线和电源线连接在所述传感器框架左侧的第一接线端子(1、1’、1”)上；

所述位移方向识别器单元的结构如下：微动滑块(7、7’、7”)套在所述位移连动杆(21、21’、21”)上，传动杆(10、10’、10”)左端固定在所述的微动滑块(7、7’、7”)上，右端连接微动杆(9、9’、9”)，所述微动杆(9、9’、9”)右侧为第一电路板(8、8’、8”)上的触点开关(18、18’、18”)，所述第一电路板(8、8’、8”)固定在所述传感器壳体(16、16’、16”)上；所述触点开关(18、18’、18”)连接所述第一接线端子(1、1’、1”)，所述微动滑块(7、7’、7”)可在所述位移连动杆(21、21’、21”)上滑动，其摩擦力通过所述传动杆(10、10’、10”)拉动所述微动杆(9、9’、9”)在两块所述第一电路板(8、8’、8”)构成的滑槽内做微小转动，从而触发所述触点开关(18、18’、18”)，即可判别位移方向；

所述第一接线端子(1、1’、1”)连接至所述信息采集处理单元，所述信息采集处理单元中有一第一单片机控制模块(408)，其输入口通过第二接线端子(402A)连接所述光栅位移检测单元的所述第一接线端子(1、1’、1”)，所述第一单片机控制模块(408)分别连接第一声光报警模块(406)、第一无线通信模块(401)和第一485通信模块(407)，所述第一485通信模块(407)连接485总线，所述第一无线通信摸块(401)与遥控器实现无线通信，所述第一无线通信摸块(401)、所述第一声光报警模块(406)、所述第一485通信模块(407)和所述第一单片机控制模块(408)安装在所述岩层位移监测仪的信息采集处理单元壳体(403)内的第二电路板(404)上，由一个电源转换模块(405)为所述第二电路板(404)上的元件供电。

2.根据权利要求1所述的杆式岩层位移监测仪，其特征在于：

所述光栅位移检测器单元还包括第四支承板(2D’)、第一磁铁(224’)、第二磁铁(223’)、磁性卡块(207’)、磁块(227’)、第二光电耦合器(220’)、第二动光栅板(204’)和第二有机玻璃板(219’)；

在所述第一支承板(2A’)、第二支承板(2B’)中间位置设有所述第四支承板(2D’)，贴有所述第二动光栅板(204’)的第二有机玻璃板(219’)与所述第一有机玻璃板(15’)并排分别穿过所述第二支承板(2B’)的滑槽和所述第四支承板(2D’)的滑槽，并可在所述第二支承板(2B’)的滑槽和所述第四支承板(2D’)的滑槽内滑动，所述第一有机玻璃板(15’)的长度是所述第二有机玻璃板(219’)的两倍，所述第一磁铁(224’)固定在所述左导向滑块(19A’)右侧；所述第二有机玻璃板(219’)的左端固定有所述第二磁铁(223’)、右端安装有所述磁性卡块(207’)，所述第二支承板(2B’)右侧表面与所述磁性卡块(207’)相对应的部位固定有所述磁块(227’)，带有第二小定光栅板的所述第二光电耦合器(220’)安装在所述第四支承板(2D’)上，所述第二动光栅板(204’)可在所述第二光电耦合器(220’)的凹槽内滑动，所述第二动光栅板(204’)在所述第二光电耦合器(220’)凹槽内的部分与所述第二小定光栅板紧密接触，所述第二光电耦合器(220’)的信号线和电源线连接在所述传感器框架结构左侧的所述第一接线端子(1’)上。

3.根据权利要求1所述的杆式岩层位移监测仪，其特征在于：

所述光栅位移检测器单元包括第五支承板(2D”)、滑动板(304”)、驱动齿板(320”)、接滑块(305”)、第一滑动弹簧(306A”)、第二滑动弹簧(306B”)、弹簧轴(307”)、L形的弹性拨杆(318”)和V型回位滑片(319”)，以及第三动光栅板(15”)；

其中，所述滑动板(304”)、所述驱动齿板(320”)、所述接滑块(305”)、所述第一滑动弹簧(306A”)、所述第二滑动弹簧(306B”)、所述弹簧轴(307”)、所述L形的弹性拨杆(318”)和所述V型回位滑片(319”)替换所述上导向滑轨(20A)、所述下导向滑轨(20B)、所述左导向滑块(19A)和所述右导向滑块(19B)，且所述第三动光栅板(15”)替换所述贴有第一动光栅板(14、14’)的第一有机玻璃板(15、15’)；

所述驱动齿板(320”)右侧与所述位移连动杆(21”)左侧相连接，所述驱动齿板(320”)的上侧固定有所述滑动板(304”)，所述滑动板(304”)与刻有等间距齿槽的所述驱动齿板(320”)并排分别穿过所述第二支承板(2B”)的滑槽和所述第五支承板(2D”)的滑槽，所述滑动板(304”)左端与所述第三动光栅板(15”)相连接，所述第三动光栅板(15”)穿过所述第一支承板(2A”)的滑槽，带有所述第一小定光栅板的所述第一光电耦合器(3”)安装在所述第一支承板(2A”)上，所述第三动光栅板(15”)在所述第一光电耦合器(3”)凹槽内部分与所述第一小定光栅板紧密接触；所述滑动板(304”)的中间部位固定有所述连接滑块(305”)，所述弹簧轴(307”)穿过所述连接滑块(305”)，所述弹簧轴(307”)两端分别固定在所述第二支承板(2B”)和所述第五支承板(2D”)上，所述连接滑块(305”)两侧的弹簧轴(307”)上分别装有所述第一滑动弹簧(306A”)和所述第二滑动弹簧(306B”)，所述第一滑动弹簧(306A”)两端分别支承在所述连接滑块(305”)和所述第五支承板(2D”)上，所述第二滑动弹簧(306B”)两端分别支承在所述连接滑块(305”)和所述第二支承板(2B”)上，所述L形的弹性拨杆(318”)左端安装在所述滑动板(304”)上，所述L形的弹性拨杆(318”)右端卡在所述驱动齿板(320”)的齿槽内，所述第二支承板(2B”)上安装有所述V型回位滑片(319”)，所述L形的弹性拨杆(318”)所在的所述驱动齿板(320”)的齿槽位于所述V型回位滑片(319”)的范围内。

4.根据权利要求1所述的杆式岩层位移监测仪，其特征在于：所述遥控器包括通信天线(601)、第二无线通信模块(604)、第一键盘(605)、开关(607)、显示屏(609)和遥控单片机(608)，所述通信天线(601)、所述第二无线通信模块(604)、所述第一键盘(605)、所述开关(607)、所述显示屏(609)与所述遥控单片机(608)电连接，所述遥控器的电源为可充电电池(606)。

5.一种使用权利要求4所述的杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其特征在于：系统中设置有若干个所述杆式岩层位移监测仪和一台井下信息转换和通信分站，所述井下信息转换和通信分站包括一第二单片机控制模块以及与所述第二单片机控制模块连接的第二485通信模块、频率转换模块、显示模块、第二声光报警模块和第二键盘，所述井下信息转换和通信分站通过所述485总线和若干个所述杆式岩层位移监测仪连接。

6.根据权利要求5所述的岩层位移监测系统，其特征在于：所述井下信息转换和通信分站通过信号转换系统与计算机监控中心相连。

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩层断面测量仪器，特别是涉及一种能够测量岩层及煤层间位移的杆式岩层位移监测仪及系统。

背景技术

目前，工程中检测位移的传感器和监测仪种类较多，各具特色，各有其适用范围，但是，对土木、水利、道路、矿山的开采及地下工程中岩体、巷道岩层内部的位移自动监测和预报的仪器却不多见，尤其是对高精度、大位移的实时自动监测几乎是空白，例如，在煤炭开采中巷道围岩内部压力突变引起的冲击矿压、煤炭回采时采掘对巷道顶(底)板、煤柱等岩层内部位移变化引起的冒顶、底臌、岩爆等引起的安全事故。至今尚缺少可靠的，能够实时自动监测和预报的仪器，尤其在煤炭开采中尚缺少在地面上实现对井下巷道位移不间断的实时自动监测和预报。
本人在200610113800.x号专利申请(公开号为CN 1936500A)中申请一种岩层位移监测仪，利用拉力线牵动位移轮，带动光栅环转动，利用光栅环和固定光栅片之间的光栅移动，变岩层位移为机械转动，再变为光栅干涉条纹变化，进一步变为可计数的电子信号，从而快速和准确的检测出微小的岩层位移变化。
但依据上述申请制作的离层位移监测仪，在实际应用中存在下述不足：
1、拉力线自身会产生微小变形，导致测量精度下降；
2、由于采用拉线传递位移，故难以辨别岩层位移方向；
3、受精度限制，只适合于软岩及位移较大的岩层位移监测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种因不使用拉力线而不会由于拉力线自身的自然延长导致测量精度下降、能够辨别岩层位移方向、精度更高而适合硬岩及位移较小的岩层位移监测的杆式岩层位移监测仪及系统。
本发明杆式岩层位移监测仪，包括位移传感单元和信息采集处理单元，其中：位移传感单元包括传感器框架、位移传递机构、使用光栅检测法将位移转换为电信号的光栅位移检测器单元、位移方向识别器单元；
传感器框架的结构如下：筒状的传感器壳体右端上下两侧对径开有轴向的矩形滑槽，所述传感器壳体内从左至右依次安装有第一支承板、第二支承板、第三支承板，矩形滑槽左侧装有左密封堵头，右侧装有右密封堵头；
位移传递机构的结构如下：在所述传感器壳体外装有始终罩住所述矩形滑槽的位移套筒，两端固定在位移套筒上的连动杆穿过矩形滑槽，所述连动杆的中间部位用连动套固定在所述位移连动杆上，所述位移连动杆可滑动地地穿过所述左密封堵头和所述第三支承板并与光栅位移检测器单元连接；
光栅位移检测器单元包括固定在传感器框架支承板上的带有定光栅板的光电耦合器和与之相配合的动光栅板，光栅位移检测器单元的信号和电源线连接在传感器框架左侧的接线端子上；
位移方向识别器单元的结构如下：微动滑块套在位移连动杆上，传动杆左端固定在所述微动滑块上，右端连接微动杆，所述微动杆右侧为电路板上的触点开关，电路板固定在传感器壳体上；位移方向识别器单元的所述触点开关连接所述的所述接线端子；
所述接线端子连接至信息采集处理单元。
本发明杆式岩层位移监测仪，其中：光栅位移检测器单元的结构如下：
上导向滑轨和下导向滑轨两端分别固定在第一支承板和第三支承板上，左导向滑块和右导向滑块分别安装在第二支承板两侧的上导向滑轨和下导向滑轨之间，贴有动光栅板的有机玻璃板穿过第二支承板的滑槽，有机玻璃板的左端安装在左导向滑块上，有机玻璃板的右端安装在右导向滑块上并通过右导向滑块与位移连动杆相连接，带有一个小定光栅板的光电耦合器安装在第二支承板上，动光栅板在光电耦合器凹槽内的部分与和小定光栅板紧密接触，所述的光电耦合器信号和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子上。
本发明杆式岩层位移监测仪，其中：
第一支承板、第二支承板中间位置设有第四支承板；
光栅位移检测器单元的结构如下：
贴有第二动光栅板的第二有机玻璃板与有机玻璃板并排穿过第二支承板和第四支承板的滑槽，并可在滑槽内滑动，有机玻璃板的长度是第二有机玻璃板的两倍，第一磁铁固定在左导向滑块右侧；第二有机玻璃板的左端固定第二磁铁，右端安装磁性卡块，第二支承板右侧表面与磁性卡块相对应的部位固定一磁块，带有一个定光栅板的第二光电耦合器安装在第四支承板上，第二动光栅板可在第二光电耦合器的凹槽内滑动，第二动光栅板在第二光电耦合器凹槽内的部分与定光栅板紧密接触，所述的第二光电耦合器信号和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子上。
本发明杆式岩层位移监测仪，其中：
第一支承板、第二支承板中间位置设有第四支承板；
光栅位移检测器单元的结构如下：
驱动齿板右侧与位移连动杆左侧相连接，驱动齿板的上侧固定有滑动板，滑动板与刻有等间距齿槽的驱动齿板并排穿过第二支承板和第四支承板的滑槽，滑动板左端与动光栅板相连接，动光栅板穿过第一支承板的滑槽，带有一个定光栅板的光电耦合器安装在第一支承板上，动光栅板在光电耦合器凹槽内部分与定光栅板紧密接触；滑动板的中间部位固定一连接滑块，弹簧轴穿过连接滑块，弹簧轴两端分别固定在第二支承板和第四支承板上，连接滑块两侧的弹簧轴上分别装有第一滑动弹簧和第二滑动弹簧，第一滑动弹簧两端分别支承在连接滑块和第四支承板上，第二滑动弹簧两端分别支承在连接滑块和第二支承板上，L形的弹性拨杆左端安装在滑动板上，弹性拨杆右端卡在驱动齿板的齿槽内，第二支承板上安装一V型回位滑片，弹性拨杆所在的驱动齿板的齿槽位于回位滑片的范围内；光电耦合器的信号和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子上。
本发明杆式岩层位移监测仪，其中：所述的信息采集处理单元中有一单片机控制模块，其输入口通过第二接线端子连接所述的光栅位移检测单元的接线端子，所述单片机控制模块分别连接声光警报模块、无线通信摸块和RS485通信模块，所述RS485通信模块连接RS485总线，所述的无线通信摸块与遥控器实现无线通信，上述所有模块安装在岩层位移监测仪的信息采集处理单元壳体内的电路板上，由一个电源转换模块为电路板上的元件供电。
本发明杆式岩层位移监测仪，其中：所述遥控器的通信天线、无线通信模块、操作键盘、开关、显示屏与遥控单片机电连接，遥控器的电源为可充电电池。
本发明使用所述的杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其中：系统中设置有若干个所述杆式岩层位移监测仪、一台井下信息转换和通信分站，信息转换和通信分站包括一单片机控制模块以及与所述单片机控制模块连接的RS485通信模块、频率转换模块、显示模块、声光报警模块和键盘，所述井下信息转换和通信分站通过485总线和所述岩层位移监测仪连接。
本发明使用所述的杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其中：井下信息转换和通信分站通过信号转换系统与计算机监控中心相连。
本发明杆式岩层位移监测仪，因不使用拉力线而不会由于拉力线自身的自然延长导致测量精度下降，因装有位移方向识别器单元而能够辨别岩层位移方向，精度更高而适合硬岩及位移较小的岩层位移监测。
本发明杆式岩层位移监测仪，位移传递机构的位移套筒固定在围岩的钻孔中，信息采集处理单元的壳体固定在外表岩层上，通过电缆线将光栅位移检测器单元的两光栅之间的相对移动产生的干涉条纹的计量传送到信息采集处理单元，可以精确的实时测量岩层之间的位移量，计算位移变化速率，既可以在现场用遥控器读取数据，也可以异地远距离传送数据。
本发明离层位移监测仪即可单独使用，亦可组成监测系统对岩体工程进行整体的现场和远距离实时自动监测。
本发明岩层位移监测仪结构简单、实用方便、检测精度高，抗干扰能力强，可用于煤矿、其它矿井、地下工程中对岩体、巷道顶板、支撑柱体等。本发明离层位移监测仪既可监测岩(煤)层的绝对位移量，也可监测位移变化速率，当位移量或位移速率超过安全界限时，可从地面监控总站实施对井下巷道自动报警，实现对井下巷道顶板及围岩体离层位移远距离实时自动监测，避免因顶板冒落、冲击矿压引起的安全事故。本发明离层位移监测仪结构简单、操作方便、既适用于小位移高精度测量，也适用于大位移高精度的自动监测。该仪器能够广泛应用在矿山开采、土木、水利、道路等施工过程中对围岩体、巷道顶底板、制成岩体等离层位移进行有效地自动实时监测，及时消除生产安全隐患，也为巷道及支撑岩体设计提供依据。

附图说明

图1是本发明杆式岩层位移监测仪第一种实施方式的位移传感单元示意图；
图2是本发明杆式岩层位移监测仪第二种实施方式的位移传感单元示意图；
图3a是本发明杆式岩层位移监测仪第三种实施方式的位移传感单元示意图；
图3b是图3a的A-A仰视剖视图；
图4是本发明杆式岩层位移监测仪的信息采集处理单元示意图；
图5是本发明杆式岩层位移监测仪的遥控器示意图；
图6是本发明杆式岩层位移监测系统方框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明杆式岩层位移监测仪及系统作进一步说明。
图1、图4、图5、图6为本发明杆式岩层位移监测仪的第一种实施方式，第一种实施方式包括位移传感单元和信息采集处理单元，其中，图1所示的位移传感单元包括传感器框架、位移传递机构、使用光栅检测法将位移转换为电信号的光栅位移检测器单元、位移方向识别器单元；
传感器框架的结构如下：筒状的传感器壳体16右端上下两侧对径开有轴向的矩形滑槽22，传感器壳体16内从左至右依次安装有第一支承板2A、第二支承板2B、第三支承板2C，矩形滑槽左侧装有左密封堵头6A，右侧装有右密封堵头6B；
位移传递机构的结构如下：在所述传感器壳体16外装有始终罩住所述矩形滑槽22的位移套筒12，两端固定在位移套筒12上的连动杆5穿过矩形滑槽22，连动杆5的中间部位用连动套11固定在位移连动杆21上，位移连动杆21可滑动地穿过左密封堵头6A和第三支承板2C并与光栅位移检测器单元连接；
光栅位移检测器单元的结构如下：上导向滑轨20A和下导向滑轨20B两端分别固定在第一支承板2A和第三支承板2C(或左密封堵头6A)上，左导向滑块19A和右导向滑块19B分别安装在第二支承板2B两侧的上导向滑轨20A和下导向滑轨20B之间，贴有动光栅板14的有机玻璃板15穿过第二支承板2B的滑槽，有机玻璃板15的左端安装在左导向滑块19A上，有机玻璃板15的右端安装在右导向滑块19B上并通过右导向滑块19B与位移连动杆21相连接，带有一个小定光栅板的光电耦合器3安装在第二支承板2B上，动光栅板14在光电耦合器3凹槽内的部分与和小定光栅板紧密接触，动光栅板14发生位移时，光电耦合器3将变化的光干涉条纹转换为电信号，所述的光电耦合器3信号线和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子1上。
位移方向识别器单元的结构如下：微动滑块7套在位移连动杆21上并与位移连动杆21之间具有一定的摩擦力，传动杆10左端固定在微动滑块7上，右端连接微动杆9，微动杆9右侧为电路板8上的触点开关18，电路板8固定在传感器壳体16上；位移方向识别器单元的触点开关18连接所述的接线端子1；微动滑块7可在位移连动杆21上滑动，其摩擦力通过传动杆10拉动微动杆9在两块电路板8构成的滑槽内做微小转动，从而触发触点开关18，即可判别位移方向。
接线端子1连接至信息采集处理单元。
图4所示为信息采集处理单元，其中有一单片机控制模块408，其输入口通过第二接线端子402A连接所述的光栅位移检测单元的接线端子1，所述单片机控制模块408分别连接声光警报模块406、无线通信摸块401和485通信模块407，所述485通信模块407连接485总线，所述的无线通信摸块401与遥控器实现无线通信，上述所有模块安装在岩层位移监测仪的信息采集处理单元壳体403内的电路板404上，由一个电源转换模块405为电路板404上的元件供电。
图5所示为信息采集处理单元的遥控器，所述遥控器的通信天线601、无线通信模块604、操作键盘605、开关607、显示屏609与遥控单片机608电连接，遥控器的电源为可充电电池606。
本发明杆式岩层位移监测仪在使用时，传感器壳体16固定在岩体钻孔顶端稳定不动的岩层上，位移传递机构的位移套筒12固定在被测岩层的钻孔中，被测岩层发生位移时会带动位移套筒12移动，位移套筒12再带动连动杆5在传感器壳体16上的滑槽中滑动，连动杆5带动右导向滑块19B、贴有动光栅板14的有机玻璃板15移动，同时动光栅板14与光电耦合器3上的小定光栅板产生光干涉条纹，光电耦合器3将光干涉条纹转换为电信号，通过电缆、接线端子1将电信号传送到信息采集处理单元。
本发明杆式岩层位移监测仪使用的光栅片皆采用100线/mm的等节距平行光栅，故测量位移精度为0.01mm，如果采用更高密度的光栅，则可提高测量精度，例如，采用1000线/mm，测量精度为0.001mm，只要改变采用的光栅密度可以达到任何要求的测量精度。
第二种实施方式中，位移传感单元的光栅位移检测器单元结构是在第一种实施方式的基础上增加一些部件得来的，除此之外的其他部分是基本相同的。参见图2(图中与第一种实施方式相同的部件用相同的数字标示，并在右上角冠以“’”作为区分)，其中：
第一支承板2A’、第二支承板2B’中间位置设有第四支承板2D’；
光栅位移检测器单元的结构如下：
贴有第二动光栅板204’的第二有机玻璃板219’与有机玻璃板15’并排穿过第二支承板2B’和第四支承板2D’的滑槽，并可在滑槽内滑动，有机玻璃板15’的长度是第二有机玻璃板219’的两倍，第一磁铁224’固定在左导向滑块19A’右侧；第二有机玻璃板219’的左端固定第二磁铁223’，右端安装磁性卡块207’，第二支承板2B’右侧表面与磁性卡块207’相对应的部位固定一个与磁性卡块207’吸合的磁块227’，带有一个小定光栅板的第二光电耦合器220’安装在第四支承板2D’上，第二动光栅板204’可在第二光电耦合器220’的凹槽内滑动，第二动光栅板204’在第二光电耦合器220’凹槽内的部分与小定光栅板紧密接触，所述的第二光电耦合器220’信号线和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子1’上。
当岩层发生位移时，位移连动杆21’带动贴有光栅板14’的有机玻璃板15’移动，光栅板14’与光电耦合器3’的小定光栅板产生干涉条纹，光电耦合器3’将干涉条纹转换为电信号，当位移等于光栅板14’的长度时，左导向滑块19A’表面的第一磁铁224’与第二有机玻璃板219’的第二磁铁223’吸合，带动第二动光栅板204’的第二有机玻璃板219’移动，第二动光栅板204’与第二光电耦合器220’的小定光栅板产生干涉条纹，第二光电耦合器220’将干涉条纹转换为电信号，此形式的光栅位移检测器可将大的位移分成两段监测，避免由于光栅移动过长与小定光栅板产生的干涉条纹不均匀，影响检测精度。另外，第一磁铁224’与第二磁铁223’吸合后，有机玻璃板15’向左侧移动时则可以通过第一磁铁224’与第二磁铁223’的吸力带动第二有机玻璃板219’向左移动，直到磁性卡块207’卡在磁块227’上后第一磁铁224’与第二磁铁223’分离，这样就可以用长度等于光栅板14’的两块光栅板来检测等于光栅板14’长度两倍的位移。
第三种实施方式中，位移传感单元的光栅位移检测器单元结构与第一种实施方式有所不同，其他部分是基本相同的。参见图3(图中与第一种实施方式相同的部件用相同的数字标示，并在右上角冠以“””作为区分)，其中：
第一支承板2A”、第二支承板2B”中间位置设有第四支承板2D”；
光栅位移检测器单元的结构如下：
驱动齿板320”右侧与位移连动杆21”左侧相连接，驱动齿板320”的上侧固定有滑动板304”，滑动板304”与刻有等间距齿槽的驱动齿板320”并排穿过第二支承板2B”和第四支承板2D”的滑槽，滑动板304”左端与动光栅板15”相连接，动光栅板15”穿过第一支承板2A”的滑槽，带有一个小定光栅板的光电耦合器3”安装在第一支承板2A”上，动光栅板15”在光电耦合器3”凹槽内部分与小定光栅板紧密接触；滑动板304”的中间部位固定一连接滑块305”，弹簧轴307”穿过连接滑块305”，弹簧轴307”两端分别固定在第二支承板2B”和第四支承板2D”上，连接滑块305”两侧的弹簧轴307”上分别装有第一滑动弹簧306A”和第二滑动弹簧306B”，第一滑动弹簧306A”两端分别支承在连接滑块305”和第四支承板2D”上，第二滑动弹簧306B”两端分别支承在连接滑块305”和第二支承板2B”上，L形的弹性拨杆318”左端安装在滑动板304”上，弹性拨杆318”右端卡在驱动齿板320”的齿槽内，第二支承板2B”上安装一V型回位滑片319”，弹性拨杆318”所在的驱动齿板320”的齿槽位于V型回位滑片319”的V型槽范围内。岩层位移通过位移套筒12”、连动杆5”、位移连动杆21”传递到驱动齿板320”，驱动齿板320”通过弹性拨杆318”，带动滑动板304”和动光栅板15”移动，同时第二滑动弹簧306B”被压缩，每当驱动齿板320”移动的距离等于齿槽间距时，回位滑片319”可拨动弹性拨杆318”跳出驱动齿板320”的齿槽，使滑动板304”与驱动齿板320”脱离，在第二滑动弹簧306B”驱动下弹性拨杆318”滑入驱动齿板320”的下一齿槽，滑动板304”也随之滑到驱动齿板320”的下一齿槽间距，动光栅板15”亦往回滑动一个齿槽间距，这样就可以用长度等于齿槽间距的动光栅板15”测量大位移。光电耦合器3”的信号线和电源线连接在传感器框架结构左侧的接线端子1”上。
本实施例中，驱动齿板320”长度为200mm，齿槽间距为20mm，动光栅板15”长度也为20mm，由于动光栅板15”只在驱动齿板320”的齿槽间距间往复滑动，故可以用很短的光栅板检测大位移，同时可以提高仪器的检测精度和准确度。
参见图6，本发明使用杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其中：系统中设置有若干个杆式岩层位移监测仪、一台井下信息转换和通信分站，信息转换和通信分站包括一单片机控制模块以及与所述单片机控制模块连接的485通信模块、频率转换模块、显示模块、声光报警模块和键盘，所述井下信息转换和通信分站通过485总线和所述岩层位移监测仪连接。
本发明使用所述的杆式岩层位移监测仪的岩层位移监测系统，其中：井下信息转换和通信分站通过信号转换系统与计算机监控中心相连。
本发明杆式岩层位移监测仪，位移传递机构的位移套筒固定在围岩的钻孔中，信息采集处理单元的壳体固定在外表岩层上，通过电缆线将光栅位移检测器单元的两光栅之间的相对移动产生的干涉条纹的计量传送到信息采集处理单元，可以精确的实时测量岩层之间的位移量，计算位移变化速率，既可以在现场用遥控器读取数据，也可以异地远距离传送数据。
本发明离层位移监测仪即可单独使用，亦可组成监测系统对岩体工程进行整体的现场和远距离实时自动监测。
本发明岩层位移监测仪结构简单、实用方便、检测精度高，抗干扰能力强，可用于煤矿、其它矿井、地下工程中对岩体、巷道顶板、支撑柱体等。本发明离层位移监测仪既可监测岩(煤)层的绝对位移量，也可监测位移变化速率，当位移量或位移速率超过安全界限时，可从地面监控总站实施对井下巷道自动报警，实现对井下巷道顶板及围岩体离层位移远距离实时自动监测，避免因顶板冒落、冲击矿压引起的安全事故。本发明离层位移监测仪结构简单、操作方便、既适用于小位移高精度测量，也适用于大位移高精度的自动监测。该仪器能够广泛应用在矿山开采、土木、水利、道路等施工过程中对围岩体、巷道顶底板、制成岩体等离层位移进行有效地自动实时监测，及时消除生产安全隐患，也为巷道及支撑岩体设计提供依据。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。