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Los sensores de desplazamiento para túneles de minas son componentes vitales en las operaciones mineras subterráneas. Permiten la medición precisa del movimiento del suelo y los cambios estructurales, lo que garantiza la seguridad y la eficiencia de los procesos mineros.
Los siguientes son los tipos más comunes de estos sensores:
Sensor de transformador diferencial de variación lineal (LVDT)
El sensor de desplazamiento LVDT mide desplazamientos lineales y proporciona mediciones precisas y sin contacto. Funciona según principios electromagnéticos. Se compone de una bobina primaria y dos bobinas secundarias, que son simétricas a la bobina primaria. Cuando el núcleo del transformador se mueve, cambia el voltaje entre las dos bobinas secundarias. Estos cambios en el voltaje ayudan a encontrar los desplazamientos. Estos sensores son beneficiosos para medir el movimiento del suelo en los túneles de las minas, ya que pueden resistir entornos hostiles. Estos incluyen la humedad, las variaciones de temperatura y el polvo.
Sensores de desplazamiento capacitivos
Mide la variación en la capacitancia causada por el cambio en la distancia entre el sensor y el objetivo. Es adecuado para detectar pequeños desplazamientos. Por ejemplo, un sensor capacitivo puede medir el cambio entre las capas de roca en un túnel de mina para ayudar a detectar cambios en el suelo. La precisión del sensor es alta, lo que lo hace adecuado para situaciones en las que se miden desplazamientos diminutos.
Sensores de desplazamiento láser
Los sensores de desplazamiento láser miden la distancia utilizando el tiempo que tarda un rayo láser reflejado en un objeto en regresar al sensor. Permite que el sensor mida con precisión y rapidez. Por ejemplo, un sensor láser puede medir la distancia del techo del túnel para detectar posibles derrumbes. Además de ser rápidos y precisos, estos sensores también pueden medir en condiciones de luz difíciles y en superficies irregulares.
Sensores vibroacústicos
Los sensores vibroacústicos utilizan las características de detección de vibraciones y ondas de sonido para monitorear el desplazamiento. Estos sensores se emplean principalmente para medir los cambios dinámicos en la integridad estructural de la mina. El principal beneficio de estos sensores es que pueden monitorearse pasivamente. Esto significa que pueden rastrear los desplazamientos en curso sin necesidad de un monitoreo externo.
Sensores piezorresistivos
Un sensor de desplazamiento piezorresistivo mide pequeños desplazamientos utilizando el efecto piezorresistivo. Este efecto cambia la resistencia de un material conductor bajo tensión. En los túneles de las minas, los sensores piezorresistivos ayudan a medir los desplazamientos inducidos por la presión. Esto es particularmente útil cuando se monitorea el desplazamiento en áreas con mucha presión, como cerca de los túneles.
Los fabricantes deben elegir cuidadosamente los materiales para los sensores de desplazamiento utilizados en los túneles de las minas, ya que estos componentes deben soportar condiciones de trabajo extremas.
Estos materiales incluyen los siguientes:
Acero inoxidable
El acero inoxidable es uno de los materiales más comunes utilizados para fabricar las carcasas de los sensores de desplazamiento. Aunque es acero, se compone de hierro, carbono, cromo y, a veces, níquel. El cromo en el acero inoxidable forma una capa sobre el acero que evita la oxidación. Esto hace que los sensores sean resistentes a la corrosión y duraderos.
Otros metales
Los fabricantes fabrican los componentes internos de los sensores de desplazamiento con metales como cobre, plata y oro. Fabrican contactos eléctricos y cableado con estos materiales. El oro es muy popular para el electrochapado porque no se oxida y es significativamente conductor. El cobre y la plata también se utilizan para enrollar las bobinas y otras partes conductoras, ya que ofrecen una gran conductividad.
Elastómeros
Los sensores de túneles de minas utilizan elastómeros en los componentes de sellado y aislamiento. Utilizan caucho y silicona para este propósito. Estos materiales crean juntas y juntas tóricas que evitan que el polvo y el agua entren en las partes sensibles del sensor. También aíslan los diferentes componentes de las vibraciones para evitar daños.
Plásticos
Los fabricantes fabrican algunas partes de la carcasa del sensor con plásticos de alta calidad como el policarbonato y el ABS. Estos materiales son ligeros pero lo suficientemente resistentes como para soportar golpes e impactos. El policarbonato se utiliza cuando se requiere más resistencia y resistencia a la temperatura. El ABS se usa comúnmente porque es económico y bastante duradero.
Semiconductores
Los semiconductores son esenciales en los sensores piezorresistivos y capacitivos. Los fabricantes utilizan silicio principalmente para fabricar estos componentes. Los semiconductores de silicio se incluyen en diferentes tipos de sensores de desplazamiento. Los sensores funcionan midiendo los cambios de resistencia en el silicio bajo tensión mecánica. Esto le da una alta precisión y sensibilidad, lo cual es bueno para las operaciones mineras.
El proceso de fabricación sigue estos pasos:
Bobinado
Al fabricar sensores LVDT, la gente enrolla las bobinas con alambre de cobre. Luego, aíslan las bobinas con barniz para evitar que los cables se cortocircuiten cuando se exponen a condiciones adversas. Los fabricantes enrollan el cable con fuerza para asegurarse de que las bobinas funcionen según lo previsto.
Mecanizado de núcleos
El siguiente paso es fabricar el núcleo magnético que se encuentra en el centro de las bobinas. La gente mecaniza este núcleo con acero de alta permeabilidad. Esto les permite dar forma precisa al núcleo para lograr las propiedades magnéticas deseadas.
Alineación láser
Para los sensores láser, los fabricantes comienzan construyendo el emisor y el receptor láser. Ambos componentes se alinean utilizando maquinaria de precisión. Utilizan un proceso de ajuste llamado "alineación de banco óptico". Esto asegura que el láser y los sensores estén perfectamente alineados para medir con precisión el desplazamiento.
Dopaje de semiconductores
Al fabricar sensores piezorresistivos, los fabricantes dopan obleas de silicio con impurezas como boro y fósforo. Hacen esto para crear silicio tipo n y tipo p. Luego, cortan el silicio en pequeños trozos para fabricar sensores individuales a partir de estas obleas.
Enchapado de sensores capacitivos
Para los sensores capacitivos, las placas de electrodos se fabrican chapando capas de metal delgado sobre un material dieléctrico. Los fabricantes utilizan materiales como níquel y oro para este paso. Chapan el metal sobre el núcleo cerámico del sensor.
Monitoreo estructural
Los sensores de desplazamiento monitorean la integridad estructural de los túneles y los equipos de minería en las minas subterráneas. Por ejemplo, un operador de mina podría instalar un sensor en el techo de un túnel. Luego medirá pequeños movimientos de roca para detectar posibles derrumbes. Esto permitirá a los mineros tomar precauciones antes de que la situación se vuelva peligrosa. Sin el sensor, podrían entrar en partes de la mina que corren el riesgo de derrumbarse, poniendo en peligro a los trabajadores.
Monitoreo geotécnico
Los sensores proporcionan datos sobre la estabilidad y el movimiento del suelo, que son cruciales para las prácticas mineras seguras. Ayudan a los geólogos a analizar el comportamiento del suelo y la roca en condiciones cambiantes. Por ejemplo, un sensor integrado en las paredes de una mina puede rastrear los cambios en la tierra circundante. Estos datos son útiles para ajustar los planes de minería y prevenir accidentes.
Monitoreo de la presión hidrostática
Los sensores miden los niveles de presión en los equipos y fluidos de minería. Ayudan a que las operaciones funcionen sin problemas. Por ejemplo, una empresa minera puede utilizar un sensor de desplazamiento para comprobar la presión dentro de un sistema hidráulico. El monitoreo continuo de la presión permite la detección temprana de problemas. También garantiza que los sistemas no funcionen a niveles de presión peligrosos que puedan causar averías o explosiones.
Construcción de túneles
Durante la construcción de túneles subterráneos, estos sensores se utilizan para garantizar la alineación y la estabilidad adecuadas. Los ingenieros instalan sensores en las paredes de un túnel excavado para rastrear el desplazamiento a medida que inyectan soportes de hormigón. Este monitoreo asegura que las paredes del túnel permanezcan estables a medida que avanza la construcción. Sin los sensores, las paredes podrían derrumbarse antes de que los constructores instalen las estructuras de protección.
Seguridad de la maquinaria minera
Los sensores se utilizan en la maquinaria para monitorear el desplazamiento y la alineación de los componentes, lo que mejora la seguridad. Las empresas mineras de hoy en día instalan sensores de desplazamiento en equipos como perforadoras y excavadoras. Los sensores aseguran que las piezas no se muevan de su lugar durante el funcionamiento. Si los componentes se desplazan demasiado, se activará una alerta para advertir a los trabajadores antes de que algo se rompa o la máquina se vuelque.
Los siguientes son algunos factores que se deben considerar para elegir un sensor de desplazamiento adecuado:
Tipo de movimiento
Considere el tipo de movimiento que medirá el sensor. ¿Será desplazamiento lineal o angular? ¿El objetivo se moverá de manera constante o errática? Elegir un sensor adecuado para el perfil de movimiento específico de su aplicación es crucial. El uso de un sensor diseñado para movimiento lineal para medir el desplazamiento angular dará resultados inexactos.
Mecanismo de detección
Los sensores de desplazamiento emplean varios mecanismos de detección: electromagnéticos, capacitivos, triangulación láser y más. Cada método tiene sus pros y sus contras. Por ejemplo, los sensores capacitivos funcionan mejor para pequeños desplazamientos, mientras que los sensores láser son ideales para mediciones de larga distancia. Comprender el rango y el entorno de la aplicación ayudará a reducir la opción.
Rango de medición
El sensor elegido debe tener el rango adecuado para medir el desplazamiento con precisión. Un sensor no proporcionará datos precisos si su rango es demasiado corto o demasiado largo para la tarea en cuestión. Esto se debe a que sus mediciones siempre estarán fuera de lugar. En consecuencia, asegúrese de que el sensor seleccionado tenga un rango que coincida con la cantidad de movimiento esperada.
Tiempo de respuesta
La rapidez con la que un sensor debe responder también influye en la elección. Una pieza de máquina que se mueve a alta velocidad necesitará un sensor con un tiempo de respuesta rápido. Por otro lado, el monitoreo de la estructura estática en los túneles de las minas no exige actualizaciones tan rápidas. Al hacer coincidir la velocidad del sensor con las necesidades de la aplicación, se evita quedarse atrás o perder datos críticos.
Condiciones ambientales
Las operaciones mineras se llevan a cabo en condiciones adversas la mayor parte del tiempo. Estas condiciones incluyen temperaturas extremas, fuertes vibraciones y polvo. El sensor debe poder resistir estos elementos. Se debe considerar el rango de temperatura de funcionamiento del sensor. Además, verifique sus clasificaciones de humedad, choque y protección contra partículas. Solo entonces se puede confiar en que el sensor funcionará de manera confiable en este entorno.
Salida de señal
También es pertinente considerar la señal de salida del sensor. La salida es la información que el sensor envía una vez que mide el desplazamiento. Esta señal informa a los controles del equipo minero o a los sistemas de registro de datos de los resultados. Las diversas salidas incluyen voltaje, corriente y datos digitales. Asegúrese de que la salida del sensor sea compatible con los sistemas de medición y control existentes.
Un sensor de desplazamiento en la minería rastrea continuamente los cambios que ocurren dentro de las masas de roca en los túneles minados. Al proporcionar esta información, el sensor mejora tanto la seguridad de los trabajadores como el uso eficaz de los recursos. Los datos informan si el estado estructural es seguro para las operaciones continuas o si son necesarias medidas preventivas.
El sensor de desplazamiento capacitivo funciona detectando cambios en la capacitancia causados por la distancia variable a un objeto. Lo hace tomando medidas entre dos placas conductoras, una de las cuales es el elemento sensor y la otra es el objetivo. A medida que cambia la distancia entre las placas, también lo hace la capacitancia.
Las operaciones mineras utilizan sensores piezoeléctricos principalmente para monitorear las vibraciones de la maquinaria minera y las formaciones geológicas. También utilizan estos sensores para capturar los cambios de presión en los fluidos mineros y las detonaciones explosivas. La gente hace esto para mejorar el monitoreo en tiempo real y mejorar las medidas de seguridad. Los sensores convierten la tensión mecánica en señales eléctricas.
Un rayo láser saliente golpea el objeto objetivo, y el sensor calcula la distancia del objeto en función del retardo del rayo reflejado. Este proceso permite mediciones tridimensionales precisas de objetos estáticos y dinámicos por igual.
Un sensor de desplazamiento LVDT mide la posición o el desplazamiento lineal. Realiza un seguimiento preciso del movimiento evaluando la variación en la intensidad del campo electromagnético dentro de sus bobinas a medida que se mueve el núcleo interno.
