CN102619562A - 巷道内瓦斯涌出量监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯涌出量监测仪，主要包括数据处理模块、瓦斯浓度传感器、风速传感器、信号调理电路、A/D转换器、数字键盘、液晶显示器、上位计算机。数据处理模块接收并存储经过转换的瓦斯浓度信号和风速信号，计算得到瓦斯涌出量，将瓦斯涌出量与瓦斯浓度和风速同时输出；数字键盘输入巷道截面信息；信号调理电路将模拟信号放大滤波处理；A/D转换器将模拟信号转换为对应的数字信号；上位计算机用于采集经数据处理模块分析处理后输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量数据，经计算和处理后显示被测点的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量随时间变化曲线。本发明有实时、快速、准确的优点，尤其适用于当有突出或有大量瓦斯涌入时的实时监测和报警。

Description

巷道内瓦斯涌出量监测仪

技术领域：

本发明涉及瓦斯涌出量监测领域，是一种监测巷道内瓦斯单位时间内涌出量的智能监测方法，属于电子技术领域。

背景技术：

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中遇到的一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象。在煤与瓦斯突出发生过程中，不仅可能在极短的时间内由煤体向巷道或采场内抛出大量煤粉，还会涌出大量瓦斯，造成严重的财产损失和人员伤亡。瓦斯的监测主要利用各种设备，实时的监测瓦斯浓度及涌出量以便及时采取措施。目前主要使用瓦斯浓度仪，当巷道内有大量瓦斯涌入时，可以检测巷道内瓦斯浓度及其变化情况，结合已有的风速信息能够计算瓦斯涌入量。由于瓦斯浓度和风速并非同时测得，所以这种方法会造成极大的误差。瓦斯流量计也有很多种类，有一种尾椎流量计是通过尾椎上的压差传感器监测压差，然后输入监测电路并得出流量值。还有一种涡街传感器，旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，然后通过检测输出的频率就可以知道流量的大小。有一种宽范围瓦斯流量计，是用于检测煤矿井下通风管道内瓦斯流量的一种流量计，其处理器模块根据超声波换能器输入的脉冲信号、尾椎压差检测器输入的尾椎压差信号并结合管道管径数据计算得出管道内瓦斯流量信号。上述瓦斯流量计是专门用于检测矿井下通风管道内的瓦斯流量的流量计。总之，目前尚未见有用于监测巷道内瓦斯涌入量的有效方法，现有的监测瓦斯流量的技术或方法还存在各种不足。

发明内容：

针对上述问题，本发明旨在提供一种操作简便、测量精度高，可以实时监测巷道内瓦斯流量和风速、并实时计算巷道内瓦斯涌出量的一种矿用瓦斯涌出量监测仪，该检测仪尤其适用于当有突出或有大量瓦斯涌入时的实时监测及报警。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种瓦斯涌出量监测仪，包括数据处理模块、瓦斯浓度传感器、风速传感器、信号调理电路、A/D转换器、数字键盘、液晶显示器、上位计算机、报警电路；瓦斯浓度传感器和风速传感器得到的信号经过信号调理电路处理，然后经A/D转换器转换后输入数据处理模块，数据处理模块输入端连接数字键盘，数据处理模块输出端连接液晶显示器，数据处理模块输出端连接报警电路，数据处理模块与上位计算机相连；

所述风速传感器实时测量风速并将测得的风速实时转化为对应的风速的模拟信号；

所述瓦斯浓度传感器用于获得瓦斯浓度模拟信号；

所述信号调理电路由信号放大电路和滤波电路组成，用于实现模拟信号的放大和滤波处理；

所述A/D转换器，用于将所述模拟信号转换为对应的数字信号并输入数据处理模块；

所述数字键盘，用于输入巷道截面积；

所述数据处理模块，用于接收并存储经过转换的瓦斯浓度信号和风速信号、计算瓦斯涌出量、并同时输出瓦斯涌出量与瓦斯浓度和风速；其中瓦斯涌出量Q的计算，是根据数字键盘输入的巷道截面积S、瓦斯浓度G、风速V，利用计算式Q＝GVS得到；

所述数据处理模块中存储瓦斯涌出量的安全值，当测得的瓦斯涌出量超过安全值范围，报警电路显示红灯并报警，当测得的瓦斯涌出量在安全值附近，报警电路显示黄灯，当测得的瓦斯涌出量低于安全值，报警电路显示绿灯；

所述液晶显示器，用于显示数据处理模块输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量信息。

作为本发明的进一步改进，瓦斯浓度传感器、风速传感器设置在监测仪主体内，瓦斯浓度传感器探头和风速传感器探头与传感器主体之间通过信号线连接，探头可以从监测仪主体伸出或缩进。

作为本发明的进一步改进，所述单片机为MSP430系列单片机。

作为本发明的进一步改进，所述液晶显示器可以多行同时显示。

作为本发明的进一步改进，所述上位计算机，用于采集经数据处理模块分析处理后输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量数据，经计算和处理后显示被测点的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量随时间变化曲线。

作为本发明的进一步改进，所述瓦斯涌出量监测仪外壳由防爆隔爆材料制成。

作为本发明的进一步改进，瓦斯涌出量安全值上下限需要预先存储在数据模块中，设置黄灯亮时瓦斯涌出量范围为6％S一20％S，其中S为巷道截面积，当瓦斯浓度超出上限20％S时亮红灯并报警，当瓦斯浓度低于下限6％S时亮绿灯表示安全。

本发明巷道内瓦斯涌出量监测仪用于实时监测巷道内瓦斯流量，尤其适用于当有突出或有大量瓦斯涌入时的实时监测及报警。它通过瓦斯浓度传感器和风速传感器得到相应的瓦斯浓度信号和风速信号并送入信号调理电路调理，再经A/D转换器转换为数字信号后输入数据处理模块中，结合数字键盘输入的巷道截面信息，就能计算出准确的瓦斯流量数据，数据处理模块能够存储并同时输出瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量信号。输出端连接液晶显示器，能够同时实时的显示瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量。所述数据处理模块还与上位计算机相连，能够得到瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量的变化曲线。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1.实现了瓦斯涌出量的实时监测，尤其适用于当有突出或有大量瓦斯涌入时的灾难实时监测及报警。

2.检测精度较高：所监测的瓦斯浓度和风速都是实时检测值，不存在延时误差，且瓦斯浓度信号和风速信号经过放大滤波处理，因此得到了更加精确和可靠的结果。

3.查询方便：能够同时输出瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量信息，可以方便查询瓦斯突出或瓦斯异常涌出后巷道内测点处的各项数据。

4.通过上位计算机可以实时的显示瓦斯涌出量变化曲线，有利于准确分析瓦斯突出后巷道内瓦斯涌出量的变化规律。

附图说明：

图1为本发明巷道内瓦斯涌出量监测仪的结构示意框图；

图2为本发明巷道内瓦斯涌出量监测仪的外观示意图。

图面说明：

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，实施例1一种巷道内瓦斯涌出量监测仪，包括数据处理模块1，内含MSP430系列单片机、存储器和外围电路，用于存储并分析处理数据，根据公式Q＝GVS和数字键盘6输入的巷道截面信息计算得到瓦斯涌出量，并将瓦斯涌出量与瓦斯浓度和风速同时输出，其中Q是瓦斯涌出量，G是瓦斯浓度，V是风速，S为巷道截面积。瓦斯浓度传感器2，用于检测瓦斯浓度信息。由放大电路和滤波电路组成的信号调理电路3，用于将瓦斯浓度传感器2和风速传感器4检测到的瓦斯浓度信号和风速信号放大滤波处理。风速传感器4，用于检测风速信息。A/D转换器5，用于将放大滤波后的模拟信号转换为数字信号，并输入数据处理模块1。数字键盘6，用于将巷道截面信息输入数据处理模块1。上位计算机7，用于采集经数据处理模块1分析处理后输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量数据，并计算和显示被测点的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量随时间变化曲线。液晶显示器8，用于显示所述数据处理模块1输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量信息。

参见图2，实施例1瓦斯涌出量监测仪包括监测仪主体9和键盘输入与液晶显示部分10。瓦斯浓度传感器2、风速传感器4设置在监测仪主体内，瓦斯浓度传感器探头11和风速传感器探头12与传感器主体之间通过信号线连接，两个探头可以从监测仪主体伸出或缩进，方便传感器探头在不同位置。瓦斯浓度传感器探头和风速传感器探头分别用于检测瓦斯浓度和风速信息。瓦斯监测仪主体9上设计两个按钮13，可以将瓦斯浓度传感器探头11和风速传感器探头12方便的伸出与缩回，以方便探头的安放、检测和防止在移动时破坏探头。键盘输入与显示部分10包括：液晶显示器8，数字键盘6。液晶显示器8用来显示瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量，数字键盘6用来输入巷道截面信息。数据处理模块1设置在监测仪主体9内，其通过数据线14与传感器相连，通过数据线18与报警电路15相连，通过数据线17与上位计算机相连。16为隔爆装置，起到保护探头但不影响测量的作用。

将仪器安装在巷道内的合适位置，当巷道内有瓦斯涌出或发生瓦斯突出事件时，通过瓦斯浓度传感器探头11和风速传感器探头12测得相关数据，并将计算得到的瓦斯涌出量值与数据处理模块1中存储的瓦斯涌出量安全值上下限进行比较。瓦斯涌出量安全值上下限需要预先存储，考虑到巷道内风速范围是4m/s-8m/s，瓦斯浓度范围是0.8％-5％，综合各种因素，设置黄灯亮时瓦斯涌出量范围为6％S-20％S，其中S为巷道截面积。当测得的瓦斯涌出量超过安全值上限20％S，报警电路15显示红灯并报警；当测得的瓦斯涌出量低于安全值下限6％S，报警电路15显示绿灯；当测得的瓦斯涌出量在安全值上下限之间，报警电路15显示黄灯。报警产生后可以马上通过上位计算机查看实时监测结果，以便于及时采取相关措施。巷道内无大量瓦斯时，同样可以通过上位计算机得到的曲线研究其瓦斯涌出量变化规律。

本发明的巷道内瓦斯涌出量监测仪解决了在巷道内瓦斯突出环境下瓦斯涌出量测量不及时和不准确的问题，监测结果更加快速、精确。能够同时输出瓦斯浓度、风速和瓦斯涌出量信息，方便查询瓦斯突出后巷道内各测点的各项数据。可以实时的显示瓦斯涌出量变化曲线，有利于准确分析巷道内瓦斯涌出量的变化规律。

Claims (7)

1.一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，包括数据处理模块(1)、瓦斯浓度传感器(2)、风速传感器(4)、信号调理电路(3)、A/D转换器(5)、数字键盘(6)、液晶显示器(8)、上位计算机(7)、报警电路(15)；瓦斯浓度传感器(2)和风速传感器(4)得到的信号经过信号调理电路(3)处理，然后经A/D转换器(5)转换后输入数据处理模块(1)，数据处理模块(1)输入端连接数字键盘(6)，数据处理模块(1)输出端连接液晶显示器(8)，数据处理模块(1)输出端连接报警电路(15)，数据处理模块(1)与上位计算机(7)相连；

所述风速传感器(4)实时测量风速并将测得的风速实时转化为对应的风速的模拟信号；

所述瓦斯浓度传感器(2)用于获得瓦斯浓度模拟信号；

所述信号调理电路(3)由信号放大电路和滤波电路组成，用于实现模拟信号的放大和滤波处理；

所述A/D转换器(5)，用于将所述模拟信号转换为对应的数字信号并输入数据处理模块(1)；

所述数字键盘(6)，用于输入巷道截面积；

所述数据处理模块(1)，用于接收并存储经过转换的瓦斯浓度信号和风速信号、计算瓦斯涌出量、并同时输出瓦斯涌出量与瓦斯浓度和风速；其中瓦斯涌出量Q的计算，是根据数字键盘输入的巷道截面积S、瓦斯浓度G、风速V，利用计算式Q＝GVS得到；

所述数据处理模块(1)中存储瓦斯涌出量的安全值，当测得的瓦斯涌出量超过安全值范围，报警电路(15)显示红灯并报警，当测得的瓦斯涌出量在安全值附近，报警电路(15)显示黄灯，当测得的瓦斯涌出量低于安全值，报警电路(15)显示绿灯；

所述液晶显示器(8)，用于显示数据处理模块(1)输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量信息。

2.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，瓦斯浓度传感器(2)、风速传感器(4)设置在监测仪主体内，瓦斯浓度传感器探头(11)和风速传感器探头(12)与传感器主体之间通过信号线(14)连接，探头可以从监测仪主体(9)伸出或缩进。

3.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，所述单片机为MSP430系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，所述液晶显示器(8)可以多行同时显示。

5.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，所述上位计算机(7)，用于采集经数据处理模块(1)分析处理后输出的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量数据，经计算和处理后显示被测点的风速、瓦斯浓度和瓦斯涌出量随时间变化曲线。

6.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，所述瓦斯涌出量监测仪外壳由防爆隔爆材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种瓦斯涌出量监测仪，其特征在于，瓦斯涌出量安全值上下限需要预先存储在数据模块中，设置黄灯亮时瓦斯涌出量范围为6％S-20％S，其中S为巷道截面积，当瓦斯浓度超出上限20％S时亮红灯并报警，当瓦斯浓度低于下限6％S时亮绿灯表示安全。

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