CN102879463B - 基于声波原理的瓦斯突出传感器 - Google Patents

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Abstract

一种基于声波原理的瓦斯突出传感器，属于瓦斯传感器。瓦斯突出传感器包括：壳、正面声腔、超声压电薄膜、侧面声腔、金属膜、固定电极片和引线；在壳的正面有正面声腔，在壳的侧面有侧面声腔，在正面声腔内连接有超声压电薄膜，在侧面声腔内顺序连接有金属膜和固定电极片，在壳的背面有引线与超声压电薄膜连接，同时还有引线与金属膜和固定电极片。正面声腔和超声压电薄膜构成超声波检测器，侧面声腔、金属膜和固定电极片各有2个，构成2个低频声波检测器，通过高低频声波的检测，可以对煤层缝隙中喷出的瓦斯射流产生的声波进行分析。优点：能够通过检测煤层中高压瓦斯通过煤层缝隙喷出产生的高频和低频声波信号，实现实时对矿井瓦斯突出的监测。

Description

基于声波原理的瓦斯突出传感器
技术领域
本发明涉及一种瓦斯传感器，特别是一种基于声波原理的瓦斯突出传感器。
技术背景
瓦斯突出是煤矿生产中容易发生的重大灾害，产生瓦斯突出的原因很多，最基本的原因是煤层中瓦斯积聚产生较大的压力，冲破煤岩阻力后，造成瓦斯和煤在瞬间的大量喷出。由于瓦斯突出机理的复杂性，目前尚无较好的方法进行实时监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓦斯突出传感器，解决煤矿瓦斯突出实时监测的难题。
为实现本发明的一种基于声波原理的瓦斯突出传感器，包括：壳、正面声腔、超声压电薄膜、侧面声腔、金属膜、固定电极片和引线；在壳的正面有正面声腔，在壳的侧面有侧面声腔，在正面声腔内连接有超声压电薄膜，在侧面声腔内顺序连接有金属膜和固定电极片，在壳的背面有引线与超声压电薄膜连接，同时还有引线与金属膜和固定电极片连接。
有益效果，由于采用了上述方案，煤层中积聚的高压瓦斯，在突出前会通过煤岩的缝隙微量喷出，产生射流声波，根据不同瓦斯压力和喷出缝隙的大小，产生的声波有高频成分，也有低频成分。产生的高频声波可以通过瓦斯突出传感器中正面声腔和超声压电薄膜感应；产生的低频声波可以通过侧面声腔、金属膜和固定电极片感应。由此完成瓦斯突出前兆信息的获取，达到瓦斯突出监测预警的目的。
所述的正面声腔和超声压电薄膜构成瓦斯射流产生的超声波检测器，正面声腔在传感器安装时面对瓦斯突出的方向，通过超声压电薄膜获取瓦斯突出的超声波射流信号，即纵波信号。
所述的侧面声腔、金属膜和固定电极片构成低频声波检测器，即横波检测器，其中金属膜和固定电极片构成变极距电容传感器，进入侧面声腔的声波，通过金属膜的变形，使金属膜和固定电极片间的电容增大，两侧面相同的金属膜和固定电极片构成的两个电容在检测电路中进行并联，以增大输出灵敏度。
解决了煤矿瓦斯突出实时监测的难题，达到了本发明的目的。
优点：能够通过检测煤层中高压瓦斯通过煤层缝隙喷出产生的高频和低频声波信号，实现实时对矿井瓦斯突出的监测。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图中，1、壳；2、正面声腔；3、超声压电薄膜；4、侧面声腔；5、金属膜；6、固定电极片；7、引线。
具体实施方式
实施例1：图1为本发明瓦斯突出传感器的结构图。瓦斯突出传感器包括：壳1、正面声腔2、超声压电薄膜3、侧面声腔4、金属膜5、固定电极片6和引线7；在壳的正面有正面声腔，在壳的侧面有侧面声腔，在正面声腔内连接有超声压电薄膜3，在侧面声腔内顺序连接有金属膜5和固定电极片6，在壳的背面有引线与超声压电薄膜3连接，同时还有引线与金属膜5和固定电极片6连接。
超声压电薄膜3在正面声腔2中；侧面声腔4、金属膜5和固定电极片6分别有相同的两个，金属膜5和固定电极片6在侧面声腔4中。
金属膜5采用厚度为5～6μm的镍膜片，固定电极片6为不锈钢片，超声压电薄膜3为PVDF压电薄膜。
使用时面对瓦斯突出的方向，正面声腔2和超声压电薄膜3构成瓦斯射流产生的超声波检测器，通过超声压电薄膜3获取瓦斯突出的超声波射流信号，即纵波信号。
瓦斯突出产生的声波的横向低频信号从侧面进入声腔4，接触由金属膜5和固定电极片6构成的低频声波检测器，其中金属膜5和固定电极片6构成变极距电容传感器，进入侧面声腔4的声波，造成金属膜5的变形，使金属膜5和固定电极片6间的距离减小，电容增大，由此可以检测出声波信号。为了提高检测灵敏度，两侧面相同的金属膜5和固定电极片6构成的两个电容在检测电路中进行并联。

Claims (1)

1.一种基于声波原理的瓦斯突出传感器，其特征为：瓦斯突出传感器包括：壳、正面声腔、超声压电薄膜、侧面声腔、金属膜、固定电极片和引线；在壳的正面有正面声腔，在壳的侧面有侧面声腔，在正面声腔内连接有超声压电薄膜，在侧面声腔内顺序连接有金属膜和固定电极片，在壳的背面有引线与超声压电薄膜连接，同时还有引线与金属膜和固定电极片连接；
侧面声腔、金属膜和固定电极片分别有相同的两个，金属膜和固定电极片在侧面声腔中；
金属膜采用厚度为5～6μm的镍膜片，固定电极片为不锈钢片，超声压电薄膜为PVDF压电薄膜；
使用时面对瓦斯突出的方向，正面声腔和超声压电薄膜构成瓦斯射流产生的超声波检测器，通过超声压电薄膜获取瓦斯突出的超声波射流信号，即纵波信号；
瓦斯突出产生的声波的横向低频信号从侧面进入声腔，接触由金属膜和固定电极片构成的低频声波检测器，其中金属膜和固定电极片构成变极距电容传感器，进入侧面声腔的声波，造成金属膜的变形，使金属膜和固定电极片间的距离减小，电容增大，检测出声波信号；为了提高检测灵敏度，两侧面相同的金属膜和固定电极片构成的两个电容在检测电路中进行并联。
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