CN103018482A - 基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法，属于矿井检测技术领域；该装置包括风速检测单元和数据处理单元；其中，所述的风速检测单元包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和信号调理电路；所述的数据处理单元包括电源模块和数据处理器；本发明借助检测技术、自动化技术、微处理器技术、超声波技术等手段，突破了传统风速检测设备精度低、不灵敏等问题。

Description

基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法

技术领域

本发明属于矿井检测技术领域，特别涉及一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法。

背景技术

目前，传统的风速检测设备都为风叶型风速计，该类检测设备误差大，精度低，且携带不便，尤其对设备的保养与维护的要求很高。传统风速计的操作方式、显示内容均比较单一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法，以达到实时对煤矿井下风速测量、提高测量精度、提高检测效率和提高测量灵敏度的目的。

一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置，包括风速检测单元和数据处理单元；其中，所述的风速检测单元包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和信号调理电路；所述的数据处理单元包括电源模块和数据处理器；其中，

超声波传感器：是用于发送超声波信号并接收另一个超声波传感器发送的超声波信号的装置；

数据处理器：是用于根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速的装置。

采用基于风速时差的矿用智能巷道检测装置进行巷道检测的方法，包括如下步骤：

步骤1、启动装置，采用第一超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第二超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤2、采用第二超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第一超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤3、采用数据处理单元根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速和温度；

步骤4、对巷道内风速和温度测量5～10次，采用数据处理器对测量的风速和温度求出平均值。

所述的步骤3包括以下步骤：

步骤3-1、据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度；公式如下：

$v_{\mathrm{AB}}=\frac{L}{T_{\mathrm{AB}}}---\left(1\right)$

$v_{\mathrm{BA}}=\frac{L}{T_{\mathrm{BA}}}---\left(2\right)$

其中，v_BA表示为超声波逆风传播速度、T_BA表示为超声波逆风传播时间、v_AB表示为超声波顺风传播速度、T_AB表示为超声波顺风传播时间、L表示为两个超声波传感器之间的距离；

步骤3-2、根据顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度，确定出无风时超声波的传播速度、巷道内风速；公式如下：

v_AB＝C+v                               (3)

v_BA＝C-v                               (4)

其中，C表示无风时超声波传播速度、v表示巷道内风速；

将公式(1)和(2)代入到公式(3)和(4)中，得出公式如下：

$v=\frac{L(T_{\mathrm{BA}}-T_{\mathrm{AB}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(5\right)$

$C=\frac{L(T_{\mathrm{AB}}+T_{\mathrm{BA}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(6\right)$

步骤3-3、根据超声波在空气中传播速度与温度之间的线性关系，确定出巷道内温度，公式如下：

C＝331.45+0.607T                        (7)

其中，T表示为巷道内温度；

由此，数据处理单元计算出测量时的空气温度为：

$T=\frac{C-331.45}{0.607}---\left(8\right).$

本发明优点：

一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置及方法借助检测技术、自动化技术、微处理器技术、超声波技术等手段，突破了传统风速检测设备精度低、不灵敏等问题。

附图说明

图1为本发明一种实施例的装置结构框图；

图2为本发明一种实施例的数据处理电路原理图；

图3为本发明一种实施例的风速检测单元电路原理图；

图4为本发明一种实施例的基于风速时差的矿用智能巷道检测方法流程图；

图5为本发明一种实施例的装置工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置，如图1所示，包括风速检测单元和数据处理单元；其中，所述的风速检测单元包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和信号调理电路；所述的数据处理单元包括电源模块和数据处理器；其中，超声波传感器是用于发送超声波信号并接收另一个超声波传感器发送的超声波信号的装置；数据处理器是用于根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速的装置。

如图2和图3所示，本发明实施例中，超声波传感器采用ICF40-16TR型号，数据处理器采用STM32F103型号，其中，图3中风速检测单元的信号1引脚与数据处理电路的第37引脚相连。风速检测单元的信号2引脚与数据处理电路的第38引脚相连。风速检测单元的控制信号引脚与数据处理电路的第39引脚相连。风速检测单元的控制信号1引脚与数据处理电路的第40引脚相连。

采用基于风速时差的矿用智能巷道检测装置进行巷道风速和温度检测的方法，如图4所示，包括如下步骤：

步骤1、启动装置，如图5所示，采用第一超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第二超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤2、采用第二超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第一超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤3、采用数据处理单元根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速和温度；

采用数据处理单元对超声波传感器检测的风速信号进行处理，超声波在空气中传播时，在顺风与逆风方向传播存在一个速度差，当传播固定的距离时，此速度差反映成一个时间差，利用这个时间差与待测风速存在的线性关系，完成风速的测量。

步骤3-1、据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度；公式如下：

$v_{\mathrm{AB}}=\frac{L}{T_{\mathrm{AB}}}---\left(1\right)$

$v_{\mathrm{BA}}=\frac{L}{T_{\mathrm{BA}}}---\left(2\right)$

其中，v_BA表示为超声波逆风传播速度、T_BA表示为超声波逆风传播时间、V_AB表示为超声波顺风传播速度、T_AB表示为超声波顺风传播时间、L表示为两个超声波传感器之间的距离；

步骤3-2、根据顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度，确定出无风时超声波的传播速度、巷道内风速；公式如下：

顺风情况下，第一超声波传感器传到第二超声波传感器的传播速度v_AB为无风速度C与风速v的叠加，

v_AB＝C+v                                    (3)

逆风情况刚好相反，第二超声波传感器传到第一超声波传感器的传播速度v_BA风速v的相减，即：为无风速度C与风速v的相减，

v_BA＝C-v                                    (4)

其中，C表示无风时超声波传播速度、v表示巷道内风速；

将公式(1)和(2)代入到公式(3)和(4)中，得出公式如下：

$v=\frac{L(T_{\mathrm{BA}}-T_{\mathrm{AB}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(5\right)$

$C=\frac{L(T_{\mathrm{AB}}+T_{\mathrm{BA}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(6\right)$

步骤3-3、根据超声波在空气中传播速度与温度之间的线性关系，确定出巷道内温度，公式如下：

C＝331.45+0.607T                             (7)

其中，T表示为巷道内温度；

由此，数据处理单元计算出测量时的空气温度为：

$T=\frac{C-331.45}{0.607}---\left(8\right)$

步骤4、对巷道内风速和温度测量5次，采用数据处理器对测量的风速和温度求出平均值。

Claims (3)

1.一种基于风速时差的矿用智能巷道检测装置，其特征在于：包括风速检测单元和数据处理单元；其中，所述的风速检测单元包括第一超声波传感器、第二超声波传感器和信号调理电路；所述的数据处理单元包括电源模块和数据处理器；其中，

超声波传感器：是用于发送超声波信号并接收另一个超声波传感器发送的超声波信号的装置；

数据处理器：是用于根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速的装置。

2.采用权利要求1所述的基于风速时差的矿用智能巷道检测装置进行巷道检测的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、启动装置，采用第一超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第二超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤2、采用第二超声波传感器作为发送端发送超声波信号，第一超声波传感器作为接收端接收超声波信号；

步骤3、采用数据处理单元根据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内风速和温度；

步骤4、对巷道内风速和温度测量5～10次，采用数据处理器对测量的风速和温度求出平均值。

3.根据权利要求2所述的基于风速时差的矿用智能巷道检测装置进行巷道检测的方法，其特征在于：所述的步骤3包括以下步骤：

步骤3-1、据超声波脉冲信号的时间间隔和两个超声波传感器之间的距离，计算巷道内顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度；公式如下：

$v_{\mathrm{AB}}=\frac{L}{T_{\mathrm{AB}}}---\left(1\right)$

$v_{\mathrm{BA}}=\frac{L}{T_{\mathrm{BA}}}---\left(2\right)$

其中，v_BA表示为超声波逆风传播速度、T_BA表示为超声波逆风传播时间、v_AB表示为超声波顺风传播速度、T_AB表示为超声波顺风传播时间、L表示为两个超声波传感器之间的距离；

步骤3-2、根据顺风超声波传播速度和逆风超声波传播速度，确定出无风时超声波的传播速度、巷道内风速；公式如下：

v_AB=C+v    （3）

v_BA=C-v    （4）

其中，C表示无风时超声波传播速度、v表示巷道内风速；

将公式（1）和（2）代入到公式（3）和（4）中，得出公式如下：

$v=\frac{L(T_{\mathrm{BA}}-T_{\mathrm{AB}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(5\right)$

$C=\frac{L(T_{\mathrm{AB}}+T_{\mathrm{BA}})}{T_{\mathrm{AB}}{T}_{\mathrm{BA}}}---\left(6\right)$

步骤3-3、根据超声波在空气中传播速度与温度之间的线性关系，确定出巷道内温度，公式如下：

C=331.45+0.607T    （7）

其中，T表示为巷道内温度；

由此，数据处理单元计算出测量时的空气温度为：

$T=\frac{C-331.45}{0.607}---\left(8\right).$

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