CN103557031B - 矿井声发射实时自动监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井声发射实时自动监测仪，属于煤岩体声发射监测技术领域。该监测仪包括实时嵌入式控制器、FPGA模块、数据存储模块、采集模块、信号同步模块、通信模块、模数转换模块、隔离变换模块和液晶显示屏；实时嵌入式控制器分别与液晶显示屏、FPGA模块相连，FPGA模块分别与信号同步模块、通信模块、模数转换模块、数据存储模块、采集模块相连，隔离变换模块与模数转换模块相连。本监测仪整机功耗低，能够对煤岩体、混凝土结构中的声发射事件数、振铃计数、能量等特征参数进行全天候的连续采集监测，并通过分配IP地址及执行工作指令实现信号同步并行通信、存储、处理分析、声音报警、信息反馈工作以及工作状态显示，既可以挂接在矿井安全监控系统上，也可以单独运行工作。

Description

矿井声发射实时自动监测仪

技术领域

本发明属于煤岩体声发射监测技术领域，涉及一种矿井声发射实时自动监测仪。

背景技术

近年来，随着矿井开采的深度不断增加、开采强度加大，矿井深水平矿山压力日益显现，以地应力瓦斯及煤体结构为控制因素的煤矿动力灾害，深部水平与浅部开采时各控制因素对动力灾害的主导作用以及各控制因素之间的耦合关系也越来越复杂。目前常规单一静态预测方法，只能反映煤岩瓦斯动力灾害的某一因素的指标及其变化，而声发射监测技术正是对主控因素及其这一结果的实时在线监测，它可以实现动态的实时超前预测及预警，而这一动态预测技术也正是矿井瓦斯动力灾害预测预报的发展趋势。

尽管目前市面上存在的声发射装备相对成熟，但是受井下条件复杂、工作环境与地面相对恶劣很多的影响，适用条件十分苛刻，造成了原本在地面上相对成熟的声发射装备难以应用到井下环境中。而且在很长时间内由于计算机水平及采集板卡等性能的限制，造成了声发射设备数据处理能力低下、不能多通道并行采集及处理、通信、数据量庞大、难以挂接监控系统、滤噪技术、分析处理软件针对性差等一系列问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿井声发射实时自动监测仪，该自动监测仪采用自动连续式全波多通道实时并行采集，并能进行数据存储、通信、分析处理、工作状态显示以及声音报警，对矿井动力灾害实现超前预测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿井声发射实时自动监测仪，包括实时嵌入式控制器、FPGA模块、数据存储模块、采集模块、信号同步模块、通信模块、模数转换模块、隔离变换模块和液晶显示屏；实时嵌入式控制器分别与液晶显示屏、FPGA模块相连，FPGA模块分别与信号同步模块、通信模块、模数转换模块、数据存储模块、采集模块相连，隔离变换模块与模数转换模块相连。

进一步，所述实时嵌入式控制器采用多线程嵌入式系统，用于实现模块控制、时钟控制、看门狗定时器、数据分析及缓存、上位机指令执行和信息反馈。

进一步，所述采集模块，包括声发射信号采集模块、多通道高精度电流采集模块，内置抗混叠滤波器，能够实现多通道高精度高速同步采样。

进一步，所述实时嵌入式控制器采用多线程嵌入式系统，用于实现模块控制、时钟控制、看门狗定时器、数据分析及缓存、TCP/IP以太网通信、上位机指令执行和信息反馈。

进一步，所述数据存储模块用于将前端传感器采集到的数据及自动监测仪的配置信息、运行状态、报警信息进行本地存储，并通过TCP/IP或RS485通信模块传送至地面上位机，该存储模块支持大容量SD卡和U盘连续高速率读写。

进一步，所述通信模块采用RS485通信模块。

进一步，所述信号同步模块，是指生成一个同步参考时钟，通过网络通信使自动监测仪（主机与各分机）接收同步参考时钟，采用重采样技术实现精确同步采集。

进一步，所述液晶显示屏采用大尺寸彩色液晶屏，显示自动监测仪的工作状态，包括监测设备、传感器、报警工作状态显示。

本发明的有益效果在于：本监测仪整机功耗低，能够对煤岩体、混凝土结构中的声发射事件数、振铃计数、能量等特征参数进行全天候的连续采集监测，并通过分配IP地址及执行工作指令实现信号同步并行通信、存储、处理分析、声音报警、信息反馈工作以及工作状态显示，既可以挂接在矿井安全监控系统上，也可以单独运行工作。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本自动监测仪的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本自动监测仪的结构示意图，如图所示，该矿井声发射实时自动监测仪包括实时嵌入式控制器、FPGA模块、数据存储模块、采集模块、信号同步模块、通信模块、模数转换模块、隔离变换模块和液晶显示屏；实时嵌入式控制器分别与液晶显示屏、FPGA模块相连，FPGA模块分别与信号同步模块、通信模块、模数转换模块、数据存储模块、采集模块相连，隔离变换模块与模数转换模块相连。作为进一步改进，本自动监测仪还包括遥控接收模块和遥控器，遥控接收模块与采集模块相连，遥控接收模块和遥控器用于实现对自动监测仪的远程遥控控制。

实时嵌入式控制器采用多线程嵌入式系统，用于实现模块控制、时钟控制、看门狗定时器、数据分析及缓存、以太网通信、上位机指令执行、信息反馈等功能操作。

采集模块包含声发射信号采集模块和多通道高精度电流采集模块，实现多通道高精度高速同步采样模拟输入，内置抗混叠滤波器。

FPGA模块，采用百万门级可重新配置FPGA核心，运算速度快，能够实现控制逻辑、输入/输出、定时、触发和同步设计。

数据存储模块，将传感器采集到的数据及自动监测仪的配置信息、运行状态、报警信息进行本地存储，并通过TCP/IP或RS485协议通信给地面上位机，支持大容量SD卡和U盘连续高速率读写。

液晶显示屏，为大尺寸彩色液晶屏，显示自动监测仪的工作状态，包括监测设备、传感器、报警工作状态显示，人机交互方便、可视性好。

信号同步模块，是指生成一个同步参考时钟，使自动监测仪（主机与各分机）接收同步参考时钟，采用重采样技术实现精确同步采集，支持系统数据的网络通讯。

信号隔离变换模块，是将声发射信号进行电流与电压转换、信号放大，且保证正常信号通行，隔离不正常信号起到保护主机安全运行的目的。

每一台自动监测仪上均有1个电源开关，控制自动监测仪的运行。遥控接收模块以及遥控器，属于本质安全设备，可以对监测仪（主监测仪和分监测仪）上的液晶显示屏显示进行控制以及设置传感器的运行通道个数，对所述的遥控器指令进行接收，并执行指令。

该监测仪的工作方式为：通过监测仪上的电源开关控制主机运行及与系统其它部分的连接，通过传感器、信号采集模块、信号同步模块进行同步信号采集，然后经数模转换模块进行信号模数转换，之后经FPGA模块、实时嵌入式控制器进行数据分析，经TCP/IP或RS485通信模块将数据传输给地面上位机，由数据存储模块进行井下数据存储。地面上位机指令执行、模块控制及运行、监测主机配置信息、监控主分机及传感器的运行状态、报警信息、数据通信、信息反馈等功能均由实时嵌入式控制器整体控制操作。由设备上的液晶显示屏显示监测仪的工作状态，包括监测设备、传感器、报警工作状态显示。并通过遥控器可以对监测仪上的液晶显示屏显示进行控制以及设置传感器的运行通道个数。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：包括实时嵌入式控制器、FPGA模块、数据存储模块、采集模块、信号同步模块、通信模块、模数转换模块、隔离变换模块和液晶显示屏；实时嵌入式控制器分别与液晶显示屏、FPGA模块相连，FPGA模块分别与信号同步模块、通信模块、模数转换模块、数据存储模块、采集模块相连，隔离变换模块与模数转换模块相连；

所述自动监测仪还包括遥控接收模块和遥控器，遥控接收模块与采集模块相连，遥控接收模块和遥控器用于实现对自动监测仪的远程遥控控制；

所述采集模块，包括声发射信号采集模块、多通道高精度电流采集模块，内置抗混叠滤波器，能够实现多通道高精度高速同步采样。

2.根据权利要求1所述的矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：所述实时嵌入式控制器采用多线程嵌入式系统，用于实现模块控制、时钟控制、看门狗定时器、数据分析及缓存、TCP/IP以太网通信、上位机指令执行和信息反馈。

3.根据权利要求1所述的矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：所述数据存储模块用于将前端传感器采集到的数据及自动监测仪的配置信息、运行状态、报警信息进行本地存储，并通过TCP/IP或RS485通信模块传送至地面上位机，该存储模块支持大容量SD卡和U盘连续高速率读写。

4.根据权利要求1所述的矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：所述通信模块采用RS485通信模块。

5.根据权利要求1所述的矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：所述信号同步模块，是指生成一个同步参考时钟，通过网络通信使自动监测仪接收同步参考时钟，采用重采样技术实现精确同步采集。

6.根据权利要求1所述的矿井声发射实时自动监测仪，其特征在于：所述液晶显示屏采用大尺寸彩色液晶屏，显示自动监测仪的工作状态，包括监测设备、传感器、报警工作状态显示。