CN104807962B - 一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道爆破气尘检测装置技术领域，公开了一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置，该装置包括保护壳、若干杆式伸缩线，还包括与所述杆式伸缩线对等数量的探测系统，还包括传感器装置，还包括若干多芯传导线，还包括线芯定位架，还包括嵌入式处理装置。嵌入式处理装置，设于保护壳内的下部，是整个系统的核心部件，该嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块、存储控制系统、数据处理系统、电源模块。本发明具有成本低、通用性好、效率高、精确和实时监测的优点。

Description

一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置

技术领域

本发明属于隧道爆破气尘监测技术领域具体涉及一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置。

背景技术

长大隧道工程施工常用的方法是爆破法，但隧道在爆破过程中，由于受断层、节理、裂隙等因素的影响，加之炸药爆炸的过程是一种高速的化学反应过程，在这个过程中，改变了炸药的物质成分，释放出大量的热能，主要表现为对周围介质的冲击、压缩、破坏和抛掷作用，除产生大量的块石外，还会产生大量的粉尘和有毒有害气体，如CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢等，会极大地威胁作业工作人员的人身安全和身体健康。

现有的长大隧道工程在爆破施工过程中，从隧道掌子面装药爆破工序的完成到清碴这一过程中，还有一项通风的工序，通风时间的计量大多依赖决策者多年来现场爆破工程经验的积累程度和个人的主观认识，仅凭人为观测做定性分析，不能完全反映隧道爆破后掌子面施工作业环境的空气质量与施工的安全性，如通风时间过长，不但影响隧道的掘进速度，而且不利于节约能源，会增大整个隧道工程的工程造价，但如果通风时间过短，此时隧道掌子面附近的烟尘和有毒有害气体还没有完全清理，没有达到健康安全的标准，一旦被现场工作人员吸入体内，会患尘肺病，同时也会引起窒息、中毒，严重时会导致死亡。

中国专利CN103835743A一种隧道掌子面用通风控制系统，包括布设在所施工隧道掌子面处的控制装置、布设在所施工隧道内的隧道通风装置、对所施工隧道掌子面处的空气质量状况进行检测的空气质量状况监测装置以及布设在所施工隧道掌子面处的制氧设备和液体除尘喷雾设备。此方法主要是提供一种隧道掌子面用通风控制系统，其目的是对掌子面处的环境状况进行最优调控，但是不能用于隧道爆破施工中掌子面附近不同高度、不同距离、不同时间下CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢等多种气体与粉尘共生情况下的实时监测，同时也不能对监测设备所获取的监测数据所处的空间坐标进行定位，不能用于实时提示隧道掌子面附近施工作业环境空气质量达标的标准。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置，该装置具有成本低、通用性好、效率高、精确和实时监测的特点。

本发明的技术方案如下：

(一)

一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置，其特征在于，

包括保护壳13，保护壳13底部设有4个圆锥形稳定保护钉20，保护壳13顶部设有2个便携保护索21。

还包括若干杆式伸缩线，通过可旋转螺丝5与所述保护壳13固定，杆式伸缩线下端与保护壳13之间的连接部位采用防尘防水密封塞14密封连接。每个杆式伸缩线的横截面形状为圆形，且包括副伸缩线和主伸缩线两部分，副伸缩线和主伸缩线两者通过凹形卡槽连接。

还包括与所述杆式伸缩线对等数量的探测系统4，各个探测系统4分别安装于每个杆式伸缩线的副伸缩线顶部，探测系统4内设若干各类针式气尘探头。

还包括传感器装置，所述传感器装置安装于保护壳13内的上部，它包括固定架22和各类气尘传感器，各类气尘传感器安置于所述的固定架22内，所述固定架22上设有线芯传导孔23。

还包括若干多芯传导线6，依次实现对探测系统4、各气尘传感器、嵌入式处理装置之间物理连接。

还包括线芯定位架25，设于保护壳13内的中部，用于隔离传感器装置和嵌入式处理装置两个功能区域，同时承托多芯传导线6。

还包括嵌入式处理装置，设于保护壳13内的下部，是整个系统的核心部件，该嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块15、存储控制系统16、数据处理系统19、电源模块17。

所述存储控制系统16，实现对采集来的各类气尘参数与存储模块中预设的各类气尘参数标准进行比对，并将数据进行存储与备份。包括有气尘参数采集存储模块161，气尘参数预设标准模块162，信号比较模块163，接口A，接口B；

所述的数据处理系统19实现控制测试的开始、结束，以及监测结果的显示，报警功能。包括DSP芯片190、液晶显示单元191、开始测试控制单元192、结束测试控制单元193、报警控制单元194、LED气尘控制灯195、隧道测试坐标定位单元196、坐标定位激光灯197。所述气尘参数感应输入模块15与存储控制系统16连接，存储控制系统16与数据处理系统19连接，气尘参数感应输入模块15、存储控制系统16、数据处理系统19分别与电源模块17连接,电源模块17为整个系统提供有效电源。其中：

所述气尘参数感应输入模块15又包括滤波放大器151和A/D转换单元152，滤波放大器151的信号输入与所述各类气尘传感器的输出连接，滤波放大器151的信号输出与A/D转换单元152的输入连接。气尘参数感应输入模块15的功能是对各类气尘传感器获取的隧道爆破施工复杂环境下，产生的气尘参数进行信号放大、带通滤波、抽样、A/D变换，从而将获取的气尘模拟信号变换成数字信号。

存储控制系统16内设气尘参数采集存储模块161，气尘参数预设标准模块162，信号比较模块163，接口A，接口B。气尘参数感应输入模块15将获取的数字信号通过接口A输出给存储控制系统16内的气尘参数采集存储模块161，然后气尘参数采集存储模块161将获取的数字信号传输给信号比较模块163，信号比较模块163将来自气尘参数采集存储模块161的实时数字信号与气尘参数预设标准模块162内的预设数字信号进行对比，并得到分类的气尘参数对比值。信号比较模块163的实现方法为：

将获取的CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢、粉尘等气尘参数电信号视为多电信号样本集，即{x^*(i,j)|i＝1,...n；j＝1,...p}，其中：x^*(i,j)为第i个样本的第j个电信号值；n为样本的个数(样本容量)；p为电信号个数。

对于越大越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(1\right)$

对于越小越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(2\right)$

式中，x_max(j)和x_min(i,j)分别为第j个电信号值的最大值和最小值；x(i,j)为电信号值归一化处理后的序列。

将处理后的x(i,j)作为基准值，然后用气尘参数预设标准模块162内的预设值作为限值，进而进行基准值与预设值的对比，基准值需要满足以下公式：

$x(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x^{\&prime;}\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}& (x_{\min }\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x^{\&prime;}\left(j\right))\\ 1& (x^{\&prime;}\left(j\right)\&le;x^{*}(i,j)\&le;x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right))\\ \frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)}& (x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x_{\max }\left(j\right))\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，[x'(j),x”(j)]为电信号值的预设标准值范围。

当获取的电信号值属于电信号值的预设标准值范围时，可以认为该电信号值所代表的气尘监测参数符合安全标准；当获取的电信号值大于或小于预设的标准值时，可以认为该电信号值所代表的气尘参数没有符合安全标准。

存储控制系统16内的信号比较模块163的对比值通过接口B传输给数据处理系统19内的DSP芯片190，DSP芯片190的功能是将信号比较模块163的信号进行再处理，形成一个完整、准确的数字信号库，使其具备在人机交互操作时能实现开始测试、结束测试、报警控制、LED气尘控制灯显示、坐标定位等各类指令操作。

DSP芯片190的CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等各类气尘参数对比值通过接口C输出给液晶显示单元191，液晶显示单元191在工作状态下将会显示CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度的对比值。

开始测试控制单元192的开始测试指令的输入通过接口D传输给DSP芯片190处理后，将开始整个系统的测试工作，并将会在液晶显示单元191内显示各类气尘参数的测试对比值。

结束测试控制单元193的结束测试指令的输入通过接口E传输给DSP芯片190处理后，将结束整个系统的测试工作，此时，液晶显示单元将不显示任何气尘参数值。

DSP芯片190通过接口F将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等超过警戒值的气尘参数值传输给报警控制单元194，报警控制单元194在接到警戒值指令后将发出声音报警。

DSP芯片190通过接口G将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等超过警戒值的气尘参数值传输给LED气尘控制灯195，LED气尘控制灯195在接到警戒值指令后将会进行灯光报警。

隧道测试坐标定位单元196将获取的测试坐标信号通过接口H传输给DSP芯片190，DSP芯片190经过处理后在液晶显示单元191内显示测试坐标。

DSP芯片分别与所述液晶显示单元191、开始测试控制单元192、结束测试控制单元193、报警控制单元194、LED气尘控制灯195、隧道测试坐标定位单元196连接。

隧道测试坐标定位单元196的坐标测试信号通过接口J传输给坐标定位激光灯197。

(二)

一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测单控制系统装置，其特征在于，包括保护壳13，保护壳13底部设有4个圆锥形稳定保护钉20，保护壳13顶部设有2个便携保护索21。

还包括若干杆式伸缩线，通过可旋转螺丝5与所述保护壳13固定，杆式伸缩线下端与保护壳13之间的连接部位采用防尘防水密封塞14密封连接。每个杆式伸缩线的横截面形状为圆形，且包括副伸缩线和主伸缩线两部分，副伸缩线和主伸缩线两者通过凹形卡槽连接。

还包括与所述杆式伸缩线对等数量的探测系统4，各个探测系统4分别安装于每个杆式伸缩线的副伸缩线顶部，探测系统4内设若干各类针式气尘探头。

还包括传感器装置，所述传感器装置安装于保护壳13内的上部，它包括固定架22和各类气尘传感器，各类气尘传感器安置于所述的固定架22内，所述固定架22上设有线芯传导孔23。

还包括若干多芯传导线6，依次实现对探测系统4、各气尘传感器、嵌入式处理装置之间物理连接。

还包括线芯定位架25，设于保护壳13内的中部，用于隔离传感器装置和嵌入式处理装置两个功能区域，同时承托多芯传导线6。

还包括嵌入式处理装置，设于保护壳13内的下部，是整个系统的核心部件，该嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块15、主控模块100和电源模块17。所述主控模块100参照实施例2。

相对于传统凭借人为观测做定性分析，在长大隧道工程爆破施工过程中，采用本发明气尘监测装置，能监测到隧道掌子面爆破施工后不同高度、不同距离、不同时间等各项数据，通过其嵌入式处理装置对采集数据进行对比、分析、选定和输出，能获得精确监测，因此能对隧道工程掌子面爆破施工后的施工作业环境的空气质量和施工安全性进行有效评价。

本发明的装置中含有CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢等多种气体与粉尘传感探头，可随时随地用于长大隧道爆破施工过程中掌子面附近不同高度、不同距离、不同时间内粉尘与多种有毒有害气体的监测，定量化实时实现对隧道装药爆破工序完成后至清碴未开始前的通风时间的科学确定，改变现有隧道爆破施工过程中通风时间仅凭人为观测做定性分析的现状。

本发明的装置中隧道测试坐标定位单元，可实现实时监测数据位于不同高度、不同范围内的坐标定位，保证监测数据的可控性和可靠性。

本发明的装置中CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢和粉尘传感器的体积小、自动化程度高、成本低、效率高，可实现通风计量时间的精确性，降低隧道工程建设成本，节约能源，保证隧道作业人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明的复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置工作状态下剖视结构示意图。

图2为本发明监测装置非工作状态下剖视结构示意图。

图3为本发明监测装置非工作状态下右视结构示意图。

图4为本发明监测装置非工作状态下左视结构示意图。

图5为本发明监测装置非工作状态下俯视结构示意图。

图6为实施例2的控制部分结构示意图:硬件部分。

图7为实施例2的控制部分结构示意图:软件部分。

其中：1为第一杆式伸缩线、2为第二杆式伸缩线、3为第三杆式伸缩线、101为第一杆式伸缩线副伸缩线、102为第一杆式伸缩线主伸缩线、201为第二杆式伸缩线副伸缩线、202为第二杆式伸缩线主伸缩线、301为第三杆式伸缩线副伸缩线、302为第三杆式伸缩线主伸缩线、4为探测系统、401为CO针式探头、402为CO₂针式探头、403为NO针式探头、404为NO₂针式探头、405为硫化氢针式探头、406为粉尘针式探头、5为可旋转螺丝、6为多芯传导线、7为CO传感器、8为CO₂传感器、9为NO传感器、10为NO₂传感器、11为硫化氢传感器、12为粉尘传感器、13为保护壳、14为防尘防水密封塞、15为气尘参数感应输入模块、151为滤波放大器、152为A/D转换单元、16为存储控制系统、17为电源模块、18为电源接口、19为数据处理系统、191为液晶显示单元、192为开始测试控制单元、193为结束测试控制单元、194为报警控制单元、195为LED气尘控制灯、196为隧道测试坐标定位单元、197为坐标定位激光灯、198为玻璃保护罩、20为稳定保护钉、21为便携保护索、22为固定架、23为线芯传导孔、24为密封塞、25为线芯定位架。100为主控模块。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1(双控制系统)

如图1～图5所示：

一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置，其结构表征为：

包括保护壳13，保护壳13底部设有4个圆锥形稳定保护钉20，保护壳13顶部设有2个便携保护索21。

还包括若干杆式伸缩线，通过可旋转螺丝5与所述保护壳13固定，杆式伸缩线下端与保护壳13之间的连接部位采用防尘防水密封塞14密封连接。每个杆式伸缩线的横截面形状为圆形，且包括副伸缩线和主伸缩线两部分，副伸缩线和主伸缩线两者通过凹形卡槽连接。(本实施例共设计有三个杆式伸缩线，具体 为：第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3；

第一杆式伸缩线1包括第一杆式伸缩线副伸缩线101与第一杆式伸缩线主伸 缩线102，第一杆式伸缩线副伸缩线101的下部与第一杆式伸缩线主伸缩线102 的上部通过凹形卡槽连接。

第二杆式伸缩线2包括第二杆式伸缩线副伸缩线201与第二杆式伸缩线主伸 缩线202，第二杆式伸缩线副伸缩线201的下部与第二杆式伸缩线主伸缩线202、 的上部通过凹形卡槽连接。

第三杆式伸缩线3包括第三杆式伸缩线副伸缩线301与第三杆式伸缩线主伸 缩线302，第三杆式伸缩线副伸缩线301的下部与第三杆式伸缩线主伸缩线302 的上部通过凹形卡槽连接。)

还包括与所述杆式伸缩线对等数量的探测系统4，各个探测系统4分别安装于每个杆式伸缩线的副伸缩线顶部，探测系统4内设若干各类针式气尘探头。

(本实施例，第一杆式伸缩线副伸缩线101、第二杆式伸缩线副伸缩线201、 第三杆式伸缩线副伸缩线301的上部分别与对应的探测系统4连接。)

(本实施例，探测系统4内具体设计有：CO针式探头401、CO ₂ 针式探头402、 NO针式探头403、NO ₂ 针式探头404、硫化氢针式探头405和粉尘针式探头406。)

还包括传感器装置，所述传感器装置安装于保护壳13内的上部，它包括固定架22和各类气尘传感器，各类气尘传感器安置于所述的固定架22内，所述固定架22上设有线芯传导孔23。

(对照于探测系统4，本实施例各类气尘传感器配套有：CO传感器7、CO ₂ 传感器8、NO传感器9、NO ₂ 传感器10、硫化氢传感器11和粉尘传感器12)。

还包括若干多芯传导线6，依次实现对探测系统4、各气尘传感器、嵌入式处理装置之间物理连接。

还包括线芯定位架25，设于保护壳13内的中部，用于隔离传感器装置和嵌入式处理装置两个功能区域，同时承托多芯传导线6。

还包括嵌入式处理装置，设于保护壳13内的下部，是整个系统的核心部件，该嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块15、存储控制系统16、数据处理系统19、电源模块17。

所述存储控制系统16，实现对采集来的各类气尘参数与存储模块中预设的各类气尘参数标准进行比对，并将数据进行存储与备份。包括有气尘参数采集存储模块161，气尘参数预设标准模块162，信号比较模块163，接口A，接口B；

所述的数据处理系统19实现控制测试的开始、结束，以及监测结果的显示，报警功能。包括DSP芯片190、液晶显示单元191、开始测试控制单元192、结束测试控制单元193、报警控制单元194、LED气尘控制灯195、隧道测试坐标定位单元196、坐标定位激光灯197。所述气尘参数感应输入模块15与存储控制系统16连接，存储控制系统16与数据处理系统19连接，气尘参数感应输入模块15、存储控制系统16、数据处理系统19分别与电源模块17连接,电源模块17为整个系统提供有效电源。其中：

所述气尘参数感应输入模块15又包括滤波放大器151和A/D转换单元152，滤波放大器151的信号输入与所述各类气尘传感器的输出连接，滤波放大器151的信号输出与A/D转换单元152的输入连接。气尘参数感应输入模块15的功能是对各类气尘传感器获取的隧道爆破施工复杂环境下，产生的气尘参数进行信号放大、带通滤波、抽样、A/D变换，从而将获取的气尘模拟信号变换成数字信号。

存储控制系统16内设气尘参数采集存储模块161，气尘参数预设标准模块162，信号比较模块163，接口A，接口B。气尘参数感应输入模块15将获取的数字信号通过接口A输出给存储控制系统16内的气尘参数采集存储模块161，然后气尘参数采集存储模块161将获取的数字信号传输给信号比较模块163，信号比较模块163将来自气尘参数采集存储模块161的实时数字信号与气尘参数预设标准模块162内的预设数字信号进行对比，并得到分类的气尘参数对比值。信号比较模块163的实现方法为：

将获取的CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢、粉尘等气尘参数电信号视为多电信号样本集，即{x^*(i,j)|i＝1,...n；j＝1,...p}，其中：x^*(i,j)为第i个样本的第j个电信号值；n为样本的个数(样本容量)；p为电信号个数。

对于越大越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(1\right)$

对于越小越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(2\right)$

式中，x_max(j)和x_min(i,j)分别为第j个电信号值的最大值和最小值；x(i,j)为电信号值归一化处理后的序列。

将处理后的x(i,j)作为基准值，然后用气尘参数预设标准模块162内的预设值作为限值，进而进行基准值与预设值的对比，基准值需要满足以下公式：

$x(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x^{\&prime;}\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}& (x_{\min }\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x^{\&prime;}\left(j\right))\\ 1& (x^{\&prime;}\left(j\right)\&le;x^{*}(i,j)\&le;x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right))\\ \frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)}& (x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x_{\max }\left(j\right))\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，[x'(j),x”(j)]为电信号值的预设标准值范围。

当获取的电信号值属于电信号值的预设标准值范围时，可以认为该电信号值所代表的气尘监测参数符合安全标准；当获取的电信号值大于或小于预设的标准值时，可以认为该电信号值所代表的气尘参数没有符合安全标准。

存储控制系统16内的信号比较模块163的对比值通过接口B传输给数据处理系统19内的DSP芯片190，DSP芯片190的功能是将信号比较模块163的信号进行再处理，形成一个完整、准确的数字信号库，使其具备在人机交互操作时能实现开始测试、结束测试、报警控制、LED气尘控制灯显示、坐标定位等各类指令操作。

DSP芯片190的CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等各类气尘参数对比值通过接口C输出给液晶显示单元191，液晶显示单元191在工作状态下将会显示CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度的对比值。

开始测试控制单元192的开始测试指令的输入通过接口D传输给DSP芯片190处理后，将开始整个系统的测试工作，并将会在液晶显示单元191内显示各类气尘参数的测试对比值。

结束测试控制单元193的结束测试指令的输入通过接口E传输给DSP芯片190处理后，将结束整个系统的测试工作，此时，液晶显示单元将不显示任何气尘参数值。

DSP芯片190通过接口F将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等超过警戒值的气尘参数值传输给报警控制单元194，报警控制单元194在接到警戒值指令后将发出声音报警。

DSP芯片190通过接口G将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度等超过警戒值的气尘参数值传输给LED气尘控制灯195，LED气尘控制灯195在接到警戒值指令后将会进行灯光报警。

隧道测试坐标定位单元196将获取的测试坐标信号通过接口H传输给DSP芯片190，DSP芯片190经过处理后在液晶显示单元191内显示测试坐标。

DSP芯片分别与所述液晶显示单元191、开始测试控制单元192、结束测试控制单元193、报警控制单元194、LED气尘控制灯195、隧道测试坐标定位单元196连接。

隧道测试坐标定位单元196的坐标测试信号通过接口J传输给坐标定位激光灯197。

如图1所示，在工作状态下，本实施例装置的操作及工作方式如下：

首先，将第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3依据长大隧道掌子面爆破施工作业环境空气质量监测与施工安全性的要求，通过第一杆式伸缩线副伸缩线101、第一杆式伸缩线主伸缩线102、第二杆式伸缩线副伸缩线201、第二杆式伸缩线主伸缩线202、第三杆式伸缩线副伸缩线301和第三杆式伸缩线主伸缩线302将伸缩线伸长至需要监测的隧道掌子面附件任意位置，同时利用可旋转螺丝5将第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3旋转至隧道掌子面附近需要监测的任意角度；

然后，利用多芯传导线6分别从第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3内引入与探测系统4内的CO针式探头401、CO₂针式探头402、NO针式探头403、NO₂针式探头404、硫化氢针式探头405和粉尘针式探头406连接，以确保探测系统4能实时精确感应到隧道爆破后掌子面附近待测空间位置气尘浓度的细微变化，同时多芯传导线6通过线芯传导孔23伸入保护壳13内与CO传感器7、CO₂传感器8、NO传感器9、NO₂传感器10、硫化氢传感器11、粉尘传感器12连接；

然后，利用多芯传导线6伸出CO传感器7、CO₂传感器8、NO传感器9、NO₂传感器10、硫化氢传感器11和粉尘传感器12与气尘参数感应输入模块15连接，使滤波放大器151的输入分别与CO传感器7、CO₂传感器8、NO传感器9、NO₂传感器10、硫化氢传感器11和粉尘传感器12的输出连接，滤波放大器151的输出与A/D转换单元152的输入连接，从而将长大隧道爆破施工过程中所产生的大量粉尘和有毒有害气体CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢等模拟信号转换为数字信号；

然后，传递到存储控制系统16内，继而存储控制系统16将获取的隧道爆破施工产生的粉尘、CO、CO₂、NO等多元气尘信息进行存储，同时将获取的气尘参数，与预设在存储控制系统16内的气尘参数预设标准模块162进行对比，然后将对比结果集成于信号比较模块163内，然后将信号比较模块163的对比值传输给数据处理系统19，经过DSP芯片190的处理，可以定量化得到隧道爆破施工过程中通风所需的时间，并能将测试结果实时在液晶显示单元191上进行显示。

报警控制单元194和LED气尘控制灯195会根据CO针式探头401、CO₂针式探头402、NO针式探头403、NO₂针式探头404、硫化氢针式探头405和粉尘针式探头406的探测情况，可以实时提示所监测的长大隧道任意部位的粉尘、CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢等浓度，当气尘浓度超出存储控制系统16内设的气尘参数预设标准模块162内的隧道施工作业环境的安全标准值时，通过DSP芯片190的处理，报警控制单元194会根据警戒值指令发出声音报警，而LED气尘控制灯195也会根据警戒值的指令，会一闪一闪地进行强光提示，减少现场作业时工作人员受粉尘浓度大和施工环境黑暗等因素的干扰，准确判断隧道通风达到安全标准的时间，保证现场作业人员的人身安全，同时节约资源，提高隧道掘进的进度，降低工程成本。

隧道测试坐标定位单元196和坐标定位激光灯197会实时对所监测的隧道部位进行定位，当隧道测试坐标定位单元196正常开展工作时，坐标定位激光灯197会发出红光.

非工作状态下，如图2、图3、图4、图5所示:

其原理是第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3的形状为圆形形状，第一杆式伸缩线1包括第一杆式伸缩线副伸缩线101与第一杆式伸缩线主伸缩线102，第二杆式伸缩线2包括第二杆式伸缩线副伸缩线201与第二杆式伸缩线主伸缩线202，第三杆式伸缩线3包括第三杆式伸缩线副伸缩线301与第三杆式伸缩线主伸缩线302，第一杆式伸缩线副伸缩线101、第二杆式伸缩线副伸缩线201、第三杆式伸缩线副伸缩线301的下部分别与第一杆式伸缩线主伸缩线102、第二杆式伸缩线主伸缩线202、第三杆式伸缩线主伸缩线302的上部通过凹形卡槽连接，第一杆式伸缩线副伸缩线101、第二杆式伸缩线副伸缩线201、第三杆式伸缩线副伸缩线301的上部分别与探测系统4连接。

当不需要对长大隧道爆破施工作业面进行定量化实时通风监测时，可将第一杆式伸缩线副伸缩线101与第一杆式伸缩线主伸缩线102进行回缩，第二杆式伸缩线副伸缩线201与第二杆式伸缩线主伸缩线202回缩，第三杆式伸缩线副伸缩线301与第三杆式伸缩线主伸缩线302回缩，然后将第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3分别置于保护壳13的顶部、左侧和右侧，既方便携带，又使结构简单，通用性好，成本低。

便携保护索21与保护壳13连接，隧道爆破现场作业时，可根据长大隧道爆破现场监测工作的需要，利用便携保护索21实现将本装置整体悬挂在隧道的顶部、中部和侧壁的任意部位，以保证监测位置的可控性，确保监测数据的有效性和高效利用，同时也可实现日常设备的携带方便与隧道爆破作业工作时设备可移动性的需要。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

在不限制本发明技术方案保护范围的前提下，说明书进一步公开:

第一杆式伸缩线1的探测角度范围为180°，第二杆式伸缩线2的探测角度范围为90°，第三杆式伸缩线3的探测角度范围为90°。

第一杆式伸缩线1、第二杆式伸缩线2、第三杆式伸缩线3内的主伸缩线的全探测长度为4m，副伸缩线的全探测长度为3m。

CO传感器7和CO₂传感器8的尾端通过密封塞24固定。

硫化氢传感器11和粉尘传感器12的尾端通过密封塞24固定。

电源接口18的输出与电源模块17连接。

探测系统4与各气尘传感器之间通过多芯传导线6连接，该些多芯传导线6贯穿所述的杆式伸缩线内；所述各类气尘传感器输出端与嵌入式处理装置的气尘参数感应输入模块15之间通过多芯传导线6连接，这些多芯传导线6先穿过设在固定架22上的线芯传导孔，再穿入线芯定位架25上的线芯传导孔6。

玻璃保护罩198采用钢化夹胶玻璃。

玻璃保护罩198主要用于保护坐标定位激光灯197，避免隧道爆破作业时掌子面附近大量岩石压碎坐标定位激光灯197，同时避免现场凹凸不平的岩石对坐标定位精准度的影响。

稳定保护钉20为圆锥形稳定保护钉，共设4个，都安装于保护壳13底部，可实现在隧道爆破未请碴时在凹凸不平的岩石上的正常工作，同时也保护坐标定位激光灯197的正常工作，避免玻璃保护罩198的破坏。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于控制部分，该部分公开了单系统的设计方式。

如图6、图7所示：

嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块15、主控模块100、液晶显示单元191、开始测试控制单元192、结束测试控制单元193、报警控制单元194、LED气尘控制灯195、隧道测试坐标定位单元196、坐标定位激光灯197、电源模块17。

所述主控模块100，实现对采集来的各类气尘参数与存储模块中预设的各类气尘参数标准进行比对，并将数据进行存储与备份，并控制测试的开始、结束，以及监测结果的显示，报警功能。所述主控模块100包括有传感器数据采集模块、基准数据库、信号比较模块和显示/控制模块；其连接关系为：所述气尘参数感应输入模块15与主控模块100连接，所述主控模块100与单元191～196连接，所述气尘参数感应输入模块15、主控模块100、单元191～197分别与电源模块17连接,电源模块17为整个系统提供有效电源。其中：

所述气尘参数感应输入模块15相同于实施例1。

所述传感器数据采集模块通过气尘参数感应输入模块15获取的气尘实时数据，然后传输给信号比较模块，信号比较模块将来自传感器数据采集模块的实时气尘数据与基准数据库中的预设数据进行对比，并得到分类的气尘参数对比值。

信号比较模块的实现方法相同于实施例1。即，信号比较模块163的实现方法为：

将获取的CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢、粉尘等气尘参数电信号视为多电信号样本集，即{x^*(i,j)|i＝1,...n；j＝1,...p}，其中：x^*(i,j)为第i个样本的第j个电信号值；n为样本的个数(样本容量)；p为电信号个数。

对于越大越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(1\right)$

对于越小越优的电信号值：

$x(i,j)=\frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}---\left(2\right)$

式中，x_max(j)和x_min(i,j)分别为第j个电信号值的最大值和最小值；x(i,j)为电信号值归一化处理后的序列。

将处理后的x(i,j)作为基准值，然后用气尘参数预设标准模块162内的预设值作为限值，进而进行基准值与预设值的对比，基准值需要满足以下公式：

$x(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x^{*}(i,j)-x_{\min }\left(j\right)}{x^{\&prime;}\left(j\right)-x_{\min }\left(j\right)}& (x_{\min }\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x^{\&prime;}\left(j\right))\\ 1& (x^{\&prime;}\left(j\right)\&le;x^{*}(i,j)\&le;x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right))\\ \frac{x_{\max }\left(j\right)-x^{*}(i,j)}{x_{\max }\left(j\right)-x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)}& (x^{\&prime;\&prime;}\left(j\right)<x^{*}(i,j)<x_{\max }\left(j\right))\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，[x'(j),x”(j)]为电信号值的预设标准值范围。

当获取的电信号值属于电信号值的预设标准值范围时，可以认为该电信号值所代表的气尘监测参数符合安全标准；当获取的电信号值大于或小于预设的标准值时，可以认为该电信号值所代表的气尘参数没有符合安全标准。

显示/控制模块与信号比较模块的输出相连，其功能是将信号比较模块输出的信号进行再处理，形成一个完整、准确的数字信号库，使其具备在人机交互操作时能实现开始测试、结束测试、报警控制、LED气尘控制灯显示、坐标定位等各类指令操作。

显示/控制模块的输出与单元191～196相连，单元191～197的功能相同于实施例1。

Claims (1)

1.一种复合可移动式的隧道爆破气尘实时监测装置，其特征在于，

包括保护壳(13)，保护壳(13)底部设有四个圆锥形稳定保护钉(20)，保护壳(13)顶部设有两个便携保护索(21)；

还包括若干杆式伸缩线，通过可旋转螺丝(5)与所述保护壳(13)固定，杆式伸缩线下端与保护壳(13)之间的连接部位采用防尘防水密封塞(14)密封连接；每个杆式伸缩线的横截面形状为圆形，且包括副伸缩线和主伸缩线两部分，副伸缩线和主伸缩线两者通过凹形卡槽连接；

还包括与所述杆式伸缩线对等数量的探测系统(4)，各个探测系统(4)分别安装于每个杆式伸缩线的副伸缩线顶部，探测系统(4)内设若干各类针式气尘探头；

所述各类针式气尘探头有：CO针式探头(401)、CO2针式探头(402)、NO针式探头(403)、NO2针式探头(404)、硫化氢针式探头(405)和粉尘针式探头(406)；

还包括传感器装置，所述传感器装置安装于保护壳(13)内的上部，它包括固定架(22)和各类气尘传感器，各类气尘传感器安置于所述的固定架(22)内，所述固定架(22)上设有线芯传导孔(23)；

所述各类气尘传感器有：CO传感器(7)、CO₂传感器(8)、NO传感器(9)、NO₂传感器(10)、硫化氢传感器(11)和粉尘传感器(12)；

还包括若干多芯传导线(6)，依次实现对探测系统(4)、各类气尘传感器、嵌入式处理装置之间物理连接；

还包括线芯定位架(25)，设于保护壳(13)内的中部，用于隔离传感器装置和嵌入式处理装置两个功能区域，同时承托多芯传导线(6)；

还包括嵌入式处理装置，设于保护壳(13)内的下部，是整个系统的核心部件，该嵌入式处理装置包括气尘参数感应输入模块(15)、存储控制系统(16)、数据处理系统(19)、电源模块(17)；

所述存储控制系统(16)，实现对采集来的各类气尘参数与存储模块中预设的各类气尘参数标准进行比对，并将数据进行存储与备份；包括有气尘参数采集存储模块(161)，气尘参数预设标准模块(162)，信号比较模块(163)，接口A，接口B；

所述的数据处理系统(19)实现控制测试的开始、结束，以及监测结果的显示，报警功能；包括DSP芯片(190)、液晶显示单元(191)、开始测试控制单元(192)、结束测试控制单元(193)、报警控制单元(194)、LED气尘控制灯(195)、隧道测试坐标定位单元(196)、坐标定位激光灯(197)；所述气尘参数感应输入模块(15)与存储控制系统(16)连接，存储控制系统(16)与数据处理系统(19)连接，气尘参数感应输入模块(15)、存储控制系统(16)、数据处理系统(19)分别与电源模块(17)连接,电源模块(17)为整个系统提供有效电源；其中：

所述气尘参数感应输入模块(15)又包括滤波放大器(151)和A/D转换单元(152)，滤波放大器(151)的信号输入与探测系统(4)中各类针式气尘探头、传感器装置中各类气尘传感器的输出连接，滤波放大器(151)的信号输出与A/D转换单元(152)的输入连接；气尘参数感应输入模块(15)的功能是对探测系统(4)中各类针式气尘探头、传感器装置中各类气尘传感器获取的隧道爆破施工复杂环境下，产生的气尘参数进行信号放大、带通滤波、抽样、A/D变换，从而将获取的气尘模拟信号变换成数字信号；存储控制系统(16)内设气尘参数采集存储模块(161)，气尘参数预设标准模块(162)，信号比较模块(163)，接口A，接口B；气尘参数感应输入模块(15)将获取的数字信号通过接口A输出给存储控制系统(16)内的气尘参数采集存储模块(161)，然后气尘参数采集存储模块(161)将获取的数字信号传输给信号比较模块(163)，信号比较模块(163)将来自气尘参数采集存储模块(161)的实时数字信号与气尘参数预设标准模块(162)内的预设数字信号进行对比，并得到分类的气尘参数对比值；信号比较模块(163)的实现方法为：

将获取的CO、CO₂、NO、NO₂、硫化氢、粉尘这些气尘参数电信号视为多电信号样本集，即{x^*(i,j)|i＝1,...n；j＝1,...p}，其中：x^*(i,j)为第i个样本的第j个电信号值；n为样本的个数(样本容量)；p为电信号个数；

对于越大越优的电信号值：

对于越小越优的电信号值：

式中，x_max(j)和x_min(j)分别为第j个电信号值的最大值和最小值；x(i,j)为电信号值归一化处理后的序列；

将处理后的x(i,j)作为基准值，然后用气尘参数预设标准模块(162)内的预设值作为限值，进而进行基准值与预设值的对比，基准值需要满足以下公式：

式中，[x'(j),x”(j)]为电信号值的预设标准值范围；

当获取的电信号值属于电信号值的预设标准值范围时，可以认为该电信号值所代表的气尘监测参数符合安全标准；当获取的电信号值大于或小于预设的标准值时，可以认为该电信号值所代表的气尘参数没有符合安全标准；

存储控制系统(16)内的信号比较模块(163)的对比值通过接口B传输给数据处理系统(19)内的DSP芯片(190)，DSP芯片(190)的功能是将信号比较模块(163)的信号进行再处理，形成一个完整、准确的数字信号库，使其具备在人机交互操作时能实现开始测试、结束测试、报警控制、LED气尘控制灯显示、坐标定位各类指令操作；

DSP芯片(190)的CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度这些气尘参数对比值通过接口C输出给液晶显示单元(191)，液晶显示单元(191)在工作状态下将会显示CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度的对比值；

开始测试控制单元(192)的开始测试指令的输入通过接口D传输给DSP芯片(190)处理后，将开始整个系统的测试工作，并将会在液晶显示单元(191)内显示各类气尘参数的测试对比值；

结束测试控制单元(193)的结束测试指令的输入通过接口E传输给DSP芯片(190)处理后，将结束整个系统的测试工作，此时，液晶显示单元将不显示任何气尘参数值；

DSP芯片(190)通过接口F将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度中超过警戒值的气尘参数值传输给报警控制单元(194)，报警控制单元(194)在接到警戒值指令后将发出声音报警；

DSP芯片(190)通过接口G将CO浓度、CO₂浓度、NO浓度、NO₂浓度、硫化氢浓度、粉尘浓度中超过警戒值的气尘参数值传输给LED气尘控制灯(195)，LED气尘控制灯(195)在接到警戒值指令后将会进行灯光报警；

隧道测试坐标定位单元(196)将获取的测试坐标信号通过接口H传输给DSP芯片(190)，DSP芯片(190)经过处理后在液晶显示单元(191)内显示测试坐标；

DSP芯片分别与所述液晶显示单元(191)、开始测试控制单元(192)、结束测试控制单元(193)、报警控制单元(194)、LED气尘控制灯(195)、隧道测试坐标定位单元(196)连接；

隧道测试坐标定位单元(196)的坐标测试信号通过接口J传输给坐标定位激光灯(197)。