CN105467002A - 一种基于次声波的瓦斯检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于次声波的瓦斯检测装置。本发明具有较好的抗干扰效果和灾害信息识别的可靠性,对今后的矿井瓦斯涌出监测具有重要的现实意义。其中包括次声传感器、信号调理低通滤波模块、A/D转换电路、单片机ATmega128以及上位机；其结构要点是：本发明控制核心MCU设置为单片机ATmega128，与单片机ATmega128电连接A/D转换电路，与A/D转换电路电连接信号调理低通滤波模块，然后与信号调理低通滤波模块电连接次声传感器；次声传感器接受次声信号，次声信号属于声波机械振动信号，次声传感器将其转换为电信号，电信号低通滤波模块的信号调理再传送给A/D转换电路，将模拟电信号转换为数字信号，数字信号传输给单片机ATmega128，通过单片机ATmega128处理，最后通过RS-485总线将信号发送给上位机。
Description
技术领域
本发明是应用于矿井领域的瓦斯检测，具体地涉及一种基于次声波的瓦斯检测装置。
背景技术
我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，但是煤层赋存条件差异很大，含瓦斯煤层多，瓦斯储量大，煤与瓦斯突出严重。我国现有国有重点井工矿750多处，地方国有矿井1650个，绝大多数属于瓦斯矿井，其中高瓦斯矿井和突出矿井有1034个，占全国矿井总数的44%。从建国到2000年，我国一次事故死亡人数超过100人的特别重大事故15次，死亡2513人，其中瓦斯灾害11次，死亡1496人。因此，防治瓦斯灾害一直是煤矿灾害防治的重点。
目前，次声波检测技术常用于地震，泥石流等自然灾害的检测过程中，并取得了一定的研究成果。和地震等自然灾害的动力现象一样，瓦斯在孕育，发生和发展过程中也会产生声、光、电等多种形式的能量辐射。瓦斯突出的实质是气——固结合的地质体受地应力和瓦斯压力综合作用在时间和空间上所表现出来的地球物理场。研究表明，煤和围岩受力破坏过程中会产生次声波，当声波强度增加到一定量时，煤壁就可能突然被破坏，发生瓦斯突出。这种异常次声通常在煤壁断裂前5-45分钟内产生。针对这个现象进行监测，对于瓦斯突出预警具有现实的积极意义。
发明内容
本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于次声波的瓦斯检测装置，本发明具有较好的抗干扰效果和灾害信息识别的可靠性。
为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置，其中包括次声传感器、信号调理低通滤波模块、A/D转换电路、单片机ATmega128以及上位机；其结构要点是：本发明控制核心MCU设置为单片机ATmega128，与单片机ATmega128电连接A/D转换电路，与A/D转换电路电连接信号调理低通滤波模块，然后与信号调理低通滤波模块电连接次声传感器；次声传感器接受次声信号，次声信号属于声波机械振动信号，次声传感器将其转换为电信号，电信号低通滤波模块的信号调理再传送给A/D转换电路，将模拟电信号转换为数字信号，数字信号传输给单片机ATmega128，通过单片机ATmega128处理，最后通过RS-485总线将信号发送给上位机。
作为本发明的一种优选方案，所述次声传感器是采用CDC-2B型电容次声传声器，该传感器频率响应范围0.01~10Hz，灵敏度大于400mV/Pa，动态范围大于108dB，带有温度补偿，适用温度范围-10~45摄氏度，完全满足环境次声测量的要求。
作为本发明的另一种优选方案，所述A/D转换电路采用ADC0809，它是8位CMOS型逐次逼近式模数转换芯片，具有速度快，灵敏度高等优点。
进一步地，所述单片机ATmega128采用RISC结构，具有128KB系统内可编程FLASH和4KB的SRAM以及53个可供编程的I/O接口线，性能十分强大，为设备提供稳定的硬件基础以及扩展能力。ATmega128将采集到得数据通过RS-485总线传给上位机。
本发明的有益效果是。
本发明采用电容式次声传感器为检测元件，基于ATmega128的硬件平台，自适应滤波器对于干扰信号的滤除，这种改进的自适应滤波器取得较好的抗干扰效果，提高了灾害信息识别的可靠性，有着广阔的应用和发展前景，对今后的矿井瓦斯涌出监测具有重要的现实意义。
附图说明
图1是本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置系统硬件框图。
图2是本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置的次声传感器等效电路图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置系统硬件框图。图中包括次声传感器、信号调理低通滤波模块、A/D转换电路、单片机ATmega128以及上位机；控制核心MCU设置为单片机ATmega128，与单片机ATmega128电连接A/D转换电路，与A/D转换电路电连接信号调理低通滤波模块，然后与信号调理低通滤波模块电连接次声传感器；次声传感器接受次声信号，次声信号属于声波机械振动信号，次声传感器将其转换为电信号，电信号低通滤波模块的信号调理再传送给A/D转换电路，将模拟电信号转换为数字信号，数字信号传输给单片机ATmega128，通过单片机ATmega128处理，最后通过RS-485总线将信号发送给上位机。
如图2实施例所示，为本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置的次声传感器等效电路图。次声信号的接收是通过次声传感器，将声波机械振动信号转换为电信号来实现的；采用CDC-2B型电容次声传声器，该传感器频率响应范围0.01~10Hz，灵敏度大于400mV/Pa，动态范围大于108dB，带有温度补偿，适用温度范围-10~45摄氏度，完全满足环境次声测量的要求。
Claims (4)
1.一种基于次声波的瓦斯检测装置，其中包括次声传感器、信号调理低通滤波模块、A/D转换电路、单片机ATmega128以及上位机;其特征在于：控制核心MCU设置为单片机ATmega128，与单片机ATmega128电连接A/D转换电路，与A/D转换电路电连接信号调理低通滤波模块，然后与信号调理低通滤波模块电连接次声传感器；次声传感器接受次声信号，次声信号属于声波机械振动信号，次声传感器将其转换为电信号，电信号低通滤波模块的信号调理再传送给A/D转换电路，将模拟电信号转换为数字信号，数字信号传输给单片机ATmega128，通过单片机ATmega128处理，最后通过RS-485总线将信号发送给上位机。
2.根据权利要求1所述的一种基于次声波的瓦斯检测装置，其特征在于：所述次声传感器是采用CDC-2B型电容次声传声器，该传感器频率响应范围0.01-10Hz，灵敏度大于400mV/Pa，动态范围大于108dB，带有温度补偿，适用温度范围-10-45摄氏度。
3.根据权利要求1所述的一种基于次声波的瓦斯检测装置，其特征在于：所述A/D转换电路采用ADC0809，它是8位CMOS型逐次逼近式模数转换芯片。
4.根据权利要求1所述的一种基于次声波的瓦斯检测装置，其特征在于：所述单片机ATmega128采用RISC结构，具有128KB系统内可编程FLASH和4KB的SRAM以及53个可供编程的I/O接口线。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108344495A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-07-31 | 中国科学院光电研究院 | 一种次声波的测量装置及测量方法 |
| CN109814152A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-28 | 昆明理工大学 | 一种次声传感器及其实现方法 |
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2014
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| CN109814152A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-28 | 昆明理工大学 | 一种次声传感器及其实现方法 |
| CN109814152B (zh) * | 2019-03-04 | 2023-11-24 | 昆明理工大学 | 一种次声传感器及其实现方法 |
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