CN105608863A - 一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法，包括：捕捉和采集环境参数信息；将模拟环境参数信号转换成数字信号；数字信号通过全向无线通信射频天线传送；所述系统包括：管道多参数采集器，用于捕捉和采集环境参数；井下信号监控接收基站，用于将环境参数传输至井下工业以太环网；井下工业以太环网，用于将环境参数传输至地面监测控制终端；地面监测控制终端，接收井下工业以太环网传输的环境参数，用于实时的观察环境的变化。本发明准确地将瓦斯管道中的气体参数、温度参数、位置信息、气体流量、压力参数通过无线射频进行双向高速的数字信号传输，实时传输至地面监控站。

Description

一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法

技术领域

本发明属于矿山安全监测技术领域，尤其涉及一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法。

背景技术

伴随着煤矿开采深度的逐渐加深，采煤速度逐渐加快，导致矿井瓦斯涌出量一直处于上升的状态，瓦斯对煤矿安全生产构成了重大的威胁。但是如果能够加以利用又是优质的清洁能源，因此加大煤矿瓦斯的抽采利用能够使瓦斯化害为利、变废为宝，具有重大的意义。但为瓦斯抽采过程中必须对瓦斯管道中的气体参数进行监测。

现有技术一般是瓦斯管道上安装固定监测气体装置，由通过专业人员进入井下进行读数并记录下气体参数，到达地面进行人工分析，监测的参数也不够全面，并且监测点有限，实时性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法，旨在解决现有技术由通过专业人员进入井下进行读数并记录下气体参数，到达地面进行人工分析，监测的参数也不够全面，并且监测点有限，实时性较差的问题。

本发明是这样实现的，一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法，所述矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法包括：

发出指令、唤醒基站；

基站唤醒管道多参数采集器同时相互间传送数据；

将采集到的甲烷、一氧化碳、压力、流量、温度、位置参数，上传给基站；

基站将数据上传给地面监测终端计算机。

本发明的另一目的在于提供一种所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，所述矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统包括：

地面监测终端，用于通过工业以太环网给基站发出指令、唤醒基站；

基站，用于唤醒管道多参数采集器同时相互间传送数据；

管道多参数采集器，用于将采集到的甲烷、一氧化碳、压力、流量、温度、位置参数，上传给基站；

基站，用于将数据上传给地面监测终端的计算机。

进一步，所述管道多参数采集器安装在瓦斯抽放管道上。

进一步，所述基站包括:

液晶屏，用于显示环境参数信息；

无线自组网通信模块，用于实现无线自组信号传输的功能性模块；

ARM电路控制处理模块，与液晶屏和无线自组网通信模块连接，用于各信号处理、控制的核心电路模块；

第一射频天线，与无线自组网通信模块连接，用于发送和接收无线信号的装置；

第一电源，与ARM电路控制处理模块连接，用于为装置供电；

光纤交换模块，与ARM电路控制处理模块连接，用于将信号的传输转变为光纤接口。

进一步，所述管道多参数采集器包括：

甲烷传感器，用于采集管道环境中的甲烷气体；

温度传感器，用于采集管道环境中的温度；

一氧化碳传感器，用于采集管道环境中的一氧化碳气体；

压力传感器，用于采集管道环境中的气体压力；

流量传感器，用于采集管道环境中的气体流量；

电子标签，用于测定采集器所在管道中位置；

数字液晶屏，与所述电路协调控制板连接，用于显示环境参数信息；

电路协调控制板，与所述甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、压力传感器、流量传感器、电子标签连接，用于信号调理、信号放大、信号处理；

无线传输模块，与所述电路协调控制板连接，用于无线信号传输的功能性模块；

第二射频天线，与所述无线传输模块连接，发送和接收无线信号；

第二电源，与所述电路协调控制板连接，用于为装置供电。

进一步，所述电路协调控制板包括：

信号调理电路，用于在将各参数信息变换为数字信号之前必须进行，缓冲或定标模拟信号，使各参数信息适合于模/数转换器的输入；

信号放大电路，与所述信号调理电路连接，用于经基本信号调理过输出的微弱信号不失真地加以放大；

模数转换电路，与所述信号放大电路连接，用于将参数模拟量进行量化，转换为相应的数字量的电路；

ARM处理器，与所述模数转换电路连接，用于将各信号处理、控制；

RS485数据通信模块，与所述ARM处理器连接，用于扩展使用时于其它通信装置进行有线连接。

进一步，所述地面监测控制终端由无线有线自适应隔离中继器和计算机组成。

本发明提供的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法，瓦斯抽放管道中的气体参数可实时传送到地面监测中心，并能够清楚定位每一点处的环境参数信息，装置具有唤醒功能，大大提高了装置的使用时间，采集器有无线自组网功能，增强了采集装置的安放灵活性。

与现有技术相比具有以下优势：

1、本发明是独立的、功能全面的小型无线局端数据设备，依靠自备电源、采用“无线自组网网络”的组网技术，利用射频天线和井下工业以太环网的传输技术对高速的数字信号进行传输，将瓦斯管道中的环境参数信息传输至地面控制监测中心。

2、同时本安型多参数采集器可利用设备上的液晶屏观察所监测环境参数情况，以便现场观测人员准确掌握管道中的气体情况。

3、本发明可以通过井下工业以太环网上传至地面监测中心，进行观测和综合分析。

4、本发明准确地将瓦斯管道中的气体参数、温度参数、位置信息、气体流量、压力参数通过无线射频进行双向高速的数字信号传输，实时传输至地面监控站。

附图说明

图1是本发明实施例提供的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统结构示意图；

图中：1、管道多参数采集器；2、基站；3、工业以太环网；4、地面监测控制终端。

图2是本发明实施例提供的基站的结构示意图；

图中：2-1、液晶屏；2-2、无线自组网通信模块；1-8、ARM电路控制处理模块；2-4、第一电源；2-5、第一射频天线；2-6、光纤交换模块。

图3是本发明实施例提供的管道多参数采集器结构示意图；

图中：1-1、甲烷传感器；1-2、温度传感器；1-3、一氧化碳传感器；1-4、压力传感器；1-5、流量传感器；1-6、电子标签；1-7、数字液晶屏；1-8、电路协调控制板；1-9、第二电源；1-10、无线传输模块；1-11、第二射频天线；

图4是本发明实施例提供的电路协调控制板结构示意图；

图中：1-8-1、信号调理电路；1-8-2、信号放大电路；1-8-3、模数转换电路；1-8-4、ARM处理器；1-8-5、RS485数据通信模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统主要包括：管道多参数采集器1、基站2、工业以太环网3、地面监测控制终端4。

地面监测终端4的计算机通过工业以太环网3给基站2发出指令、唤醒基站2；

基站2唤醒管道多参数采集器1同时相互间传送数据；

管道多参数采集器1将采集到的甲烷、一氧化碳、压力、流量、温度、位置等参数，上传给基站2；

基站2将数据上传给地面监测终端4的计算机。

包括多个管道多参数采集器1、井下监控信号接收的基站2、井下的工业以太环网3和地面监测控制终端4以及可实现双向对称高速数字信号传输的矿用光纤。多个管道多参数采集器1通过光纤连接井下监控信号接收的基站2，井下监控信号接收的基站2通过光纤井下的工业以太环网3，井下工业以太环网3通过光纤连接地面监测控制终端4。管道多参数采集器1安装在瓦斯抽放管道上，井下监控信号接收基站2根据需要安放在矿井巷道内靠近井下的工业以太环网3，地面监测控制终端4设在地面控制中心或调度室。

所述井下监控信号接收的基站2，主要由无线双频自组网通信模块、射频天线、数字液晶屏、光纤交换模块、全向无线通信射频天线、ARM电路控制处理模块、本安型电源组成，其中光纤路由器与井下工业以太环网连接；

管道多参数采集器1主要由CH₄(甲烷)传感器、温度传感器、CO(一氧化碳)传感器、压力传感器、流量传感器、电子标签、电路协调控制板、数字液晶屏、无线传输模块、全向无线通信射频天线和本安电源组成。管道多参数采集器1可根据现场灾害发生地点附近距井下监控信号接收基站200米范围内自由移动，CH₄传感器、温度传感器、CO传感器、压力传感器、流量传感器、电子标签采集到气体参数、温度参数、压力、流量、位置信息经电路协调控制板进行信息处理，经无线传输模块和全向无线通信射频天线传输至监控信号接收基站；电路协调控制板包括信号放大电路、信号调理电路、数模转换电路、电源电路、透明RS485数据接口和无线通信模块控制电路。井下监控信号接收基站2主要由数字液晶屏、全向无线通信射频天线、本安电源、无线双频自组网通信模块、ARM电路控制处理模块和光纤交换模块组成。井下的工业以太环网3为井下常用设备，地面监测控制终端4由本安型无线有线自适应隔离中继器和计算机组成。所述井下的工业以太环网3是现有成熟技术的工业以太环网。本发明说的“本安型”或“本安”指采取了安全措施，在矿井井下是本质安全的。上述监控信号接收基站，和地面设备中的的无线射频模块均含有2.4G无线通讯模块。

如图2所示，所述基站2包括:

液晶屏2-1，用于显示环境参数信息；

无线自组网通信模块2-2，用于实现无线自组信号传输的功能性模块；

ARM电路控制处理模块1-8，与液晶屏2-1和无线自组网通信模块2-2连接，用于各信号处理、控制的核心电路模块；

第一射频天线2-5，与无线自组网通信模块2-2连接，用于发送和接收无线信号的装置；

第一电源2-4，与ARM电路控制处理模块1-8连接，用于为装置供电；

光纤交换模块2-6，与ARM电路控制处理模块1-8连接，用于将信号的传输转变为光纤接口。

如图3所示，所述管道多参数采集器1包括：

甲烷传感器1-1，用于采集管道环境中的甲烷气体；

温度传感器1-2，用于采集管道环境中的温度；

一氧化碳传感器1-3，用于采集管道环境中的一氧化碳气体；

压力传感器1-4，用于采集管道环境中的气体压力；

流量传感器1-5，用于采集管道环境中的气体流量；

电子标签1-6，用于测定采集器所在管道中位置；

数字液晶屏1-7，与所述电路协调控制板连接，用于显示环境参数信息；

电路协调控制板1-8，与所述甲烷传感器1-1、温度传感器1-2、一氧化碳传感器1-3、压力传感器1-4、流量传感器1-5、电子标签1-6连接，用于信号调理、信号放大、信号处理；

无线传输模块1-10，与所述电路协调控制板1-8连接，用于无线信号传输的功能性模块；

第二射频天线1-11，与所述无线传输模块1-10连接，发送和接收无线信号；

第二电源1-9，与所述电路协调控制板1-8连接，用于为装置供电。

如图4所示，所述电路协调控制板1-8包括：

信号调理电路1-8-1，用于在将各参数信息变换为数字信号之前必须进行，缓冲或定标模拟信号，使各参数信息适合于模/数转换器的输入；

信号放大电路1-8-2，与所述信号调理电路1-8-1连接，用于经基本信号调理过输出的微弱信号不失真地加以放大；

模数转换电路1-8-3，与所述信号放大电路1-8-2连接，用于将参数模拟量进行量化，转换为相应的数字量的电路；

ARM处理器1-8-4，与所述模数转换电路1-8-3连接，用于将各信号处理、控制；

RS485数据通信模块1-8-5，与所述ARM处理器1-8-4连接，用于扩展使用时于其它通信装置进行有线连接。

本发明的工作原理是管道多参数采集器将信息通过井下监控信号接收基站传至井下工业以太环网，并通过井下工业以太环网传输到监测控制终端。本发明的工作过程是：多参数采集器将捕捉和采集到的环境参数等信息一起送至电路协调控制板，电路协调控制板将模拟环境参数信号转换成数字信号送至无线双频自组网通信模块。无线双频自组网通信模块通过全向无线通信射频天线传送给监控信号接收基站，监控信号接收基站通过井下工业以太环网将信号传至地面控制设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法，其特征在于，所述矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法包括：

发出指令、唤醒基站；

基站唤醒管道多参数采集器同时相互间传送数据；

将采集到的甲烷、一氧化碳、压力、流量、温度、位置参数，上传给基站；

基站将数据上传给地面监测终端计算机。

2.一种如权利要求1所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定方法的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统包括：

地面监测终端，用于通过工业以太环网给基站发出指令、唤醒基站；

基站，用于唤醒管道多参数采集器同时相互间传送数据；

管道多参数采集器，用于将采集到的甲烷、一氧化碳、压力、流量、温度、位置参数，上传给基站；

基站，用于将数据上传给地面监测终端的计算机。

3.如权利要求2所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述管道多参数采集器安装在瓦斯抽放管道上。

4.如权利要求2所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述基站包括:

液晶屏，用于显示环境参数信息；

无线自组网通信模块，用于实现无线自组信号传输的功能性模块；

ARM电路控制处理模块，与液晶屏和无线自组网通信模块连接，用于各信号处理、控制的核心电路模块；

第一射频天线，与无线自组网通信模块连接，用于发送和接收无线信号的装置；

第一电源，与ARM电路控制处理模块连接，用于为装置供电；

光纤交换模块，与ARM电路控制处理模块连接，用于将信号的传输转变为光纤接口。

5.如权利要求2所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述管道多参数采集器包括：

甲烷传感器，用于采集管道环境中的甲烷气体；

温度传感器，用于采集管道环境中的温度；

一氧化碳传感器，用于采集管道环境中的一氧化碳气体；

压力传感器，用于采集管道环境中的气体压力；

流量传感器，用于采集管道环境中的气体流量；

电子标签，用于测定采集器所在管道中位置；

数字液晶屏，与所述电路协调控制板连接，用于显示环境参数信息；

电路协调控制板，与所述甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、压力传感器、流量传感器、电子标签连接，用于信号调理、信号放大、信号处理；

无线传输模块，与所述电路协调控制板连接，用于无线信号传输的功能性模块；

第二射频天线，与所述无线传输模块连接，发送和接收无线信号；

第二电源，与所述电路协调控制板连接，用于为装置供电。

6.如权利要求5所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述电路协调控制板包括：

信号调理电路，用于在将各参数信息变换为数字信号之前必须进行，缓冲或定标模拟信号，使各参数信息适合于模/数转换器的输入；

信号放大电路，与所述信号调理电路连接，用于经基本信号调理过输出的微弱信号不失真地加以放大；

模数转换电路，与所述信号放大电路连接，用于将参数模拟量进行量化，转换为相应的数字量的电路；

ARM处理器，与所述模数转换电路连接，用于将各信号处理、控制；

RS485数据通信模块，与所述ARM处理器连接，用于扩展使用时于其它通信装置进行有线连接。

7.如权利要求2所述的矿用无线自组网瓦斯抽放管道测定系统，其特征在于，所述地面监测控制终端由无线有线自适应隔离中继器和计算机组成。