CN111327801B - 矿用自动高压冲洗式摄像装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

矿用自动高压冲洗式摄像装置，包括底座、摄像机、锥形罩、粉尘感应识别器、控制器、高压气流软管、高压水流软管和伸缩式喷管机构，摄像机左侧的摄像镜头位于锥形罩内，摄像镜头左侧设有防尘透明组件，粉尘感应识别器设置在锥形罩内部并用于监测防尘透明组件左侧表面上附着的粉尘，伸缩式喷管机构设置在锥形罩左侧顶部并可上下伸缩，伸缩式喷管机构的下端设有用于朝向防尘透明组件喷射的气流喷头和水流喷头。本发明通过粉尘感应识别器实现自动化感应，在结合高压水流和气流等压强实现清洗，能有效实现保证防尘玻璃清洁度，高强压气流能有效起到烘干去水渍效果，因此能有效减少人工擦拭的工作量，减少对摄像镜头的破坏，延长摄像镜头的寿命。

Description

矿用自动高压冲洗式摄像装置及其监测方法

技术领域

本发明属于矿山设备技术领域，具体涉及一种矿用自动高压冲洗式摄像装置及其监测方法。

背景技术

随着智能矿山的发展推进，矿山各种功能摄像头在矿下获得广泛应用。各种高清全彩摄像机在矿下的使用，提高了整个监控和管理效率。但由于矿井下工作条件复杂，矿井中空气煤尘和湿度含量较高。当摄像头在矿井下静置使用一段时间后，在摄像镜头处将会有一层附着物，将会直接影响到整个全彩摄像头的清晰度进而影响到对矿井的监控和管理。因此当前在矿下多采用的是人工对镜头进行清洗擦拭，但是人工清洗一方面增加劳动工作量并且由于摄像头架置位置较高，使得清洗工作难度增加，另一方面人工清洗将对摄像头造成损坏，降低摄像头的使用寿命。

鉴于上述问题，有一些学者尝试用清洁刷对镜头进行清洗，但是在清洗刷头同旋转杆多采用机械连接，而此处往往由于粉尘等原因，导致机械连接处失灵，并且由于附着物粗糙程度性不同，直接使用镜头刷将导致其对镜头摩擦增大，加速对镜头的损坏。因此，提出一种更加便捷高效矿用清洗摄像头亟待研究。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于清洁、且不会磨损镜头的矿用自动高压冲洗式摄像装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：矿用自动高压冲洗式摄像装置，包括底座和摄像机，摄像机安装在底座左侧，还包括锥形罩、粉尘感应识别器、控制器、高压气流软管、高压水流软管和伸缩式喷管机构，锥形罩呈右细左粗，锥形罩右端与摄像机的外壳左端连接，摄像机左侧的摄像镜头位于锥形罩内，摄像镜头左侧设有防尘透明组件，粉尘感应识别器设置在锥形罩内部并用于监测防尘透明组件左侧表面上附着的粉尘，伸缩式喷管机构设置在锥形罩左侧顶部并可上下伸缩，高压气流软管的出口和高压水流软管的出口分别与伸缩式喷管机构上端的进气口和进水口连接，伸缩式喷管机构的下端设有用于朝向防尘透明组件喷射的气流喷头和水流喷头，高压气流软管的进口和高压水流软管的进口分别连接有高压气源和高压水源。

锥形罩右侧同轴连接有内螺纹套，摄像机的外壳左端外部设有与内螺纹套螺纹连接的外螺纹。

防尘透明组件包括防尘玻璃和密封圈，摄像镜头左侧外部同轴线设有镜头保护罩，防尘玻璃的外圆通过密封圈安装在摄像镜头左侧的镜头保护罩内。

高压气流软管和高压水流软管沿锥形罩顶部和内螺纹套顶部平行布置，高压气流软管和高压水流软管上分别安装有水流电磁阀和气流电磁阀。

伸缩式喷管机构包括安装架、气缸、气流固定管、气流伸缩管、水流固定管和水流伸缩管，安装架固定设置在锥形罩内壁的顶部，气缸、气流固定管、气流伸缩管、水流固定管和水流伸缩管均竖向设置，气缸的缸体、气流固定管和水流固定管均固定设在安装架上，气流固定管上端通过气流管接头与高压气流软管的出口连接，水流固定管上端通过水流管接头与高压水流软管的出口连接，气流伸缩管由气流固定管上端口伸入到气流固定管内，气流伸缩管上端外部通过第一活塞环与气流固定管内壁滑动连接，水流伸缩管上端外部通过第二活塞环与水流固定管内壁滑动连接，气流伸缩管和水流伸缩管的下端口均向右折弯并分别连接有一个气流喷头和水流喷头，气缸的活塞杆下端通过连接板分别与气流伸缩管和水流伸缩管的下部固定连接。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1）、首先在现有摄像机的摄像镜头前端，增设具有超低表面能超强自洁功能的防尘玻璃并用密封圈对其周边进行密封，避免高压冲洗对摄像镜头形成直接破坏，控制器采用单片机，利用粉尘感应识别器并连接单片机控制气缸、水流电磁阀和气流电磁阀，最终构成对防尘镜片进行高压喷射清洗的装置。此外采用气缸驱动水流伸缩管及气流伸缩管垂直升降，并采用锥形罩进行保护，以减少粉尘对水流伸缩管及气流伸缩管的损坏。伸缩式喷管机构采用高压喷水和喷气组合清洗的方式，高压喷水通过高强压喷射除污剂除去防尘玻璃上粉尘，高压喷气通过高压气流对防尘玻璃形成二次除尘，并且实现对镜面吹干，实现防尘玻璃无水渍，最终提升整个防尘玻璃的洁净度和清晰度。

2）、锥形罩右端同轴线设置的内螺纹套与摄像机的外壳的外圆以螺纹扣相连接，高压气源和高压水源是分别连接高压气流软管和高压水流软管的终端，粉尘感应识别器设置在锥形罩内部用于监测防尘玻璃上附着的粉尘。

3）、锥形罩是由硬质塑料材质制成，这样可延长镜头的保护长度并不影响正常摄像镜头对焦等功能使用。高压气源和高压水源分别采用矿井下的高压气源和水泵抽取水源。防尘玻璃是由氟碳树脂、表面活性剂、硅烷偶联剂和普通硅酸盐制成的玻璃，并且将树脂基料进行外层刷涂，常温干燥成膜。井下的粉尘直接接触在防尘玻璃面上，而不是摄像镜头上，减少对镜头的损害，节约其损失成本。此外，防尘玻璃具有超低表面能，灰尘及物质难以附着，并且具有疏水自洁功能等功能，使得灰尘水渍附着量减少，降低后续清洗难度，此外防尘玻璃具有耐磨等特性。

4）、基于粉尘识别器对防尘镜片上灰尘感应浓度，将信号传输到控制器，控制器发出信号使气缸的活塞杆向下伸长，带动气流伸缩管和水流伸缩管向下移动，先对水流电磁阀发出信号，水流电磁阀打开，高压水流依次流经高压气流软管、水流固定管、水流伸缩管，最后由水流喷头喷向防尘玻璃，先将防尘玻璃上的粉尘冲洗掉，接着水流电磁阀关闭，接着控制器对气流电磁阀发出信号，气流电磁阀打开，高压气流依次流经高压气流软管、气流固定管、气流伸缩管，最后由气流喷头喷向防尘玻璃，将水渍吹掉并吹干。

5）、镜头保护罩同摄像镜头以螺纹扣相连接，这样可使防尘玻璃通过密封圈安装到镜头保护罩内。这样能有有效隔绝煤层和保持防尘玻璃与摄像镜头直接的干燥，此外基于密封圈能够有效防止高压喷射液体进入到防尘玻璃内部，形成良好密封性。

粉尘感应识别器是感应单元与（控制器）单片机共同构成。基于粉尘感应识别器能够实现自动化，当粉尘感应识别器感应溶度达到设定值后，将自行启动气缸和冲洗功能，实现真正的自动化，并且由于不同矿井位置，其煤尘附着情况也不同，基于粉尘感应识别器能够实现对具体局部问题的自动化识别处理，节约能耗。粉尘感应识别器和气缸在未使用时，气缸的活塞杆缩回到缸体内，气流伸缩管缩回到气流固定管内，水流伸缩管缩回到水流固定管内，这样不会影响到摄像机的正常工作。当粉尘感应识别器监测到防尘玻璃上的粉尘达到设定浓度时，气缸、水流电磁阀和气流电磁阀均对应启动工作。在清洗时仅在防尘玻璃清洗时，短时间影响了摄像头拍摄，对于日常摄像头拍摄无任何视野的影响。

6）、气流固定管与气流伸缩管滑动密封连接，水流固定管与水流伸缩管滑动密封连接。这种结构简单，不易损坏，直升直降并且直接连接高压喷射工作效率简单。气流喷头和水流喷头将以花洒式将喷射液高压喷射清洗防尘玻璃。高压冲洗能对附着在防尘玻璃上粉尘达到脱落目的，此外喷射的除污液同样可以使得顽固附着物进行清洗效果并且花洒式旋转能实现防尘玻璃面均匀接触清洗。当喷射液喷射一定时长后，停止喷射液的喷射，高压喷射气将以镜头中心进行旋转式喷射。，通过高压喷射气体同镜面形成二次清洗，除去残留附作物，并且能够对防尘玻璃上水滴进行吹干，保障防尘玻璃上不留水渍。

综上所述，本发明是通过粉尘感应识别器实现自动化感应，在结合高压水流和气流等压强实现清洗，并且气流喷头和水流喷头可旋转做圆周运动，对防尘玻璃清洗，而防尘玻璃能避免煤尘对摄像镜头直接伤害。此外，二次循环清洗，能有效实现保证防尘玻璃清洁度，高强压气流能有效起到烘干去水渍效果，因此能有效减少人工擦拭的工作量，减少对摄像镜头的破坏，延长摄像镜头的寿命，本发明具有结构简单、使用便捷、安全等极易推广等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的矿用自动高压冲洗式摄像装置，包括底座1、摄像机2、锥形罩3、粉尘感应识别器4、控制器、高压气流软管5、高压水流软管6和伸缩式喷管机构，摄像机2安装在底座1左侧，锥形罩3呈右细左粗，锥形罩3右端与摄像机2的外壳左端连接，摄像机2左侧的摄像镜头7位于锥形罩3内，摄像镜头7左侧设有防尘透明组件，粉尘感应识别器4设置在锥形罩3内部并用于监测防尘透明组件左侧表面上附着的粉尘，伸缩式喷管机构设置在锥形罩3左侧顶部并可上下伸缩，高压气流软管5的出口和高压水流软管6的出口分别与伸缩式喷管机构上端的进气口和进水口连接，伸缩式喷管机构的下端设有用于朝向防尘透明组件喷射的气流喷头8和水流喷头9，高压气流软管5的进口和高压水流软管6的进口分别连接有高压气源和高压水源。

锥形罩3右侧同轴连接有内螺纹套10，摄像机2的外壳左端外部设有与内螺纹套10螺纹连接的外螺纹。

防尘透明组件包括防尘玻璃11和密封圈12，摄像镜头7左侧外部同轴线设有镜头保护罩13，防尘玻璃11的外圆通过密封圈12安装在摄像镜头7左侧的镜头保护罩13内。

高压气流软管5和高压水流软管6沿锥形罩3顶部和内螺纹套10顶部平行布置，高压气流软管5和高压水流软管6上分别安装有水流电磁阀14和气流电磁阀15。

伸缩式喷管机构包括安装架16、气缸17、气流固定管18、气流伸缩管19、水流固定管20和水流伸缩管21，安装架16固定设置在锥形罩3内壁的顶部，气缸17、气流固定管18、气流伸缩管19、水流固定管20和水流伸缩管21均竖向设置，气缸17的缸体、气流固定管18和水流固定管20均固定设在安装架16上，气流固定管18上端通过气流管接头22与高压气流软管5的出口连接，水流固定管20上端通过水流管接头23与高压水流软管6的出口连接，气流伸缩管19由气流固定管18上端口伸入到气流固定管18内，气流伸缩管19上端外部通过第一活塞环与气流固定管18内壁滑动连接，水流伸缩管21上端外部通过第二活塞环与水流固定管20内壁滑动连接，气流伸缩管19和水流伸缩管21的下端口均向右折弯并分别连接有一个气流喷头8和水流喷头9，气缸17的活塞杆下端通过连接板24分别与气流伸缩管19和水流伸缩管21的下部固定连接。

本发明的工作原理及过程为：

1）、首先在现有摄像机2的摄像镜头7前端，增设具有超低表面能超强自洁功能的防尘玻璃11并用密封圈12对其周边进行密封，避免高压冲洗对摄像镜头7形成直接破坏，控制器采用单片机，利用粉尘感应识别器4并连接单片机控制气缸17、水流电磁阀14和气流电磁阀15，最终构成对防尘镜片进行高压喷射清洗的装置。此外采用气缸17驱动水流伸缩管21及气流伸缩管19垂直升降，并采用锥形罩3进行保护，以减少粉尘对水流伸缩管21及气流伸缩管19的损坏。伸缩式喷管机构采用高压喷水和喷气组合清洗的方式，高压喷水通过高强压喷射除污剂除去防尘玻璃11上粉尘，高压喷气通过高压气流对防尘玻璃11形成二次除尘，并且实现对镜面吹干，实现防尘玻璃11无水渍，最终提升整个防尘玻璃11的洁净度和清晰度。

2）、锥形罩3右端同轴线设置的内螺纹套10与摄像机2的外壳的外圆以螺纹扣相连接，高压气源和高压水源是分别连接高压气流软管5和高压水流软管6的终端，粉尘感应识别器4设置在锥形罩3内部用于监测防尘玻璃11上附着的粉尘。

3）、锥形罩3是由硬质塑料材质制成，这样可延长镜头的保护长度并不影响正常摄像镜头7对焦等功能使用。高压气源和高压水源分别采用矿井下的高压气源和水泵抽取水源。防尘玻璃11是由氟碳树脂、表面活性剂、硅烷偶联剂和普通硅酸盐制成的玻璃，并且将树脂基料进行外层刷涂，常温干燥成膜。井下的粉尘直接接触在防尘玻璃11面上，而不是摄像镜头7上，减少对镜头的损害，节约其损失成本。此外，防尘玻璃11具有超低表面能，灰尘及物质难以附着，并且具有疏水自洁功能等功能，使得灰尘水渍附着量减少，降低后续清洗难度，此外防尘玻璃11具有耐磨等特性。

4）、基于粉尘识别器对防尘镜片上灰尘感应浓度，将信号传输到控制器，控制器发出信号使气缸17的活塞杆向下伸长，带动气流伸缩管19和水流伸缩管21向下移动，先对水流电磁阀14发出信号，水流电磁阀14打开，高压水流依次流经高压气流软管5、水流固定管20、水流伸缩管21，最后由水流喷头9喷向防尘玻璃11，先将防尘玻璃11上的粉尘冲洗掉，接着水流电磁阀14关闭，接着控制器对气流电磁阀15发出信号，气流电磁阀15打开，高压气流依次流经高压气流软管5、气流固定管18、气流伸缩管19，最后由气流喷头8喷向防尘玻璃11，将水渍吹掉并吹干。

5）、镜头保护罩13同摄像镜头7以螺纹扣相连接，这样可使防尘玻璃11通过密封圈12安装到镜头保护罩13内。这样能有有效隔绝煤层和保持防尘玻璃11与摄像镜头7直接的干燥，此外基于密封圈12能够有效防止高压喷射液体进入到防尘玻璃11内部，形成良好密封性。

粉尘感应识别器4是感应单元与（控制器）单片机共同构成。基于粉尘感应识别器4能够实现自动化，当粉尘感应识别器4感应溶度达到设定值后，将自行启动气缸17和冲洗功能，实现真正的自动化，并且由于不同矿井位置，其煤尘附着情况也不同，基于粉尘感应识别器4能够实现对具体局部问题的自动化识别处理，节约能耗。粉尘感应识别器4和气缸17在未使用时，气缸17的活塞杆缩回到缸体内，气流伸缩管19缩回到气流固定管18内，水流伸缩管21缩回到水流固定管20内，这样不会影响到摄像机2的正常工作。当粉尘感应识别器4监测到防尘玻璃11上的粉尘达到设定浓度时，气缸17、水流电磁阀14和气流电磁阀15均对应启动工作。在清洗时仅在防尘玻璃11清洗时，短时间影响了摄像头拍摄，对于日常摄像头拍摄无任何视野的影响。

6）、气流固定管18与气流伸缩管19滑动密封连接，水流固定管20与水流伸缩管21滑动密封连接。这种结构简单，不易损坏，直升直降并且直接连接高压喷射工作效率简单。气流喷头8和水流喷头9将以花洒式将喷射液高压喷射清洗防尘玻璃11。高压冲洗能对附着在防尘玻璃11上粉尘达到脱落目的，此外喷射的除污液同样可以使得顽固附着物进行清洗效果并且花洒式旋转能实现防尘玻璃11面均匀接触清洗。当喷射液喷射一定时长后，停止喷射液的喷射，高压喷射气将以镜头中心进行旋转式喷射。，通过高压喷射气体同镜面形成二次清洗，除去残留附作物，并且能够对防尘玻璃11上水滴进行吹干，保障防尘玻璃11上不留水渍。

本发明中的粉尘感应识别器4、控制器、气缸17、水流电磁阀14和气流电磁阀15均为现有技术，具体构造原理不再赘述，其之间涉及到的控制为常规软件程序，不涉及新的计算机程序。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.矿用自动高压冲洗式摄像装置，包括底座和摄像机，摄像机安装在底座左侧，其特征在于：还包括锥形罩、粉尘感应识别器、控制器、高压气流软管、高压水流软管和伸缩式喷管机构，锥形罩呈右细左粗，锥形罩右端与摄像机的外壳左端连接，摄像机左侧的摄像镜头位于锥形罩内，摄像镜头左侧设有防尘透明组件，粉尘感应识别器设置在锥形罩内部并用于监测防尘透明组件左侧表面上附着的粉尘，伸缩式喷管机构设置在锥形罩左侧顶部并可上下伸缩，高压气流软管的出口和高压水流软管的出口分别与伸缩式喷管机构上端的进气口和进水口连接，伸缩式喷管机构的下端设有用于朝向防尘透明组件喷射的气流喷头和水流喷头，高压气流软管的进口和高压水流软管的进口分别连接有高压气源和高压水源；

伸缩式喷管机构包括安装架、气缸、气流固定管、气流伸缩管、水流固定管和水流伸缩管，安装架固定设置在锥形罩内壁的顶部，气缸、气流固定管、气流伸缩管、水流固定管和水流伸缩管均竖向设置，气缸的缸体、气流固定管和水流固定管均固定设在安装架上，气流固定管上端通过气流管接头与高压气流软管的出口连接，水流固定管上端通过水流管接头与高压水流软管的出口连接，气流伸缩管由气流固定管上端口伸入到气流固定管内，气流伸缩管上端外部通过第一活塞环与气流固定管内壁滑动连接，水流伸缩管上端外部通过第二活塞环与水流固定管内壁滑动连接，气流伸缩管和水流伸缩管的下端口均向右折弯并分别连接有一个气流喷头和水流喷头，气缸的活塞杆下端通过连接板分别与气流伸缩管和水流伸缩管的下部固定连接。

2.根据权利要求1所述的矿用自动高压冲洗式摄像装置，其特征在于：锥形罩右侧同轴连接有内螺纹套，摄像机的外壳左端外部设有与内螺纹套螺纹连接的外螺纹。

3.根据权利要求1所述的矿用自动高压冲洗式摄像装置，其特征在于：防尘透明组件包括防尘玻璃和密封圈，摄像镜头左侧外部同轴线设有镜头保护罩，防尘玻璃的外圆通过密封圈安装在摄像镜头左侧的镜头保护罩内。

4.根据权利要求2所述的矿用自动高压冲洗式摄像装置，其特征在于：高压气流软管和高压水流软管沿锥形罩顶部和内螺纹套顶部平行布置，高压气流软管和高压水流软管上分别安装有水流电磁阀和气流电磁阀。

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