CN114060090B - 一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器领域，公开了一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器，所述传感器包括电路板，电源，所述传感器包括开关，所述开关包括弹性件，垫片导线，低熔点材料结构件，接头；所述弹性件末端与垫片导线连接，所述垫片导线下方设置低熔点材料结构件；所述开关的底部的两端设置接头；所述低熔点材料结构件融化后，垫片导线下降与接头接通；所述开关一端的接头通过电路板与电源连接，另一端的接头通过电路板与UWB芯片连接。本发明解决了采空区内部温度数据监测困难，实时性和准确性差，难以长时间实时监测的问题。

Description

一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体地涉及一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器。

背景技术

煤矿火灾作为煤矿五大灾害之一，严重影响煤矿安全生产。煤矿采空区火灾具有发火隐蔽，难以发现，容易引发瓦斯爆炸灾害等特点，是煤矿火灾中最难以解决的问题。

现有煤矿采空区火灾预测技术主要分为温度预测，指标气体预测和温度气体联合预测。温度预测多采用分布式测温光纤采集温度数据，但由于采空区内部空气流动困难，岩石和空气介质导热性差，而测温光纤只能敷设在巷道两侧，远离火源地，所以采集的温度数据准确性差，且在时效性上严重滞后，无法准确预测采空区火灾的发生。指标气体预测主要是利用束管技术采集一氧化碳、乙烯、乙炔等可燃气体，根据气体浓度进行预测，由于采空区内空气流动困难，束管采集，化验需要时间，也无法做到快速、实时、准确的预测出采空区内煤自燃发火情况。无线传感器监测采空区温度气体可以较好的解决数据实时性的问题，但是存在数据传输困难，续航能力差，成本过高等缺点。

发明内容

为解决现有技术中采空区内部温度数据监测困难，实时性和准确性差，难以长时间实时监测的问题，本发明提供一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器。

本发明采用的具体方案为：一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器，所述传感器包括电路板，电源，所述传感器包括开关，所述开关包括弹性件，垫片导线，低熔点材料结构件，接头；所述弹性件末端与垫片导线连接，所述垫片导线下方设置低熔点材料结构件；所述开关的底部的两端设置接头；所述低熔点材料结构件融化后，垫片导线下降与接头接通；所述开关一端的接头通过电路板与电源连接，另一端的接头通过电路板与UWB芯片连接。

所述开关外设置开关上壳体、开关下壳体，所述开关上壳体与开关下壳体连接。

所述传感器外设置传感器上壳体、传感器下壳体；所述传感器上壳体、传感器下壳体组成的空间内设置多个开关。

所述电路板上设置多个天线支架，所述天线支架上安装天线，所述天线与UWB芯片连接。

所述天线包裹在天下支架内部。

所述传感器上壳体、传感器下壳体上设置供天线穿过的通孔。

所述垫片导线的形状为T形；所述T形导线的竖直段与弹性件连接，所述T形导线的水平段在低熔点材料结构件融化后与接头连接。

所述电源为防爆电池。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果：

1.本发明与其他类型的采空区无线传感器相比，内部设置开关，由于将主动的温度和气体监测变为被动触发式监测，简化了传感器的结构，降低了成本，也提高了在恶劣环境下使用时的可靠性，同时在满足本质安全型设备要求的前提下，提高了传感器的续航时间。

2.本发明利用UWB组网还可以实现火源地的精确定位，为处理采空区内火情提供重要参考依据。使本发明相较于传统的监测系统和测温光纤，本发明能够设置在离火源地更加接近处，减少了预警所需要的时间。因此，具有实时性高，监测数据精确，响应时间短的优点。

附图说明

图1为本发明所述传感器结构示意图；

图2为本发明所述传感器内部结构图；

图3为本发明所述开关示意图。

其中，附图标记分别为：

1-传感器上壳体；2-传感器下壳体；3-开关；4-电路板；5-电源；6-UWB传输芯片；7-天线支架；8-天线；9-开关上壳体；10-弹性件；11-垫片导线；12-开关下壳体；13- 低熔点材料结构件；14-接头。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明提供一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器，所述传感器包括电路板4，电源5，所述传感器包括开关3，所述开关3包括弹性件10，垫片导线11，低熔点材料结构件13，接头14；所述弹性件10末端与垫片导线11连接，所述垫片导线11下方设置低熔点材料结构件13；所述接头14设置在开关3底部；所述低熔点材料结构件13融化后，垫片导线11下降与接头14接通；所述开关3一端的接头14通过电路板4与电源5连接，另一端的接头14通过电路板4与UWB芯片6连接。

所述开关3外设置开关上壳体9、开关下壳体12，所述开关上壳体9与开关下壳体12连接。

所述传感器外设置传感器上壳体1、传感器下壳体2；所述传感器上壳体1、传感器下壳体2组成的空间内设置多个开关3。多个不同熔点的开关的设置满足了传感器在不同条件下的应用，扩大了传感器的应用范围。

所述传感器上壳体1、传感器下壳体2上设置供天线穿过的通孔。天线产生的信号无法穿透金属外壳，且容易受到金属材质干扰，因此在外壳四周挖出合适的通孔，利用天线支架将天线包裹住并放置在外壳缺口处，实现了信号的有效传递。

所述天线8设置在天线支架7前端的凹槽内。通过天线支架7将天线8放置在传感器壳体通孔处，传感器壳体的金属材质会影响信号的接受和发射，天线支架是非金属材质，本身达到一定的厚度，既保证了天线远离壳体的金属材质，又可以起到保护天线的作用。

所述电路板4上设置多个天线支架7，所述天线支架7上安装天线8，所述天线8与UWB芯片6连接。多个天线设置是为了确保传感器之间通信，采空区内部为碎石结构，信号传输差，向四周发射信号，提高信号被其他传感器接收到的可能性，增强了传感器信号传输的稳定性。

所述垫片导线11的形状为T形；所述T形导线的竖直段与弹性件10连接，所述T 形导线的水平段在低熔点材料结构件13融化后与接头14连接。

所述电源5为防爆电池。

所述低熔点材料结构件为POE塑料材质，可选择熔点分别为40℃、60℃、80℃、100℃、 120℃的POE塑料，不同开关对应UWB芯片不同引脚，发出不同信号来确定温度。

开关上下壳体螺栓固定在一起，垫片导线为铜材质，中间为圆柱状，像两侧延伸出方形杆(T形导线)，垫片导线和弹簧放入上壳体的型腔内，垫片导线下部与低熔点材料结构件接触，低熔点材料结构件放置在传感器下壳体型腔内，接头分别放置在传感器下壳体两侧。未达到熔点温度时，垫片导线被低熔点材料结构件顶起，电路断开连接，当温度达到熔点温度附近时，低熔点材料结构件逐渐融化，流入底部型腔预留的空间内，压缩弹簧推动垫片导线向下移动，最后导线下降到指定位置与接头连接，电路连通，UWB芯片发出信号，在传感器中采用具有不同熔点的材料，实现了对温度的梯度感应。

实施例1

一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器，所述传感器包括电路板，电源，所述传感器包括5个不同的开关，所述开关包括弹簧，垫片导线，接头；所述弹簧的末端与垫片导线连接，所述垫片导线11下方设置低熔点材料结构件；所述接头设置在开关底部；所述低熔点材料结构件融化后，垫片导线下降与接头接通；所述开关的接头的一端与电路板连接，另一端与电源连接。

所述垫片导线的形状为T形；所述T形导线的竖直段与弹簧连接，所述T形导线的水平段在低熔点材料结构件13融化后与接头14连接。

所述低熔点材料结构件为POE塑料制成的圆柱体。

所述垫片导线的材料为铜制导线，接头的材料为金属铜材料。

传感器上、下壳体内部有4个凸台，对应电路板上4个孔位置，起到固定作用，同时下壳体凸台为螺纹孔，上壳体为沉头螺钉孔，可用螺钉将上下壳体连接固定，电路板正面中心位置为5个开关和UWB芯片，5个开关分别对应不同引脚，通过电路板上电路连接， 4个天线支架位于电路板四周，呈90°均匀分布。

在综采工作面采掘过程中，每隔3-4米放入传感器，每个传感器预设了不同信号并进行了编号，在放置过程中按编号顺序放置，即可通过接受到的信号了解所在位置温度信息。在采空区内部形成基于UWB的无线温度监测网络，当采空区内某位置遗煤有自燃倾向，开始蓄热低温氧化时，温度逐渐升高，达到指定温度时，传感器内低熔点材料结构件融化，开关内电路连通，传感器发出信号，相邻传感器接受信号后，发出新的信号，最终将信号传递出采空区。

本发明使采空区内部温度数据监测得以实现，并具有实时性和准确性高，能够长时间实时监测的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种煤矿采空区自燃火灾预警传感器，所述传感器包括电路板，电源，其特征在于，所述传感器包括熔断开关(3)，所述熔断开关(3)包括弹性件(10)，垫片导线(11)，低熔点材料(13)，接头(14)；所述弹性件(10)末端与垫片导线(11)连接，所述垫片导线(11)下方设置低熔点材料(13)；该熔断开关(3)的底部的两端设置接头(14)；所述低熔点材料(13)融化后，垫片导线(11)下降与接头(14)接通；所述熔断开关(3)一端的接头(14)与电路板(4)连接，另一端的接头(14)与电源连接；所述电路板(4)上设置多个天线支架(7)，所述天线支架(7)上安装天线(8)，所述天线(8)与UWB芯片(6)连接；所述天线(8)竖直设置在天线支架(7)上；所述传感器上壳体(1)、传感器下壳体(2)上设置供天线(8)穿过的通孔；所述垫片导线(11)的形状为T形；所述T形导线的竖直段与弹性件(10)连接，所述T形导线的水平段在低熔点材料(13)融化后与接头(14)连接；所述电源(5)为防爆电池；电路板(4)正面中心位置为5个熔断开关(3)和UWB芯片(6)，5个熔断开关(3)分别对应不同引脚，通过电路板(4)上电路连接，4个天线支架(7)位于电路板四周，呈90°均匀分布。

2.根据权利要求1所述的煤矿采空区自燃火灾预警传感器，其特征在于，所述熔断开关(3)外设置开关上壳体(9)、开关下壳体(12)，所述开关上壳体(9)与开关下壳体(12)连接；所述开关上壳体(9)与开关下壳体(12)的材料为金属材料。

3.根据权利要求1所述的煤矿采空区自燃火灾预警传感器，其特征在于，所述传感器外设置传感器上壳体(1)、传感器下壳体(2)；所述传感器上壳体(1)、传感器下壳体(2)组成的空间内设置多个熔断开关(3)。

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