CN114459534A - 一种矿用智能多参数测定器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用智能多参数测定器及测量方法，包括壳体，所述壳体内的下部安装有电路主板、气体采集气泵、控制按键板，所述主电路控制板的背部设置有用于为其供电的充电电池，所述气体采集气泵、控制按键板均与电路主板连接。不仅可以准确的检测到矿井下各种气体浓度值变化，上传给工作人员，让检测者及时撤离现场，保证安全；同时相关数据可以保存、回放、进行打印，适用于多种环境，信息采集数据准确。

Description

一种矿用智能多参数测定器及测量方法

技术领域

本发明属于矿井环境参数检测装置技术领域，涉及一种矿用智能多参数测定器及测量方法。

背景技术

矿工作业中，需要实时对矿井底环境中的多种参数的含量进行监测、保存、回放和PC机数据通讯，以保证工人的人身安全。工作人员在工作时，就需要随身携带监测多种参数的仪器或在环境中放置相应的仪器，工作结束后，对相应数据的采集、分析及预警处理。这样，现有仪器遇到三点不足：第一，不同环境，需要不同的仪器不便于工作人员的携带、选择购买及售后维修；第二，矿用多参数测定器，市场上多数仪器不具备数据传输、上位机分析气体含量变化、曲线走向及报警指示功能，并获得相关环境参数；第三，当仪器测量时，信号采集数据比较集中，结构设计单一，气体扩散式采集较多，测量数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种矿用智能多参数测定器及测量方法，准确的检测到矿井下各种气体浓度值变化，上传给工作人员，让检测者及时撤离现场，保证安全，适用于多种环境，信息采集数据准确。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内的下部安装有电路主板、气体采集气泵、控制按键板，所述主电路控制板的背部设置有用于为其供电的充电电池，所述气体采集气泵、控制按键板均与电路主板连接；

所述壳体内的上部设置有传感器气室，所述传感器气室内安装有信息采集电路板，所述信息采集电路板与电路主板连接，所述信息采集电路板上分布有多参数传感器，所述多参数传感器通过传感器气室与气管连接，所述气管分别与采样气嘴、气体采集气泵连接形成回路；所述壳体的另一侧面安装有风速传感器测量杆，所述风速传感器测量杆上安装有风速传感器，所述风速传感器测量杆安装于壳体侧面设置的放置槽内；

所述壳体的正面设置有触摸显示屏，所述触摸显示屏与电路主板连接，所述触摸显示屏的下方设置有控制按键板，所述控制按键板与电路主板连接，所述控制按键板的下方设置有指示灯和蜂鸣器，所述指示灯和蜂鸣器均与电路主板连接；

所述壳体的顶端分别安装有大气温湿度气压传感器、压差气嘴，所述大气温湿度气压传感器与信息采集电路板连接，所述信息采集电路板上的压差传感器通过气管与压差气嘴连接；所述壳体的底端设置有风速采集接口，所述风速采集接口与电路主板连接。

进一步地，所述传感器气室包括气室上盖和气室下盖，所述气室上盖和气室下盖通过紧固螺钉连接，所述气室上盖和气室下盖之间的夹层设置有气室密封圈，所述传感器气室还包括传感器密封圈。

进一步地，所述矿用智能多参数测定器还包括差压传感器，所述差压传感器通过导气管与壳体顶部设置的压差气嘴连接。

进一步地，所述壳体的背部安装有背夹，所述背夹的顶部通过提手挂耳安装有方便携带的提手，所述背夹通过螺钉固定于壳体的背部。

进一步地，所述壳体的底端设置有充电接口和通信接口，所述充电接口为Type-C充电接口，所述通信接口为USB数据口。

进一步地，所述电路主板的背部设置有电池仓，所述电池仓内设置有充电电池，所述充电电池为锰酸锂充电电池。

进一步地，所述电路主板上设置有控制芯片、数据存储模块和RS485通讯模块，所述控制芯片的型号为STM32F429IGT6。

进一步地，所述壳体的背部还安装有用于固定三脚架的三脚架固定螺母，所述三脚架固定螺母焊接在背夹上，用于在三脚架平放地面时，固定矿用智能多参数测定器。

一种矿用智能多参数测定器的测量方法，具体包括如下步骤：

S1、将风速传感器测量杆同充饱电的矿用智能多参数测定器下方的风速采集接口相连，打开矿用智能多参数测定器开机，气体采集气泵开始工作；

S2、测量风速、大气温湿度，测定值通过放大模块进行放大处理后传输至AD信号采集模块，AD信号采集模块接收到电压信号后，负责把模拟的电压信号转化为数字信号，然后将数字信号传输至单片机主控模块；

S3、单片机主控模块接收到数字信号后，实时将各种气体传感器浓度值、风速值通过液晶触摸显示模块进行显示，如果超过或低于相对应气体设定的报警点后，会产生报警信号传输至单片机主控模块；

S4：单片机主控模块接收到报警信号后，单片机主控模块控制报警信号传输至声光报警指示模块，声光报警指示模块接收到报警信号后，发光二极管产生闪烁红色灯光，同时蜂鸣器发出间断的报警声来提示工作人员。

进一步地，所述步骤S2具体包括：

S21、通过人工操作手持部与伸缩部，将T型三通内的风速传感器任意一端对着迎风的方向或偏离迎风方向15°来测量风速；

S22、气体通过进气嘴进入装置，通过导气管进入传感器气室模块，经过传感器测量到的气体浓度值和测量到的风速值转化为电压信号，测量到的电压信号传输至信号调理放大模块。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种矿用智能性、多功能系列的测定器，不仅可以准确的检测到矿井下各种气体浓度值变化，上传给工作人员，让检测者及时撤离现场，保证安全；同时相关数据可以保存、回放、进行打印，适用于多种环境，信息采集数据准确。

本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种矿用智能多参数测定器结构图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的后视图；

图4为图1的仰视图；

图5为矿用智能多参数测定器内部结构主视图；

图6为矿用智能多参数测定器内部结构侧视图；

图7为风速测量装置示意图；

图8风速口截面图；

图9为本发明一种矿用多参数测定器测量工作框图；

其中：1、提手；2、壳体；3、触摸显示屏；4、大气温湿度气压传感器；5、压差气嘴；6、风速传感器测量杆；7、控制按键板；8、指示灯；9、蜂鸣器；10、采样气嘴；11、信息采集电路板；12、传感器气室；13、气体采集气泵；14、电路主板；15、控制按键板；16、充电电池；17、电池仓；18、背夹；19、提手挂耳；20、三脚架固定螺母；21、USB数据口；22、Type-C充电接口；23、进气嘴；24、出气嘴；25、气室上盖；26、气室密封圈；27、气室下盖；28、传感器密封圈；29、导气管；30、第一连接头；31、手持杆；32、伸缩结构；33、风速传感器；34、T型三通；35、转接插头；36、数据线；37、手持部；38、伸缩部；39、测风部；40、风速采集接口。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

一种矿用智能多参数测定器，包括壳体2，所述壳体2内的下部安装有电路主板14、气体采集气泵13、控制按键板15，所述主电路控制板14的背部设置有用于为其供电的充电电池16，所述气体采集气泵13、控制按键板15均与电路主板14连接；壳体2内的上部设置有传感器气室12，所述传感器气室12内安装有信息采集电路板11，所述信息采集电路板11与电路主板14连接，所述信息采集电路板11上分布有多参数传感器，所述多参数传感器通过传感器气室12与气管连接，所述气管分别与采样气嘴10、气体采集气泵13连接形成回路，采样气嘴10包括进气嘴23和出气嘴24；所述壳体2的另一侧面安装有风速传感器测量杆6，所述风速传感器测量杆6上安装有风速传感器33，所述风速传感器测量杆6安装于壳体2侧面设置的放置槽内；壳体2的正面设置有触摸显示屏3，所述触摸显示屏3与电路主板14连接，所述触摸显示屏3的下方设置有控制按键板7，所述控制按键板7与电路主板14连接，所述控制按键板7的下方设置有指示灯8和蜂鸣器9，所述指示灯8和蜂鸣器9均与电路主板14连接；壳体2的顶端分别安装有大气温湿度气压传感器4、压差气嘴5，所述大气温湿度气压传感器4与信息采集电路板11连接，所述信息采集电路板11上的压差传感器通过气管与压差气嘴5连接；所述壳体2的底端设置有风速采集接口40，所述风速采集接口40与电路主板14连接。

具体地，风速传感器测量杆6与风速测量装置相连接，其包括手持部37、伸缩部38及测风部39，手持部37包括手持杆31和T型三通34，伸缩部38包括伸缩结构32，T型三通34的一端连接有第一连接头30，第一连接头30通过数据线36与转接插头35连接，测风部39包括T型三通和风速传感器33，测定器底端还设置有风速采集接口40。

进一步，所述传感器气室12包括气室上盖25和气室下盖27，所述气室上盖25和气室下盖27通过紧固螺钉连接，所述气室上盖25和气室下盖27之间的夹层设置有气室密封圈26，所述传感器气室12还包括传感器密封圈28。

进一步，所述矿用智能多参数测定器还包括差压传感器，所述差压传感器通过导气管29与壳体2顶部设置的压差气嘴5连接。

进一步，所述壳体2的背部安装有背夹18，所述背夹18的顶部通过提手挂耳19安装有方便携带的提手1，所述背夹18通过螺钉固定于壳体2的背部。

进一步，所述壳体2的底端设置有充电接口和通信接口，所述充电接口为Type-C充电接口22，所述通信接口为USB数据口21。

进一步，所述电路主板14的背部设置有电池仓17，所述电池仓17内设置有充电电池16，所述充电电池16为锰酸锂充电电池。

具体地，锰酸锂电池给传感器模块供电，传感器模块包括红外传感器、电化学传感器、温湿度传感器、风速传感器、差压传感器和大气压传感器。传感器模块将信号依次传递给传感器气室模块，信号调理放大模块、AD信号采集模块、单片机主控模块，所述单片机主控模块接收控制按键模块、数据存储模块、时钟模块的信号，同时将处理后的信号传递给485通讯模块、声光报警指示模块和液晶触摸显示模块。

进一步，所述电路主板14上设置有控制芯片、数据存储模块和RS485通讯模块，所述控制芯片的型号为STM32F429IGT6。

进一步，所述壳体2的背部还安装有用于固定三脚架的三脚架固定螺母20，所述三脚架固定螺母20焊接在背夹18上，用于在三脚架平放地面时，固定矿用智能多参数测定器。

信息采集电路板上安装有10种组合传感器(多参数系列包括：组合一：CH₄、CO、O₂、H₂S、SO₂、温度、湿度、差压、大气压、风速；组合二：CH₄、CO、CO₂、H₂S、SO₂、温度、湿度、差压、大气压、风速；组合三：CH₄、CO、H₂S、SO₂、NO₂、温度、湿度、差压、大气压、风速)的含量，为解决用户多种选型购买提供方案，可对多种参数相关数据保存采集、上位机上传数据、多种气体含量曲线走向、便于矿工收集复杂环境中多种类型气体含量数据的难题。

另一方面，本发明提出一种矿用智能多参数测定器的测量方法，进行有毒、有害气体及环境参数测量，具体按照以下步骤：

S1、将风速传感器测量杆6同充饱电的矿用智能多参数测定器下方的风速采集接口40相连，打开矿用智能多参数测定器开机，气体采集气泵13开始工作；

S2、测量风速、大气温湿度，测定值通过放大模块进行放大处理后传输至AD信号采集模块，AD信号采集模块接收到电压信号后，负责把模拟的电压信号转化为数字信号，然后将数字信号传输至单片机主控模块；S21、通过人工操作手持部37与伸缩部38，将T型三通34内的风速传感器33任意一端对着迎风的方向或偏离迎风方向15°来测量风速；

具体地，S22、气体通过进气嘴23进入装置，通过导气管29进入传感器气室模块，经过传感器测量到的气体浓度值和测量到的风速值转化为电压信号，测量到的电压信号传输至信号调理放大模块

S3、单片机主控模块接收到数字信号后，实时将各种气体传感器浓度值、风速值通过液晶触摸显示模块进行显示，如果超过或低于相对应气体设定的报警点后，会产生报警信号传输至单片机主控模块；

S4：单片机主控模块接收到报警信号后，单片机主控模块控制报警信号传输至声光报警指示模块，声光报警指示模块接收到报警信号后，发光二极管产生闪烁红色灯光，同时蜂鸣器发出间断的报警声来提示工作人员。

本发明中的所述控制芯片的型号为STM32F429IGT6、所述电路主板为-1主电路控制板、所述信息采集电路板为-2多种气体传感器采集板、所述控制按键板为-3控制按键组合板、所述气体采集气泵板为-4气体采集气泵固定板、所述抽气泵的型号为C13L-52、所述液晶触摸显示屏型号为ATK-7088。

本发明提供的这种矿用智能多参数测定器，其具体的使用过程如下：通过Type-C充电接口21对锰酸锂充电电池充电，壳体2正面的指示灯8显示黄光，充饱后，指示灯8显示绿光。测定器开机后实时检测周边环境多种参数的数据信息，并通过触摸显示屏3实时显示：当多参数传感器采集到的某一参数达到或超出设置的报警点时，设置于壳体2的正面的蜂鸣器9进行报警，例如，蜂鸣器9开始间断声鸣叫，提醒工作人员立即从井下撤离，保证作业人员的人身安全。

此外，电路主板14上还设置有数据存储模块和RS485通讯模块，这两个模块可以将测量的数据存储、回放、查询；同时可通过USB数据口21与系统设备对接，与外部上位机进行数字信号通讯，上位机通过RS485通讯模块传输报警信号，单片机主控模块接收到报警信号后，单片机主控模块控制报警模块进行报警提示。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，包括壳体(2)，所述壳体(2)内的下部安装有电路主板(14)、气体采集气泵(13)、控制按键板(15)，所述主电路控制板(14)的背部设置有用于为其供电的充电电池(16)，所述气体采集气泵(13)、控制按键板(15)均与电路主板(14)连接；

所述壳体(2)内的上部设置有传感器气室(12)，所述传感器气室(12)内安装有信息采集电路板(11)，所述信息采集电路板(11)与电路主板(14)连接，所述信息采集电路板(11)上分布有多参数传感器，所述多参数传感器通过传感器气室(12)与气管连接，所述气管分别与采样气嘴(10)、气体采集气泵(13)连接形成回路；所述壳体(2)的另一侧面安装有风速传感器测量杆(6)，所述风速传感器测量杆(6)上安装有风速传感器(33)，所述风速传感器测量杆(6)安装于壳体(2)侧面设置的放置槽内；

所述壳体(2)的正面设置有触摸显示屏(3)，所述触摸显示屏(3)与电路主板(14)连接，所述触摸显示屏(3)的下方设置有控制按键板(7)，所述控制按键板(7)与电路主板(14)连接，所述控制按键板(7)的下方设置有指示灯(8)和蜂鸣器(9)，所述指示灯(8)和蜂鸣器(9)均与电路主板(14)连接；

所述壳体(2)的顶端分别安装有大气温湿度气压传感器(4)、压差气嘴(5)，所述大气温湿度气压传感器(4)与信息采集电路板(11)连接，所述信息采集电路板(11)上的压差传感器通过气管与压差气嘴(5)连接；所述壳体(2)的底端设置有风速采集接口(40)，所述风速采集接口(40)与电路主板(14)连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述传感器气室(12)包括气室上盖(25)和气室下盖(27)，所述气室上盖(25)和气室下盖(27)通过紧固螺钉连接，所述气室上盖(25)和气室下盖(27)之间的夹层设置有气室密封圈(26)，所述传感器气室(12)还包括传感器密封圈(28)。

3.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述矿用智能多参数测定器还包括差压传感器，所述差压传感器通过导气管(29)与壳体(2)顶部设置的压差气嘴(5)连接。

4.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述壳体(2)的背部安装有背夹(18)，所述背夹(18)的顶部通过提手挂耳(19)安装有方便携带的提手(1)，所述背夹(18)通过螺钉固定于壳体(2)的背部。

5.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述壳体(2)的底端设置有充电接口和通信接口，所述充电接口为Type-C充电接口(22)，所述通信接口为USB数据口(21)。

6.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述电路主板(14)的背部设置有电池仓(17)，所述电池仓(17)内设置有充电电池(16)，所述充电电池(16)为锰酸锂充电电池。

7.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述电路主板(14)上设置有控制芯片、数据存储模块和RS485通讯模块，所述控制芯片的型号为STM32F429IGT6。

8.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器，其特征在于，所述壳体(2)的背部还安装有用于固定三脚架的三脚架固定螺母(20)，所述三脚架固定螺母(20)焊接在背夹(18)上，用于在三脚架平放地面时，固定矿用智能多参数测定器。

9.根据权利要求1所述的一种矿用智能多参数测定器的测量方法，其特征在于，包括如下如下步骤：

S1、将风速传感器测量杆(6)同充饱电的矿用智能多参数测定器下方的风速采集接口(40)相连，打开矿用智能多参数测定器开机，气体采集气泵(13)开始工作；

S2、测量风速、大气温湿度，测定值通过放大模块进行放大处理后传输至AD信号采集模块，AD信号采集模块接收到电压信号后，负责把模拟的电压信号转化为数字信号，然后将数字信号传输至单片机主控模块；

S3、单片机主控模块接收到数字信号后，实时将各种气体传感器浓度值、风速值通过液晶触摸显示模块进行显示，如果超过或低于相对应气体设定的报警点后，会产生报警信号传输至单片机主控模块；

S4：单片机主控模块接收到报警信号后，单片机主控模块控制报警信号传输至声光报警指示模块，声光报警指示模块接收到报警信号后，发光二极管产生闪烁红色灯光，同时蜂鸣器发出间断的报警声来提示工作人员。

10.根据权利要求9所述的一种矿用智能多参数测定器的测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、通过人工操作手持部(37)与伸缩部(38)，将T型三通(34)内的风速传感器(33)任意一端对着迎风的方向或偏离迎风方向15°来测量风速；

S22、气体通过进气嘴(23)进入装置，通过导气管(29)进入传感器气室模块，经过传感器测量到的气体浓度值和测量到的风速值转化为电压信号，测量到的电压信号传输至信号调理放大模块。

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