CN114563531A - 一种煤矿用机车尾气的检测方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种煤矿用机车尾气的检测方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN114563531A CN202210193328.4A CN202210193328A CN114563531A CN 114563531 A CN114563531 A CN 114563531A CN 202210193328 A CN202210193328 A CN 202210193328A CN 114563531 A CN114563531 A CN 114563531A
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刘隽宁
朱锋
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Shendong Coal Branch of China Shenhua Energy Co Ltd
Guoneng Shendong Coal Group Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种煤矿用机车尾气的检测方法、装置及系统，用以对煤矿用柴油机车尾气中一氧化碳的实时检测。所述方法包括：通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温；监测降温后机车尾气的温度；当所述降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，其中，所述第一预设温度小于一氧化碳传感器正常工作温度的最大值。通过本申请所述方法，在对煤矿用机车尾气进行检测前，对机车尾气进行冷却降温，以使机车尾气温度控制在一氧化碳传感器的工作范围内，实现了通过机车尾气管处的一氧化碳传感器对煤矿用柴油机车尾气中的一氧化碳的实时检测。

Description

一种煤矿用机车尾气的检测方法、系统及存储介质
技术领域
本申请涉及尾气监测技术领域，特别涉及一种煤矿用机车尾气的检测方法、系统及存储介质。
背景技术
煤矿用无轨胶轮车是采用柴油机作为动力的，近年来国家对煤矿柴油机车尾气排放要求越来越高。现有的一氧化碳检测方法往往是通过一氧化碳传感器进行检测的，由于一氧化碳传感器采用电化学原理，其工作温度最大不超过60摄氏度，而煤矿用柴油机车尾气的温度高达800～1000度，远远超过了一氧化碳传感器的工作温度，若直接在机车尾气管处实时检测机车尾气，可直接造成传感器装置的烧毁。目前尚没有在柴油机车尾气管处对一氧化碳排放实时检测的方法。因此，如何提供一种煤矿用柴油机车尾气的一氧化碳实时检测方法成为一项亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种煤矿用机车尾气的检测方法、系统及存储介质，用以实现煤矿用柴油机车尾气中一氧化碳的实时检测。
本申请提供一种煤矿用机车尾气的检测方法，包括：
通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温；
监测降温后机车尾气的温度；
当所述降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，其中，所述第一预设温度小于一氧化碳传感器正常工作温度的最大值。
本申请的有益效果在于：在对煤矿用机车尾气进行检测前，对机车尾气进行冷却降温，并监测冷却后的机车尾气温度，以使机车尾气温度控制在一氧化碳传感器的工作范围内，避免了机车尾气温度过高而烧毁传感器，进而实现了通过一氧化碳传感器对煤矿用柴油机车尾气中的一氧化碳的实时检测。
在一个实施例中，所述第一冷却装置为在机车尾气管中增加的尾气冷却水箱，所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，所述通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温，包括：
通过尾气冷却水箱对机车尾气进行降温，同时通过电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行降温。
本实施例的有益效果在于：通过设置在机车尾气管中的尾气冷却水箱，将高温的机车尾气快速大幅降温，使得机车尾气温度接近一氧化碳传感器检测气体符合工作温度范围，进而实现在机车尾气管处对尾气中的一氧化碳进行实时检测。
在一个实施例中，所述方法还包括：
当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温；
监测再次降温后机车尾气的温度；
当所述再次降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测。
本实施例的有益效果在于：当机车尾气经过降温后温度仍高于第一预设温度时，再通过设置于机车尾气管处的第二冷却装置对机车尾气进行再次降温，以使得机车尾气温度符合一氧化碳传感器工作温度范围的要求，并满足机车尾气采集的稳定性要求，实现对机车尾气的一氧化碳的实时检测。
在一个实施例中，所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，所述当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温，包括：
开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。
本实施例的有益效果在于：通过设置在冷却水箱后端的机车尾气排气管处设置散热管，将经过降温的机车尾气，进行再次降温，以符合一氧化碳传感器的工作温度要求，并确保满足机车尾气连续抽气情况下保持温度符合要求。
在一个实施例中，所述方法还包括：
在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测所述机车尾气的温度；
当所述机车尾气的温度大于或等于第二预设温度时，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却。
本实施例的有益效果在于：通过在检测过程中，为保证持续抽气的情况下，实时监测机车尾气温度，在尾气温度高于第二预设值时，对机车尾气进行降温，进一步确保抽取的机车尾气能符合要求，满足一氧化碳传感器持续有效的工作。
在一个实施例中，所述方法还包括：
在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测抽取机车尾气的体积；
当所述机车尾气的体积大于预设体积时，控制抽取机车尾气的流速在预设范围内。
本实施例的有益效果在于：通过控制抽气尾气的流速，确保气室中的尾气样本处于相对比较稳定的状态，进而确保一氧化碳测试数据的稳定和精确。
在一个实施例中，所述通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，包括：
将所述机车尾气抽入放置有一氧化碳传感器的气室中；
通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；
确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据；
所述方法还包括：
当完成机车尾气的一氧化碳检测后，清空所述气室及散热管中的机车尾气。
本实施例的有益效果在于：在每次完成检测后，对气室进行清空，避免影响下一次尾气样本的采集；此外，通过洁净空气清洁环形散热管道中的杂质残留，防止在抽气过程中污染尾气样本，造成一氧化碳监测数据的不精确。
在一个实施例中，所述方法还包括：
采集所述机车尾气的一氧化碳检测数据；
对所述一氧化碳检测数据进行处理；
将处理后的一氧化碳检测数据进行上传。
本实施例的有益效果在于：通过数据处理算法，有效剔除了实时检测过程中的异常数据，在数据前端解决了实时上传数据异常导致的误报。
本申请还提供一种煤矿用机车尾气的检测系统，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行以实现上述任意一项实施例所记载的煤矿用机车尾气的检测方法。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由煤矿用机车尾气的检测系统对应的处理器执行时，使得煤矿用机车尾气的检测系统能够实现上述任意一项实施例所记载的煤矿用机车尾气的检测方法。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：
图1为本申请一实施例中一种煤矿用机车尾气的检测方法的流程图；
图2为本申请另一实施例中一种煤矿用机车尾气的检测方法的流程图；
图3为本申请一实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置框图；
图4为本申请一实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置中本安化电源设计框图；
图5为本申请一实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置中信号采集及处理电路框图；
图6为本申请一实例中尾气温度监测及电气泵控制子模块的控制流程图；
图7为本申请一实施例中一种煤矿用机车尾气的检测系统的硬件结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为本申请一实施例中一种煤矿用机车尾气的检测方法的流程图，该方法可用于煤矿用柴油机车尾气中一氧化碳的实时监测，如图1所示，该方法可被实施为以下步骤S11-S13：
在步骤S11中，通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温；
在步骤S12中，监测降温后机车尾气的温度；
在步骤S13中，当所述降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，其中，所述第一预设温度小于一氧化碳传感器正常工作温度的最大值。
本申请可被应用于煤矿用机车尾气的检测系统，具体的，可以应用于煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置。如图3所示，为本申请一实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置框图，该装置包括本安电源模块、CAN收发模块、尾气冷却以及尾气抽气模块、一氧化碳检测及数据采集模块和控制模块，具体的各模块功能如下：
本安电源模块：通过本安设计，确保设备满足车载12/24V宽电压范围供电，且符合煤矿本安设计规范的要求，技术上满足本安防爆设计，为整个检测装置供电，图4为本实施例煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置中本安化电源设计框图；
CAN收发模块：用来实现CAN总线电气特性接口，与CAN总线进行通讯，同时与主控单元的CAN接口通讯，完成CAN总线接口功能，将一氧化碳数据实时上传；
尾气冷却以及尾气抽气模块：用于对机车尾气进行抽气以及冷却降温，以获取满足检验要求的尾气样本，如图3所示，该模块包括尾气冷却水箱、散热管、电气泵、温度传感器以及气室；
一氧化碳检测及数据采集模块：设置于气室内，包含一个电化学高精度一氧化碳传感器探头以及一个传感器信号采集及处理电路，其中，一氧化碳传感器探头用于检测气室内尾气的一氧化碳含量，信号采集及处理电路将一氧化碳传感器探头输出的微弱小信号进行采集，并经过放大、偏移量调整等处理，获取有效的一氧化碳数据；
控制器模块：是煤矿用机车尾气的检测系统的控制核心，主要包括三个业务子模块，分别是尾气温度检测及电气泵控制子模块、一氧化碳数据处理子模块、CAN接口协议处理子模块。
在本实施例中，通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温；具体的，为方便通过一氧化碳传感器对煤矿用柴油机车尾气进行实时监测，通过在机车尾气管中增加的尾气冷却水箱，即前述的第一冷却装置，对机车尾气进行降温，以使机车尾气的温度符合一氧化碳传感器的工作温度。
监测降温后机车尾气的温度；由于一氧化碳传感器的最高工作温度不超过60摄氏度，为了确保电气泵所抽取的尾气样本符合一氧化碳传感器工作温度范围，通过尾气冷却以及尾气抽气模块中的高精度温度传感器，对降温后的机车尾气的温度进行实时监测，判断是否小于第一预设温度。
当所述降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，其中，所述第一预设温度小于一氧化碳传感器正常工作温度的最大值。在本实施例中，为了确保能满足尾气气体采样满足一氧化碳传感器的工作温度范围，并能进行多次稳定一氧化碳气体采集测试，第一预设温度设定为40摄氏度。当尾气温度低于40摄氏度时，通过电气泵将所述机车尾气抽入放置有一氧化碳传感器的气室中，具体的，是通过控制器模块控制电气泵抽气，电气泵与气室连接，可以将尾气抽取至气室中，在本实施例中，该气室为一个独立的气室，通过该气室确保抽取的机车尾气处于稳定状态，使得所检测气体的一氧化碳检测数据稳定、可靠、准确性及一致性高。然后，通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据。具体的，在气室内设置有一个电化学高精度一氧化碳传感器探头以及一个传感器信号采集及处理电路，其中，一氧化碳传感器探头用于检测气室内尾气的一氧化碳浓度，信号采集及处理电路将一氧化碳传感器探头输出的微弱小信号进行采集，并经过放大、偏移量调整等处理，获取有效的一氧化碳数据。如图5所示，为本申请一实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置中信号采集及处理电路框图，在电化学一氧化碳传感器元件检测气室内的尾气中的一氧化碳含量时，电化学电极产生小信号电势。由于负电极极化很慢，导致存在一定的偏移，即使在传感器正极信号稳定后，负电极信号仍然会发生偏移，故增加偏置消除电路，确保传感器元件工作时有一个很小的偏置电压，防止传感器工作后需要一个很长的稳定时间。通过偏执消除电路处理后的信号为稳定的小信号，接入信号放大器电路将小信号进行放大后，通过模数转换器进行信号采集，将模拟信号采集成可传输和存储的数字信号，该数字信号传输至处理模块的处理器内部进行预处理，并通过接口协议转换，将采集并处理后的一氧化碳数据输出至装置控制器模块。
当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温，其中所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。通常经过冷却水箱后的汽车尾气温度可以降低到70～80摄氏度左右，因此，在本实施例中在冷却水箱后端的机车尾气排气管处设置散热管对机车尾气进一步降温，具体的，将一段铜质的环形散热管通过螺纹铜管与尾气排气管连接，连接处采用预制件隔热，防止机车尾气排气管本身的热量传导至环形散热管初，造成散热管温度升高，并且利用铜金属的导热性高、可塑性强的特点，对机车尾气进行二次降温，该铜金属环形管的长度可以根据实时检测周期要求配置，一般直径6mm左右，长度3～10米不等。为了确保电气泵所抽取的尾气样本符合一氧化碳传感器工作温度范围，再次通过尾气冷却以及尾气抽气模块中的高精度温度传感器对再次降温后机车尾气的温度进行监测，当所述再次降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，也就是在本实施例中当机车尾气温度低于40摄氏度时，控制器模块控制电气泵向气室内抽取机车尾气，并按与前述检测方式相同的方式通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测。
如图6所示，为本申请一实例中尾气温度监测及电气泵控制子模块的控制流程图：
尾气温度监测及微气泵控制子模块上电初始化后，通过温度传感器实时监测所抽取经过第一次冷却后机车尾气的温度,若温度超过正常工作需要满足的第一预设温度，则控制电气泵抽取空气中的自然风冷却散热管，并实时检测温度，直到机车尾气温度低于第一预设温度；
为保证气体温度持续满足要求，在本实施例中，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测所述机车尾气的温度；当所述机车尾气的温度大于或等于第二预设温度时，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却。具体的，当机车尾气温度低于第一预设温度后，通过控制电气泵向气室内抽气，并实时监测气体温度，若气体温度超过第二预设温度，例如55摄氏度，则说明机车尾气温度较高，如持续进行抽气，则存在机车尾气温度超过一氧化碳传感器正常工作温度的可能性，需要及时对机车尾气进行降温处理，则立即控制电气泵抽取空气中的自然风冷却散热管，并实时检测温度，直到环形冷却管温度低于第一预设温度；
为保证检测的机车尾气可以达到相对稳定的状态，在本实施例中，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测抽取机车尾气的体积；当所述机车尾气的体积大于预设体积时，控制抽取机车尾气的流速在预设范围内。具体的，在本实施例中，为保证机车尾气测量数据的准确性，需要保证机车尾气均匀稳定的流入，因此，在气室内抽取的气体超过300ml后，说明抽取的机车尾气体积接近气室体积，可以进行测量，为保证气流稳定，通过PWM控制降低抽气流量控制在100ml/min，以确保气室中的尾气样本处于相对比较稳定的状态，以确保一氧化碳测试数据的稳定和精确；
为了防止数据监测不准确，在本实施例中，每当完成一次机车尾气的一氧化碳检测后，清空所述气室及散热管中的机车尾气。具体的，通过控制模块控制电气泵以最大气流对气室以及散热管中进行喷气5秒至10秒，通过洁净的空气清空机车尾气。进而，一方面清空气室中的尾气样本，为下一次尾气样本获取做好准备，另一方面通过洁净空气清洁环形散热管道中的杂质残留，防止在抽气过程中污染尾气样本，造成一氧化碳实时监测数据的不精确。
此外，在本实施例中，为了得到准确的机车尾气中的一氧化碳检测数据，对监测得到的实时数据进行了处理，消除异常数据。具体的，采集所述机车尾气的一氧化碳检测数据；将一氧化碳检测及数据采集模块中实时监测到的一氧化碳检测数据传输至控制器模块，由于数据符合正态分布特征，结合实际工程中的数据异常特点，控制器模块中的一氧化碳数据处理子模块对采集到的一氧化碳检测数据进行处理，具体的是采用拉依达(Pau’taCriteron)法则以及均方根正态分布算法剔除异常数据，处理过程如下：
第一步：每个采样周期连续采样数据100组；
第二步：计算采样数据的平均值，计算公式为：
Figure BDA0003525113470000091
第三步：计算采样数据的标准差，计算公式为：
Figure BDA0003525113470000092
在本算法中采用标准差作为σ，即σ＝S。
第四步：剔除异常数据。
根据正态分布的3σ法则，标准差是一组数据平均值分散程度的度量，一组数组的随机误差分布在(μ-3σ,μ+3σ)区间内的概率为99.7％。故按照3σ法则来筛选异常数据，若数据偏离(μ-3σ,μ+3σ)区间的数据被认为是异常数据，对于异常数据采用剔除方法，即将数组内的所有数据与标准差做运算，若差值大于3σ则认为该数据异常，剔除该数据。计算公式为：
Figure BDA0003525113470000101
在完成上述数据处理后，按照算法剔除异常数据后的数据进行数据组包，将处理后的一氧化碳检测数据进行上传，传输至CAN接口协议处理子模块。
CAN接口协议处理模块是本装置的数据协议组织及数据上传模块，其主要功能是将一氧化碳处理模块发送过来的数据进行本地缓存，然后按照配置的CAN报文协议，将数据通过CAN接口协议打包，并发送至上位机端。
在控制器的FLASH内部划分独立的配置文件空间，作为主控单元的配置文件空间。配置文件可选为DBC或者XML文件，配置文件包含信息：CAN报文协议，以实现对CAN报文的协议通讯；CAN报文波特率，以设置不同波特率。
本申请的有益效果在于：在对煤矿用机车尾气进行检测前，对机车尾气进行冷却降温，并监测冷却后的机车尾气温度，以使机车尾气温度控制在一氧化碳传感器的工作范围内，避免了机车尾气温度过高而烧毁传感器，进而实现了通过一氧化碳传感器对煤矿用柴油机车尾气中的一氧化碳的实时检测。
在一个实施例中，所述第一冷却装置为在机车尾气管中增加的尾气冷却水箱，所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，上述步骤S11可被实施为如下步骤：
通过尾气冷却水箱对机车尾气进行降温，同时通过电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行降温。
在本实施例中，由于一氧化碳传感器的最高工作温度不超过60摄氏度，为了确保微机电气泵所抽取的尾气样本符合一氧化碳传感器工作温度范围，在机车尾气管中增加的尾气冷却水箱，通过第一冷却装置将温度极高的机车尾气进行降温，经过冷却水箱后的汽车尾气温度可以降低到70～80摄氏度左右，以使得机车尾气温度接近符合一氧化碳传感器检测气体符合工作温度范围。
本实施例的有益效果在于：通过设置在机车尾气管中的尾气冷却水箱，将高温的机车尾气快速大幅降温，使得机车尾气温度接近一氧化碳传感器检测气体符合工作温度范围，进而实现在机车尾气管处对尾气中的一氧化碳进行实时检测。
在一个实施例中，如图2所示，为一种煤矿用机车尾气的检测方法的流程图，所述方法还可被实施为以下步骤S21-S23：
在步骤S21中，当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温；
在步骤S22中，监测再次降温后机车尾气的温度；
在步骤S23中，当所述再次降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测。
在本实施例中，当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温。由于经过冷却水箱后的汽车尾气温度通常可以降低到70～80摄氏度左右，仍然高于一氧化碳传感器的工作温度，因此，在本实施例中在冷却水箱后端的机车尾气排气管处设置散热管对机车尾气进一步降温，即前述的第二冷却装置，通过控制器模块开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。
监测再次降温后机车尾气的温度。为了确保电气泵所抽取的尾气样本符合一氧化碳传感器工作温度范围，再次通过尾气冷却以及尾气抽气模块中的高精度温度传感器对再次降温后机车尾气的温度进行监测。
当所述再次降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测。在本实施例中，当机车尾气温度低于40摄氏度时，控制器模块控制电气泵向气室内抽取机车尾气，在本实施例中，该气室为一个独立的气室，通过该气室确保抽取的机车尾气处于稳定状态，使得所检测气体的一氧化碳检测数据稳定、可靠、准确性及一致性高。然后，通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据。
本实施例的有益效果在于：当机车尾气经过降温后温度仍高于第一预设温度时，再通过设置于机车尾气管处的第二冷却装置对机车尾气进行再次降温，以使得机车尾气温度符合一氧化碳传感器工作温度范围的要求，并满足机车尾气采集的稳定性要求，实现对机车尾气的一氧化碳的实时检测。
在一个实施例中，所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，上述步骤S21可被实施为：
开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。
在本实施例中，在冷却水箱后端的机车尾气排气管处设置散热管，具体的，将一段铜质的环形散热管通过螺纹铜管与尾气排气管连接，连接处采用预制件隔热，防止机车尾气排气管本身的热量传导至环形散热管初，造成散热管温度升高，并且利用铜金属的导热性高、可塑性强的特点，对机车尾气进行二次降温，该铜金属环形管的长度可以根据实时检测周期要求配置，一般直径6mm左右，长度3～10米不等。在对机车尾气进行再次降温时，控制器模块开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。
本实施例的有益效果在于：通过设置在冷却水箱后端的机车尾气排气管处设置散热管，将经过降温的机车尾气，进行再次降温，以符合一氧化碳传感器的工作温度要求，并确保满足机车尾气连续抽气情况下保持温度符合要求。
在一个实施例中，所述方法还可被实施为以下步骤A1-A2：
在步骤A1中，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测所述机车尾气的温度；
在步骤A2中，当所述机车尾气的温度大于或等于第二预设温度时，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却。
在本实施例中，为了确保检测过程中，一氧化碳传感器能持续有效的工作，因此，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测所述机车尾气的温度；当所述机车尾气的温度大于或等于第二预设温度时，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却。例如当机车尾气温度为55摄氏度，虽然仍在一氧化碳传感器工作温度范围内，但该机车尾气温度较高，连续抽气的情况下，存在超过一氧化碳传感器正常工作温度最大值的风险，因此，通过控制器控制电气泵抽取空气中的自然风冷却散热管，并实时监测机车尾气温度，直到机车尾气温度低于第一预设温度。
本实施例的有益效果在于：通过在检测过程中，为保证持续抽气的情况下，实时监测机车尾气温度，在尾气温度高于第二预设值时，对机车尾气进行降温，进一步确保抽取的机车尾气能符合要求，满足一氧化碳传感器持续有效的工作。
在一个实施例中，所述方法还可被实施为以下步骤B1-B2：
在步骤B1中，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测抽取机车尾气的体积；
在步骤B2中，当所述机车尾气的体积大于预设体积时，控制抽取机车尾气的流速在预设范围内。
在本实施例中，为保证机车尾气测量数据的准确性，需要保证机车尾气均匀稳定的流入，因此，在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测抽取机车尾气的体积；当所述机车尾气的体积大于预设体积时，控制抽取机车尾气的流速在预设范围内。具体的，在气室内抽取的气体超过300ml后，说明抽取的机车尾气体积接近气室体积，可以进行测量，为了保证气流稳定，通过PWM控制降低抽气流量控制在100ml/min，以确保气室中的尾气样本处于相对比较稳定的状态，以确保一氧化碳测试数据的稳定和精确。
本实施例的有益效果在于：通过控制抽气尾气的流速，确保气室中的尾气样本处于相对比较稳定的状态，进而确保一氧化碳测试数据的稳定和精确。
在一个实施例中，步骤S13中所述通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，可被实施为如下步骤C1-C3：
在步骤C1中，将所述机车尾气抽入放置有一氧化碳传感器的气室中；
在步骤C2中，通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；
在步骤C3中，确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据；
所述方法还可被实施为如下步骤C4：
在步骤C4中，当完成机车尾气的一氧化碳检测后，清空所述气室及散热管中的机车尾气。
在本实施例中，首先，将所述机车尾气抽入放置有一氧化碳传感器的气室中。具体的，通过控制器模块控制电气泵抽气，电气泵与气室连接，可以将尾气抽取至气室中，在本实施例中，该气室为一个独立的气室，通过该气室确保抽取的机车尾气处于稳定状态，使得所检测气体的一氧化碳检测数据稳定、可靠、准确性及一致性高。然后，通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；具体的，在气室内设置有一个电化学高精度一氧化碳传感器探头以及一个传感器信号采集及处理电路，其中，一氧化碳传感器探头用于检测气室内尾气的一氧化碳浓度，信号采集及处理电路将一氧化碳传感器探头输出的微弱小信号进行采集，并经过放大、偏移量调整等处理，获取有效的一氧化碳数据。最后，确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据。
需要说明的是，如图5所示，为本实施例中煤矿用机车尾气的一氧化碳实时监测装置中信号采集及处理电路框图。在电化学一氧化碳传感器元件检测气室内的尾气中的一氧化碳含量时，电化学电极产生小信号电势。由于负电极极化很慢，导致存在一定的偏移，即使在传感器正极信号稳定后，负电极信号仍然会发生偏移，故增加偏置消除电路，确保传感器元件工作时有一个很小的偏置电压，防止传感器工作后需要一个很长的稳定时间。通过偏执消除电路处理后的信号为稳定的小信号，接入信号放大器电路将小信号进行放大后，通过模数转换器ADC进行信号采集，将模拟信号采集成可传输和存储的数字信号，该数字信号传输至处理模块的CPU内部进行预处理，并通过接口协议转换，将采集并处理后的一氧化碳数据输出至装置控制器模块。
此外，为了防止数据监测不准确，在本实施例中，每当完成一次机车尾气的一氧化碳检测后，清空所述气室及散热管中的机车尾气。具体的，通过控制模块控制电气泵以最大气流对气室以及散热管中进行喷气5秒至10秒，通过洁净的空气清空机车尾气。进而，一方面清空气室中的尾气样本，为下一次尾气样本获取做好准备，另一方面通过洁净空气清洁环形散热管道中的杂质残留，防止在抽气过程中污染尾气样本，造成一氧化碳实时监测数据的不精确。
本实施例的有益效果在于：在每次完成检测后，对气室进行清空，避免影响下一次尾气样本的采集；此外，通过洁净空气清洁环形散热管道中的杂质残留，防止在抽气过程中污染尾气样本，造成一氧化碳监测数据的不精确。
在一个实施例中，所述方法还可被实施为如下步骤D1-D3：
在步骤D1中，采集所述机车尾气的一氧化碳检测数据；
在步骤D2中，对所述一氧化碳检测数据进行处理；
在步骤D3中，将处理后的一氧化碳检测数据进行上传。
在本实施例中，为了得到准确的机车尾气中的一氧化碳检测数据，对监测得到的实时数据进行了处理。具体的，采集所述机车尾气的一氧化碳检测数据；将一氧化碳检测及数据采集模块中实时监测到的一氧化碳检测数据传输至控制器模块，由于数据符合正态分布特征，结合实际工程中的数据异常特点，控制器模块中的一氧化碳数据处理子模块对采集到的一氧化碳检测数据进行处理，具体的是采用拉依达(Pau’ta Criteron)法则以及均方根正态分布算法剔除异常数据，处理过程如下：
第一步：每个采样周期连续采样数据100组；
第二步：计算采样数据的平均值，计算公式为：
Figure BDA0003525113470000151
第三步：计算采样数据的标准差，计算公式为：
Figure BDA0003525113470000161
在本算法中采用标准差作为σ，即σ＝S。
第四步：剔除异常数据。
根据正态分布的3σ法则，标准差是一组数据平均值分散程度的度量，一组数组的随机误差分布在(μ-3σ,μ+3σ)区间内的概率为99.7％。故按照3σ法则来筛选异常数据，若数据偏离(μ-3σ,μ+3σ)区间的数据被认为是异常数据，对于异常数据采用剔除方法，即将数组内的所有数据与标准差做运算，若差值大于3σ则认为该数据异常，剔除该数据。计算公式为：
Figure BDA0003525113470000162
在完成上述数据处理后，按照算法剔除异常数据后的数据进行数据组包，将处理后的一氧化碳检测数据进行上传。
本实施例的有益效果在于：通过数据处理算法，有效剔除了实时检测过程中的异常数据，在数据前端解决了实时上传数据异常导致的误报。
图7为本申请一实施例中一种煤矿用机车尾气的检测系统的硬件结构示意图，包括：
至少一个处理器720；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器704；其中，
所述存储器704存储有可被所述至少一个处理器720执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器720执行以实现上述任意一项实施例所记载的煤矿用机车尾气的检测方法。
参照图7，该煤矿用机车尾气的检测系统700可以包括以下一个或多个组件：处理组件702，存储器704，电源组件706，多媒体组件708，音频组件710，输入/输出(I/O)的接口712，传感器组件714，以及通信组件716。
处理组件702通常控制煤矿用机车尾气的检测系统700的整体操作。处理组件702可以包括一个或多个处理器720来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件702可以包括一个或多个模块，便于处理组件702和其他组件之间的交互。例如，处理组件702可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件708和处理组件702之间的交互。
存储器704被配置为存储各种类型的数据以支持煤矿用机车尾气的检测系统700的操作。这些数据的示例包括用于在煤矿用机车尾气的检测系统700上操作的任何应用程序或方法的指令，如文字，图片，视频等。存储器704可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电源组件706为煤矿用机车尾气的检测系统700的各种组件提供电源。电源组件706可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为车载控制系统700生成、管理和分配电源相关联的组件。
多媒体组件708包括在煤矿用机车尾气的检测系统700和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以显示检测到的一氧化碳浓度。
音频组件710被配置为输出和/或输入音频信号。例如，所述音频组件为报警喇叭或者蜂鸣器，当机车尾气中一氧化碳浓度超过报警阈值，可以通过声光报警提醒司乘人员。
I/O接口712为处理组件702和外围接口模块之间提供接口，具体的，I/O接口可以用来获取车身或其他外设的通讯数据，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件714包括一个或多个传感器，用于为煤矿用机车尾气的检测系统700提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件714可以包括声音传感器。另外，传感器组件714可以检测到煤矿用机车尾气的检测系统700的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如组件为煤矿用机车尾气的检测系统700的显示器和小键盘，传感器组件714还可以检测煤矿用机车尾气的检测系统700或煤矿用机车尾气的检测系统700的一个组件的运行状态，具体的，传感器组件714可以包括本申请中的一氧化碳传感器。
通信组件716被配置为使煤矿用机车尾气的检测系统700提供和其他设备以及云平台之间进行有线或无线方式的通信能力。煤矿用机车尾气的检测系统700可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi，2G或3G，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件716经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，通信组件716还包括近场通信(NFC)模块，以促进短程通信。例如，在NFC模块可基于射频识别(RFID)技术，红外数据协会(IrDA)技术，超宽带(UWB)技术，蓝牙(BT)技术和其他技术来实现。
在示例性实施例中，煤矿用机车尾气的检测系统700可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述任一实施例所记载的煤矿用机车尾气的检测方法。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，当存储介质中的指令由煤矿用机车尾气的检测系统对应的处理器执行时，使得煤矿用机车尾气的检测系统能够实现上述任意一项实施例所记载的煤矿用机车尾气的检测方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种煤矿用机车尾气的检测方法，其特征在于，包括：
通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温；
监测降温后机车尾气的温度；
当所述降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，其中，所述第一预设温度小于一氧化碳传感器正常工作温度的最大值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一冷却装置为在机车尾气管中增加的尾气冷却水箱，所述第二冷却装置为与尾气排气管连接的散热管，所述通过第一冷却装置和第二冷却装置对机车尾气进行降温，包括：
通过尾气冷却水箱对机车尾气进行降温，同时通过电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行降温。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温；
监测再次降温后机车尾气的温度；
当所述再次降温后机车尾气的温度小于第一预设温度时，抽取机车尾气，并通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当机车尾气的温度大于或等于第一预设温度时，通过第二冷却装置对机车尾气进行再次降温，包括：
开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却，以使所述散热管对机车尾气进行再次降温。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测所述机车尾气的温度；
当所述机车尾气的温度大于或等于第二预设温度时，开启电气泵抽取空气对散热管进行冷却。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在对所述机车尾气进行一氧化碳检测的过程中，监测抽取机车尾气的体积；
当所述机车尾气的体积大于预设体积时，控制抽取机车尾气的流速在预设范围内。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过一氧化碳传感器对所述机车尾气进行一氧化碳检测，包括：
将所述机车尾气抽入放置有一氧化碳传感器的气室中；
通过所述一氧化碳传感器检测所述气室中的一氧化碳浓度；
确定所述气室中的一氧化碳浓度为所述机车尾气中一氧化碳的检测数据；
所述方法还包括：
当完成机车尾气的一氧化碳检测后，清空所述气室及散热管中的机车尾气。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
采集所述机车尾气的一氧化碳检测数据；
对所述一氧化碳检测数据进行处理；
将处理后的一氧化碳检测数据进行上传。
9.一种煤矿用机车尾气的检测系统，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述的煤矿用机车尾气的检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当存储介质中的指令由煤矿用机车尾气的检测系统对应的处理器执行时，使得煤矿用机车尾气的检测系统能够实现如权利要求1-8任一项所述的煤矿用机车尾气的检测方法。
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