CN114966888A - 一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法及装置，该方法是先确定被检矿震传感器的频率和振动速度检验范围，然后设置信号发生器使振动发生装置生成设定的频率和振动速度的正弦振动；待振动发生装置稳定振动后，分别记录测振仪上至少10个的频率和振动速度数据，并计算被检矿震传感器的平均频率和平均振动速度，最后计算出其频率误差、振动速度误差、频率线性度和振动速度线性度；根据矿震传感器在矿井使用时的精度要求，当同时满足δ_f<5％、R_f>0.8、δ_v<10％、R_v>0.7时，则认定被检矿震传感器为正常的传感器。该方法能检验传感器的测量精准度，从而提高微震监测系统的使用精度，进而提升冲击地压矿井的矿震监测水平。

Description

一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法及装置

技术领域

本发明属于煤岩动力灾害监测领域，具体涉及一种矿震传感器的检验方法，特别涉及一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法及装置。

背景技术

矿山震动是指矿山开采引起的地震活动，简称矿震。矿震达到一定能量级别可以诱发井下巷道出现冲击地压，导致巷道破坏、人员伤亡及设备损伤。微震监测系统是对矿震进行监测及分析的主要手段，被公认为是对煤矿动力灾害预测预报最有效和最有发展潜力的监测方法，广泛应用在我国冲击地压矿井。

微震监测系统由传感器、放大器、A/D转换装置、传输器、滤波器等部分组成。微震监测系统核心部件为传感器，一般为磁电式速度传感器，其工作原理为利用电磁感应将速度量转换为电信号，与微震监测系统的信号采集站和信号传输器等配合工作，用于煤壁振动速度的测量，可称为矿震传感器。矿震信号精准的拾取要求矿震传感器在现场使用过程中保持良好的响应度和稳定性。煤矿井下工作环境恶劣复杂，温度高、湿度大、物理撞击、长期使用后设备自身老化及潜在因素容易造成矿震传感器性能劣化和测量失准，导致微震监测系统无法精准捕捉矿震，影响微震监测系统的定位精度和能量计算。

目前，微震监测系统领域没有针对矿震传感器性能进行检验的方法，导致无法判断矿震传感器是否正常工作，影响了微震监测系统的正常使用，不能满足冲击地压矿井高精度矿震监测的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法及装置，该方法能检验传感器的测量精准度，从而提高微震监测系统的使用精度，进而提升冲击地压矿井的矿震监测水平；该装置结构简单、使用存本低。

为了实现上述目的，本发明提供了一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法，包括如下步骤：

a.将被检矿震传感器安装在台座上，保持被检矿震传感器和标准加速度计的重心位于同一竖轴上；

b.将被检矿震传感器与测振仪连接；

c.确定被检矿震传感器的频率检验范围为f_m～f_n，在该范围内均匀选取n个频率检验点，分别设为f_r1、f_r2、f_r3、f_r4、f_r5、f_ri、……、f_rn；

d.确定被检矿震传感器的振动速度检验范围为v_m～v_n，在该范围内均匀选取n个振动速度检验点，分别设为v_r1、v_r2、v_r3、v_r4、v_r5、v_ri、……、v_rn；

e.根据步骤c和d选取的频率检验点和振动速度检验点来设置信号发生器，使振动发生装置生成频率为f_r1、振动速度为v_r1的正弦振动；

f.待振动发生装置稳定振动后，分别记录测振仪上至少10个的频率和振动速度数据，并计算被检矿震传感器的平均频率f_c1和平均振动速度v_c1；

g.重复步骤e和步骤f，使振动发生装置生成不同频率、不同振动速度的正弦振动，记录并计算被检矿震传感器的平均频率f_ci和平均振动速度v_ci；

h.根据公式Ⅰ和公式Ⅱ分别计算被检矿震传感器的频率误差δ_f和振动速度误差δ_v，公式Ⅰ为

公式Ⅱ为

i.根据公式Ⅲ和公式Ⅳ分别计算被检矿震传感器的频率线性度R_f和振动速度线性度R_v，公式Ⅲ为

公式Ⅳ为

j.根据矿震传感器测得的频率误差δ_f、频率线性度R_f及振动速度误差δ_v、振动速度线性度R_v判断被检矿震传感器是否正常；根据矿震传感器在矿井使用时的精度要求，当被检矿震传感器同时满足δ_f<5％、R_f>0.8、δ_v<10％、R_v>0.7时，则认定被检矿震传感器为正常的传感器。

进一步的，步骤c和步骤d中，根据被检矿震传感器的技术性能参数来确定被检矿震传感器的频率检验范围和振动速度检验范围。

本发明还提供一种用于上述矿井微震监测系统用矿震传感器的检验装置，包括标准加速度计、振动发生装置、信号发生器、用于与被检矿震传感器相连接的测振仪，标准加速度计外设置有套筒，标准加速度计和套筒均垂直安装在振动发生装置上，套筒的高度高于标准加速度计，套筒顶端固定设置有台座；所述信号发生器与功率放大器、振动发生装置依次连接，信号发生器的另一端与标准加速度计的一端连接，标准加速度计的另一端与电荷放大器、数字万用表依次连接。

检验原理：本发明使用到的检测设备中的信号发生器可产生特定频率和振动速度的电信号，经过功率放大器放大后，输入振动发生装置使其产生特定振动；标准加速度计检测到振动发生装置的振动状态后反馈给信号发生器，同时，标准加速度计将电信号经电荷放大器放大后传输到数字万用表，经信号转换数字万用表显示标准加速度计的振动速度及振动频率；被检矿震传感器安装在振动发生装置上方的台座上，可以采集振动发生装置的振动状态，测振仪与被检矿震传感器连接后可以显示其测得的振动频率及振动速度；最后通过对比信号发生器与被检矿震传感器的振动频率及振动速度，检验被检矿震传感器是否工作正常。

本发明基于比较法原理提出了一种检验矿震传感器的方法，本方法原理简单、指标明确，方便推广使用；本方法提出后可填补矿山微震监测系统领域在矿震传感器检验方面的技术空白，检验传感器的测量精准度，从而提高微震监测系统的使用精度，进而提升冲击地压矿井的矿震监测水平。本发明对准确定位矿震位置、精准计算矿震能量及提升微震监测系统的使用效能具有重要的作用。

附图说明

图1是本发明使用到的检验装置的示意图；

图中：1、标准加速度计，2、振动发生装置，3、台座，4、信号发生器，5、功率放大器，6、电荷放大器，7、数字万用表，8、测振仪，9、被检矿震传感器；

图2是本实施例在不同频率检验点时，被检矿震传感器的平均频率及频率误差；

图3是本实施例在不同振动速度检验点时，被检矿震传感器的平均振动速度及振动速度误差。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

一种冲击地压矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法，如图1所示，该方法使用到的检测设备包括标准加速度计1、振动发生装置2、信号发生器4、用于与被检矿震传感器9相连接的测振仪8，标准加速度计1外设置有套筒，标准加速度计1和套筒均垂直安装在振动发生装置2上，套筒的高度高于标准加速度计1，套筒顶端固定设置有台座3；所述信号发生器4与功率放大器5、振动发生装置2依次连接，信号发生器4的另一端与标准加速度计1的一端连接，标准加速度计1的另一端与电荷放大器6、数字万用表7依次连接；

所述检验方法包括如下步骤：

a.将被检矿震传感器9安装在台座3上，保持被检矿震传感器9和标准加速度计1的重心位于同一竖轴上；

b.将被检矿震传感器9与测振仪8连接；

c.根据被检矿震传感器9的技术性能参数来确定被检矿震传感器9的频率检验范围为30～150Hz，在该范围内均匀选取6个频率检验点，分别设为为40Hz、60Hz、80Hz、100Hz、120Hz、140Hz；

d.根据被检矿震传感器9的技术性能参数来确定被检矿震传感器9的振动速度检验范围为5×10^-5～6.4×10^-4m/s，在该范围内均匀选取6个振动速度检验点，分别设为1×10^-4m/s、2×10^-4m/s、3×10^-4m/s、4×10^-4m/s、5×10^-4m/s、6×10^-4m/s；

e.根据步骤c和d选取的频率检验点和振动速度检验点来设置信号发生器4，使振动发生装置2生成频率为40Hz、振动速度为1×10^-4m/s的正弦振动；

f.待振动发生装置2稳定振动后，分别记录测振仪8上至少10个的频率和振动速度数据，并计算被检矿震传感器9的平均频率为38.6Hz，平均振动速度为9.76×10^-5m/s；

g.重复步骤e和步骤f，使振动发生装置2分别生成频率60Hz、振动速度2×10^-4m/s，频率80Hz、振动速度3×10^-4m/s，频率100Hz、振动速度4×10^-4m/s，频率120Hz、振动速度5×10^-4m/s，频率140Hz、振动速度6×10^-4m/s的正弦振动，记录并计算被检矿震传感器9的平均频率分别为：58.4Hz、83.5Hz、103.8Hz、119.2Hz、142.8Hz，平均振动速度分别为：1.96×10^{- 4}m/s、2.89×10^-4m/s、3.93×10^-4m/s、4.81×10^-4m/s、5.84×10^-4m/s；

h.如图2和图3所示，根据公式Ⅰ和公式Ⅱ分别计算被检矿震传感器9的频率误差δ_f和振动速度误差δ_v，δ_f1＝3.5％、δ_v1＝2.4％；δ_f2＝2.7％，δ_v2＝2％；δ_f3＝4.4％，δ_v3＝3.7％；δ_f4＝3.8％，δ_v4＝1.8％；δ_f5＝0.7％，δ_v5＝3.8％；δ_f6＝2.0％，δ_v6＝2.7％；公式Ⅰ为

公式Ⅱ为

如

δ_f和δ_v越小，表示矿震传感器对频率的测量结果越准确；

i.根据公式Ⅲ和公式Ⅳ分别计算被检矿震传感器9的频率线性度δ_f及振动速度线性度R_v，公式Ⅲ为

公式Ⅳ为

将被检矿震传感器测得的f_ci、f_ri及v_ci、v_ri分别带入公式Ⅲ和公式Ⅳ，得到

R_f、R_v值越接近1，表示矿震传感器在测量不同频率及振动速度时线性度越好，矿震传感器越稳定；

j.根据矿震传感器测得的频率误差δ_f、频率线性度R_f及振动速度误差δ_v、振动速度线性度R_v判断被检矿震传感器9是否正常；根据矿震传感器9在矿井使用时的精度要求，当被检矿震传感器9同时满足δ_f<5％、R_f>0.8、δ_v<10％、R_v>0.7时，则认定被检矿震传感器9为正常的传感器。

本实施例判定被检矿震传感器9是属于正常工作的传感器。

Claims (3)

1.一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将被检矿震传感器(9)安装在台座(3)上，保持被检矿震传感器(9)和标准加速度计(1)的重心位于同一竖轴上；

b.将被检矿震传感器(9)与测振仪(8)连接；

c.确定被检矿震传感器(9)的频率检验范围为f_m～f_n，在该范围内均匀选取n个频率检验点，分别设为f_r1、f_r2、f_r3、f_r4、f_r5、f_ri、......、f_rn；

d.确定被检矿震传感器(9)的振动速度检验范围为v_m～v_n，在该范围内均匀选取n个振动速度检验点，分别设为v_r1、v_r2、v_r3、v_r4、v_r5、v_ri、......、v_rn；

e.根据步骤c和d选取的频率检验点和振动速度检验点来设置信号发生器(5)，使振动发生装置(2)生成频率为f_r1、振动速度为v_r1的正弦振动；

f.待振动发生装置(2)稳定振动后，分别记录测振仪(8)上至少10个的频率和振动速度数据，并计算被检矿震传感器(9)的平均频率f_c1和平均振动速度v_c1；

g.重复步骤e和步骤f，使振动发生装置(2)生成不同频率、不同振动速度的正弦振动，记录并计算被检矿震传感器(9)的平均频率f_ci和平均振动速度v_ci；

h.根据公式I和公式II分别计算被检矿震传感器(9)的频率误差δ_f和振动速度误差δ_v，公式I为

公式II为

i.根据公式III和公式IV分别计算被检矿震传感器(9)的频率线性度R_f和振动速度线性度R_v，公式III为

公式IV为

j.根据矿震传感器测得的频率误差δ_f、频率线性度R_f及振动速度误差δ_v、振动速度线性度R_v判断被检矿震传感器(9)是否正常；根据矿震传感器在矿井使用时的精度要求，当被检矿震传感器(9)同时满足δ_f＜5％、R_f＞0.8、δ_v＜10％、R_v＞0.7时，则认定被检矿震传感器(9)为正常的传感器。

2.根据权利要求1所述的一种矿井微震监测系统用矿震传感器的检验方法，其特征在于，步骤c和步骤d中，根据被检矿震传感器(9)的技术性能参数来确定被检矿震传感器(9)的频率检验范围和振动速度检验范围。

3.一种用于权利要求1中的矿井微震监测系统用矿震传感器的检验装置，其特征在于，包括标准加速度计(1)、振动发生装置(2)、信号发生器(4)、用于与被检矿震传感器(9)相连接的测振仪(8)，标准加速度计(1)外设置有套筒，标准加速度计(1)和套筒均垂直安装在振动发生装置(2)上，套筒的高度高于标准加速度计(1)，套筒顶端固定设置有台座(3)；所述信号发生器(4)与功率放大器(5)、振动发生装置(2)依次连接，信号发生器(4)的另一端与标准加速度计(1)的一端连接，标准加速度计(1)的另一端与电荷放大器(6)、数字万用表(7)依次连接。

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