CN1250873A - 检测井下通风测点相对标高的方法及检测仪表 - Google Patents

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邹德蕴
薜庆军
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Abstract

一种检测井下通风测点的相对标高的方法及其矿井通风参数智能检测仪,其特征是用压力传感器和温度传感器采集的信号经放大处理直接测出测点的压力值、温度值,自动计算出密度值和相对标高值;该检测仪由检测电路、参数计算电路、显示输出电路及电源电路构成。其优点是在井下能直接测得通风管理中所需要的参数值。

Description

检测井下通风测点相对标高的方法及检测仪表
本发明属于矿山井下通风测量领域。
在矿井通风工程技术管理业务中，根据需要，时常要进行矿井通风参数测算，如巷道风流的相对静压力、绝对静压力、空气密度、温度、相对标高、风速和通风压力损失等参数。多年来由于传感器制作技术落后及技术指标低的影响，使用于此种产品的传感器均为弹性膜盒式制造原理，以此研制生产的这类通风参数检测仪表，只能完成相对压力和绝对压力的测算，这类仪表存在的突出问题是精度低、分辨率差和线性度低等关键技术问题。更为突出的问题是用这类仪表测算测点间通风阻力(压力)损失时，其测点标高值Zi要从巷道施工设计时的地质资料中查得来计算(Zi-Zi+1)ρg，这种方式存在三个突出问题：其一是选定通风参数测点位置受限，选定的测点很难准确的与资料中的标高点位置对应，而达不到精度要求；其二是设计资料中给定的标高位置参数与实际施工位置往往不符：其三是通风参数测定需要的标高点的位置及数量，设计资料往往满足不了实际需要，这三个问题常常严重影响测算精度。
本发明的目的是提供一种直接检测矿井井下通风测点相对标高的方法及其智能检测仪；而且通过该仪表还能精确地测出测点的各种通风参数，从而根据所测参数和测点标高自动计算风压损失值。
本发明的方法是：1.采用高精度的可散硅压力传感器做探头，采集某测点的大气压力数字信号，该信号经放大和频率转换处理得出某测点的绝对静压力及某测点的相对压力值p；2.采用温度传感器及电阻组成信号检测电桥，采集温度信号，该信号经放大和频率转换处理得出某点的温度值T；3.将相对压力值和温度值送入微处理计算器，由微处理计算器根据空气密度计算公式
Figure A9811050000031
所设计程序自动计算出某测点的密度值ρ；4.再由微处理器根据大气热流体力学中的压力测高公式：dp/dz＝-ρg，
Figure A9811050000032
所设程序自动计算出某测点标高值zi(式中g为空气重力加速度；p0为校定仪器时设定的大气压力值；zi-z0为测点相对标高变化值；z0为校定仪器时设定的标高值)。
本发明方法需以下结构的检测仪实现：它具有压力信号检测电路、温度信号检测电路、参数计算与显示输出电路及电源电路构成。其中压力信号检测电路由压力传感器、信号采集电路、信号放大模拟电路和频率信号生成电路组成；温度信号电路由温度传感器及信号采集电路、信号放大模拟电路和频率信号生成电路组成。由上述两路检测电路得到的数字信号，由参数计算与显示输出电路完成检测参数的计算和输出结果。参数计算与显示输出电路由单片机集成块电路构成，单片机装有相应计算程序，通过测算出的压力值p和密度ρ值，依据矿井通风压力损失参数测算原理及大气热流体力学中的压力测高理论和计算公式：dp/dz＝-ρg， 所设的程序，自动计算显示出测点的相对标高面zj值。
本发明的优点是：性能价格比与智能化程度高。首先将大气压力测高理论应用于井下通风专业领域，克服了多年来一直困绕通风测量精度提高的难题，属专业领域中的一个技术性突破与创举，利用本仪器还能直接完成矿井通风参数中的测点相对压力、绝对压力、空气温度、空气密度和相对标高值，以及测点间相对静压差、位压差的测算，使矿井通风参数及测点间通风压力损失的测量工作得到极大的简化和测算精度的提高。
本发明的实施原理图及仪表外观示意图分别如说明书附图1、图2所示。图例说明：1-压力传感器感应孔；2-温度传感器感应孔：3-LCD显示屏；4-开关；5-参数显示控制按键；6-充电器插孔。
在实施原理图1时，在电路的实现设计过程中，主要考虑了精度，稳定性和高分辨三个方面选择器件和功能实现，使各器件性能指标均达到优化选用和互协影响，达到综合性能指标的最佳点。从测量精度的角度考虑了图2中关键部位(1)、(2)两个传感器感应孔，使感应孔的设计完全充分的反应环境参数场的实际情况。下面分别介绍各个电路。
1.压力信号检测电路
压力信号检测电路由压力传感器IC16和信号采集电路、信号放大模拟电路和频率信号生成电路组成。压力传感器采用SMI5552型全温度补偿OEM芯片，其稳定性保证措施，采用集成块IC06A、IC06B、稳压二级管Z1、Z2及电阻构成恒流源/恒压源电路；放大模拟电路由精密仪表放大器IC04及漂移微调模块IC06组成信号放大模拟电路；频率信号生成电路采用电压频率转换模块IC05及电阻R05和电容C07构成频率信号生成电路。
2.温度信号检测电路
温度信号检测电路的构成：①温度传感器IC01及电阻R01、VR01、R02组成基本的信号检测电桥，模块IC06A、IC06B及电阻R07、R08、R09、R10组成的用于保证检测电路的稳定性和抗干扰性的恒流源/恒压源电路；②检测电路输出信号经精密仪表放大器IC02和可调电阻VB03、VB04、VB05组成信号放大模拟电路，放大模拟电路输出信号的漂移问题的控制采用由模块IC06D和电阻R13、R14组成的微调电路。③放大模拟电路输出的电压信号转换成频率信号的完成过程，采用集成块IC03，电容C03、C01、C02，电阻R03、VR06构成频率信号生成电路。
3.检测参数计算与显示输出电路
由上述1、2两路检测信号电路得到的数字信号，由单片机集成块电路IC10、IC11、IC12、IC13、IC09及相应的电阻、电容组成的控制参数计算与显示电路，完成检测参数的计算结果的显示输出。
4.电源电路
将6～12V直流电源的电压经稳压集成块IC14稳压输出基准电压，然后由开关型DC-DC变换器IC15，以及电感L1、L2和若干电阻、电容等组件构成的电源电路将基准电压又变换输出±15V电压供信号检测电路工作，同时IC14输出的基准电压又供检测参数计算与显示输出电路工作。
图2中的感应孔(1)、(2)分别对应图1中的压力传感器IC16和温度传感器IC01，图2中的开关
(4)对应图1中的S5；图2中的控制按键(5)对应图1中的S1、S2、S3、S4，图2中的充电器插孔(6)对应图1中的B2。
使用时，在井下某个测点打开开关(4)，随即在显示屏(3)上显示温度值，每按一次按键(5)，依次显示该点的相对压力、绝对压力、密度值和相对标高。
本实施例中的检测仪主要原器件型号列入表中
   序号        原器件型号或名称     原理图对应编号/符号
    1   SMI5552   IC16
    2   AD590   IC01
    3   LM324   IC06A～D
    4   IN5817   Z1、Z2
    5   AD524   IC04、IC02
    6   ADVFC32   IC03、IC05
    7   无感电容332、钽电容103、224   C01～C021
    8   8031   IIC10
    9   74HC373   IC13
    10   2764   IC12
    11   6264   IC11
    12   MDLS16166(R2)   DOTLCD

Claims (2)

1.一种检测井下通风测点相对标高的方法，其特征是：
1.1采用高精度的可散硅压力传感器做探头，采集测点的气压信号，将该信号放大和频率转换处理成相对压力值p；
1.2采用温度传感器及电阻组成的信号检测电桥采集测点的温度信号，将该信号放大和频率转换处理成温度值T；
1.3将相对压力值p和温度值T送入微处理器，微处理器根据空气密度公式所设的计算程序测算出测点的空气密度ρ；
1.4再由微处理器将测得和测算的参数p、ρ，依据大气热流体力学的压力测高公式所设计的程序自动计算出测点的相对标高zi。
2.一种用于如权利要求1所述方法的矿井通风参数智能检测仪，其特征是：由压力信号检测电路、温度信号检测电路、参数计算与显示输出电路及电源电路构成；其中：
2.1压力信号检测电路由高精度压力传感器、信号采集电路、信号放大模拟电路和频率信号生成电路组成；
2.2温度信号检测电路由温度传感器及上述2.1中所述的信号采集电路、信号放大模拟电路和频率信号生成电路组成；
2.3参数计算与显示输出电路由单片机集成块电路IC09-IC13等元件联结构成；
2.4电源电路由稳压集成块IC14、DC-DC变换器IC15、电感L1、L2、电容等组件构成；
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100374824C (zh) * 2005-10-28 2008-03-12 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 温度压力传感器
CN103591928A (zh) * 2013-11-07 2014-02-19 河南理工大学 深矿井标高测量方法

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