CN201412183Y - 矿井瓦斯突出实时监测预警装置 - Google Patents

矿井瓦斯突出实时监测预警装置 Download PDF

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CN201412183Y CN2009200443451U CN200920044345U CN201412183Y CN 201412183 Y CN201412183 Y CN 201412183Y CN 2009200443451 U CN2009200443451 U CN 2009200443451U CN 200920044345 U CN200920044345 U CN 200920044345U CN 201412183 Y CN201412183 Y CN 201412183Y
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童紫原
刘聪
王虎
胡俊立
童敏明
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中国矿业大学
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Abstract

一种矿井瓦斯突出实时监测预警装置,包括为系统供电的电源转换模块,还包括数字信号处理器,数字信号处理器的输入端分别连接有多组声传感器模块、温度传感器模块以及一组压力传感器模块,数字信号处理器还分别连接有片外扩展存储器、液晶显示模块、报警模块和TTL/RS232转换电路,TTL/RS232转换电路上设有RS232外部串行接口。结构简单,功耗低,设有多组功能不同的传感器模块,可获取预测瓦斯突出危险的多种特征信息,获取信息被发送到数字信号处理器,并对多种特征信息进行融合处理,对瓦斯突出的危险性进行综合评价,有突出危险性时进行报警,从而克服了单一指标预测瓦斯突出装置不准确的问题,极大的提高了预测精度,实现煤层瓦斯突出的可靠预警,具有广泛的实用性。

Description

矿井瓦斯突出实时监测预警装置
技术领域
本实用新型涉及一种矿井瓦斯突出实时监测预警装置,尤其适用于在煤 矿井下煤层的瓦斯突出预警使用。
技术背景
煤与瓦斯突出,简称瓦斯突出,是煤矿井下生产过程中发生的一种异常 复杂的动力现象,也是煤矿的主要灾害,表现为大量的煤体和瓦斯突然抛向 巷道空间,造成巷道建筑被毁、煤流埋人、巷道空间充满瓦斯使人窒息,甚 至引起瓦斯爆炸。煤与瓦斯突出的预测预报是煤矿瓦斯灾害研究的一个主要 方面近年来,国内外的科技工作者深入研究利用瓦斯温度异常预报、电磁辐 射预报、声发射现象预报和电场预报瓦斯突出等可进行在线实时预测的方 法,这些方法在预防瓦斯突出的发生及减少突出灾害的损失中起到了重要的 作用,但这几种预测方法都是针对单个因素或单方面进行分析研究,存在一 定的缺陷,预测的准确性低。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足,提供一种结构简单,功耗低, 拥有多组传感器,可获取瓦斯突出危险前兆的多种特征,并对多种特征信息 进行融合处理,可以有效的提高预测精准度并提供综合决策的矿井瓦斯突出 实时监测预警装置。
为实现本实用新型的目的,本实用新型的矿井瓦斯突出实时监测预警装 置,它包括为系统供电的电源转换模块,还包括可对信息进行融合处理和综 合评判的数字信号处理器,数字信号处理器的输入端分别连接有多组声传感 器模块、温度传感器模块以及一组压力传感器模块,数字信号处理器还分别
连接有片外扩展存储器、液晶显示模块、报警模块和TTL/RS232转换电路, TTL/RS232转换电路上设有连接上位机的RS232外部串行接口 。所述的声传感器模块由顺序连接的声发射传感器、前置放大器和电压抬
升电路构成;所述的温度传感器模块由检测电路,分别连接在检测电路上的 两组温度传感器构成;所述的压力传感器由顺序连接的压力变送器和精密电 阻构成;所述的数字信号处理器型号为TMS320F2812;片外扩展存储器型号 为IS61LV25616;声发射传感器的型号为SR150A;前置放大器为PAI宽带前 置放大器;电压抬升电路中的运算放大器型号为0P07;温度传感器型号为 AD590;检测电路中的运算放大器型号为LF355。
本实用新型的有益效果:结构简单,功耗低,设有多组功能不同的传感
器模块,可实时获取预测瓦斯突出危险的多种特征信息:如煤层瓦斯压力、
煤层温度和声发射信号等信息,获取信息被发送到已编程的数字信号处理 器,数字信号处理器可对多种特征信息进行融合处理,利用模糊数学综合评 判方法完成对煤层瓦斯突出的综合评判,有突出危险时进行报警,克服了单 一指标瓦斯突出预警装置不准确的问题,极大的提高了预测精度,实现煤层 瓦斯突出的可靠预警,具有广泛的实用性。
附图说明
图l是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的电源电路原理图。
图3是本实用新型的声发射信号及煤层温度检测电路原理图。
图中:1-电源转换模块;2-数字信号处理器;3-声发射传感器;4-前置 放大器;5-电压抬升电路;6-压力变送器;7-精密电阻;8_温度传感器;9_ 检测电路;10-片外扩展存储器;11-液晶显示模块;12-报警模块;
13-TTL/RS232转换电路;14-RS232外部串行接口 。 具体实施方式
图1所示,本实用新型的矿井瓦斯突出实时监测预警装置包括根据不同 的电压等级提供电压的电源转换模块1,还包括可对信息进行融合处理和综 合评判的数字信号处理器2,数字信号处理器2的输入端分别连接有多组声 传感器模块、温度传感器模块以及一组压力传感器模块,其中声传感器模块 由顺序连接的声发射传感器3、前置放大器4和电压抬升电路5构成,温度 传感器模块由检测电路9,分别连接在检测电路9上的两组温度传感器8构成,压力传感器由顺序连接的压力变送器6和精密电阻7构成,以上传感器 均与数字信号处理器2中的的A/D转换模块连接,利用四组声发射传感器3 接收煤层中的声发射信号,并将其转化为电信号,经前置放大器4,电压抬 升电路5输入数字信号处理器2,进行声发射信号的分析,利用多种传感器 对煤层瓦斯压力、煤层温度等进行检测,压力传感器模块和温度传感器模块 对瓦斯压力及煤层的温度信号进行特征参数的采集,并将数据发送汇总到数 字信号处理器2进行数据融合处理,从而对煤层的瓦斯突出危险性给出综合 判定;数字信号处理器2还分别连接有片外扩展存储器10、液晶显示模块 11、报警模块12和TTL/RS232转换电路13, TTL/RS232转换电路13上设有 连接上位机的RS232外部串行接口 14,片外扩展存储器10与数字信号处理 器2的外部存储器接口连接,用于扩展数据存储器,数字信号处理器2的串 行通信接口 (SCI)模块通过TTL/RS232转换电路13与RS232外部串行接口 14连接,可用于连接上位机。
图2所示,电源转换模块1由十节本安镍氢电池组,电压转换芯片 U3(K7805)、 U4(AMS1117), DC-DC模块电源芯片U5(WRA1215CS),电感及电 容组成。十节镍氢电池组提供+12V电压。U3的1脚同时连接+12V电压和电 容C3, C3接地,U3的2脚接地,U3的3脚同时连接电容C4和电容C5,输 出5V电压,C4和C5接地;U4的3脚同时连接5V电压和电容C6, C6接地, U4的l脚接地,U4的2脚同时连接电容C7和电容C8,输出3. 3V电压,C7 和C8接地;U5的1脚接地,U5的2通过电感L2连接+12V和电容C9, C9 接地,U5的6脚顺序连接电感L4、电容Cll,最后连接到7脚上,输出-15V 电压,U5的8脚顺序连接电感L3和电容C10,最后连接到7脚上,输出+15V 电压;5V电压分别连接电容C13和C14, C13和C14接地;3. 3V电压分别连 接电容C12和C16, C12和C16接地。
图3所示,矿井瓦斯突出实时监测预警装置声发射信号检测电路由声发 射传感器3,前置放大器4及电压抬升电路5组成。声发射传感器3采用北 京声华公司的SR150A声发射传感器,频率范围60〜400KHz,谐振频率 150KHz,灵敏度〉65dB;前置放大器4采用声华公司的PAI宽带前置放大器, 带宽10KHz〜2MHz,增益40dB;电压抬升电路5由一片运算放大器Ul (0P07)、 电感电阻及电容组成,将前置放大器的输出电压调整到0〜2.5V之间。声 发射传感器3的输出端接前置放大器4的输入端;Ul的1脚通过电阻R5接Ul的8脚,Ul的2脚通过电阻R2接Ul的6脚,同时Ul的2脚顺序通过电 阻R1、电容C1接前置放大器4的输出端,Ul的3脚同时连接电阻R4、电容 C2和电阻R3, R4、 C2接地,R3接+12V, Ul的4脚接-15V, Ul的7脚接+15V; 电感L1的一端接+12V, 一端接前置放大器4的输出;电容C1的一端接前置 放大器4的输出,另一端同时接电阻R1和电阻R6, R6接地,R1接U1的2 脚;R2的一端接U1的2脚,另一端接U1的6脚;R3的一端接U1的3脚, 另一端接地;C2的一端接Ul的3脚,另一端接地;R4的一端接Ul的3脚, 另一端接地;R5的一端接U1的1脚,另一端接U1的8脚。
图3所示,矿井瓦斯突出实时监测预警装置煤层温度检测电路由两组温 度传感器8和检测电路9组成。温度传感器8采用美国模拟器件公司生产集 成温度传感器K1(AD590),K2(AD590),测温范围为-55°C〜+150°C;检测电路 9由运算放大器U2(LF355)及电阻组成U2的2脚同时连接温度传感器Kl的 一端和电阻R7、 RIO, R7通过电阻R8接U2的6脚,R10接电阻R9, U2的3 脚通过电阻Rll接地,U2的4脚接-15V,U2的7脚接+15V;Kl的一端接+15V, 另一端接U2的2脚;K2的一端接-15V,另一端接U2的2展卩;R9的一端接 +15V,另一端接-15V。压力变送器6采用中南大学设计的PPM-201型,压 力检测范围0〜10MPa,误差为0.5。/oFS, 4〜20ma电流信号输出,由精密电阻 7转换为0〜2. 5V电压信号送入数字信号处理器的A/D转换模块中,将模拟 信号转换为数字信号进行处理。数字信号处理器2采用TI推出的数字信号 处理器(DSP),型号为TMS320F2812;片外扩展存储器10选用美国ISSI的 高速静态存储器(SRAM)型号为IS61LV25616;液晶显示模块11选用国产的 金鹏液晶显示模块,型号为0CMJ5X10B;报警模块12由压电式蜂鸣器及LED 发光二极管组成;TTL/RS232转换电路13由一片TTL/RS232电平转换芯片 MAX3232及电容组成;RS232外部串行接口 14采用一种9针串口连接器DB9。

Claims (6)

1、一种矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于:包括为系统供电的电源转换模块(1),还包括可对信息进行融合处理和综合评判的数字信号处理器(2),数字信号处理器(2)的输入端分别连接有多组声传感器模块、温度传感器模块以及一组压力传感器模块,数字信号处理器(2)还分别连接有片外扩展存储器(10)、液晶显示模块(11)、报警模块(12)和TTL/RS232转换电路(13),TTL/RS232转换电路(13)上设有连接上位机的RS232外部串行接口(14)。
2. 根据权利要求1所述的矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于:所述的声传感器模块由顺序连接的声发射传感器(3)、前置放大器(4)和电压抬升电路(5)构成。
3. 根据权利要求1所述的矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于:所述的温度传感器模块由检测电路(9),分别连接在检测电路(9)上的两组温度传感器(8)构成。
4. 根据权利要求1所述的矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于:所述的压力传感器由顺序连接的压力变送器(6)和精密电阻(7)构成。
5. 根据权利要求1所述的矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于,所述的数字信号处理器(2)型号为TMS320F2812;片外扩展存储器(10)型号为IS61LV25616。
6. 根据权利要求2或3所述的矿井瓦斯突出实时监测预警装置,其特征在于:所述的声发射传感器(3)的型号为SR150A;前置放大器(4)为PAI宽带前置放大器;电压抬升电路(5)中的运算放大器型号为0P07;温度传感器(8)型号为AD590;检测电路(9)中的运算放大器型号为LF355。
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