CN206558105U - 矿井作业环境与安全人工智能仿真装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，具体为一可开启和密封的舱体，所述舱体内有规则地分布有九大子系统，分别为温度调节系统、湿度调节系统、压力调节系统、噪音调节系统、照明度调节系统、风速调节系统、气体浓度自动控制调节系统人体参数测试系统和通讯操作系统，它们从不同的角度来监测舱内各种矿山模拟环境技术指标参数，使整个系统构建成数据监测监控系统。该实验系统可监测监控的数据包括温度，湿度，压力，噪音，照明度，风速，气体浓度，人体生理指标参数(包括血压、心率、呼吸率等)，视频图像等。

Description

矿井作业环境与安全人工智能仿真装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿井下的安全设备，尤其涉及一种矿井作业环境与安全人工智能仿真装置。

背景技术

矿难，它长期以来威胁着广大矿井工人的救生，如何处理矿业的安全与生产；如何准确、实时、快速、有效地履行矿业的安全监督职能，关心矿井工人的救生与矿井下面的作业环境，有效进行矿工管理、营救、抢险救灾尤为重要和紧迫。

矿井救生舱作为矿难情况下、井下人员的临时避难空间，正在被多家机构和公司进行广泛研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种矿井作业环境与安全人工智能仿真装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，具体为一可开启和密封的舱体，所述舱体内有规则地分布有九大子系统，分别为温度调节系统、湿度调节系统、压力调节系统、噪音调节系统、照明度调节系统、风速调节系统、气体浓度自动控制调节系统人体参数测试系统和通讯操作系统；

所述温度调节系统由微电脑温度控制器、制冷机和加热恒温器组成，温度可调试的范围为0-70℃；

所述湿度调节系统由智能湿度控制仪、除湿机、加湿机组成，湿度的可调试范围为40％-70％；

所述照明度调节系统由变光仪、LED强光灯和数位式照度计组成，照度可调试的范围为0.01lux-1000lux；

所述风速调节系统由变频调速风机、变频器、电控风速仪和数字风速表组成，风速的调试范围为0m/s-10m/s；

所述噪音调节系统由波形发生器、功率放大器以及噪声仪组成，噪音的调节范围为0-110dB；

所述压力调节系统由高压风机和大气压数显仪组成，压力可调节的范围是-5000Pa-3000Pa；

所述气体浓度自动控制调节系统由气瓶、气体调节阀、气体浓度电磁阀、气体浓度检测仪和气体报警控制器组成，有害气体浓度范围是国际标准的0-10倍，氧气浓度范围是15％-22％；所述舱外设置瓶装O₂、CO₂、SO₂、CO气体，舱体上设置输入管道，舱内设置O₂、CO₂、SO₂、CO气体浓度检测仪；

所述人体参数测试系统由多参数监护仪、液晶显示器和专用计算机组成；

所述通讯操作系统由自动化操作平台、视频摄像仪、电话机、拾音器组成。

优选地，所述舱体长8.2m、宽2.5m、高2.2m，四面设有观察窗。

优选地，所述舱体使用大型机械手埋弧自动焊接，舱体舱门采用军工潜艇舱门密封技术，整个舱体内外喷涂特别研制的隔热、消音、防辐射涂料。

优选地，所述智能湿度控制仪采用进口的高分子湿敏电容进行湿度测量；加湿机由热交换器、压缩机、风扇、水箱、电路控制器及外壳组成。

优选地，所述高压风机安装于舱体外部，通过管道向舱内压风或抽风。

优选地，所述气体报警控制器是一种气体泄漏集中报警控制器，可带8路气体探测器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型是人造的一种可调控环境恶劣程度的受限小空间，能够让人员在其中开展作业和模拟人与环境及劳动强度等之间的关系，并能够研究测定深井开采的各种特殊作业环境，如温度、湿度、照明、通风、噪声、粉尘、有毒有害气体、氧气等因素，能模拟井下各种作业的劳动强度如掘进作业、采场作业等，能测定人在模拟空间内作业时各种生理、心理参数随作业时间的变化特点，如心率、血压、体温、体重、呼吸频率、脉搏血氧等，能明确生理、心理参数与作业安全的关系，如操作失误概率作业可靠度等。在环境模拟参数与工人安全行为操作之间建立相关分析，为工人在深井受限空间内的各种特殊环境中安全生产进行前期的预测与评价。

附图说明

图1为本实用新型提出的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置的原理示意图；

图2为本实用新型提出的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置的工作原理图；

图3为本实用新型提出的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置的各子系统在舱体内的结构示意图。

图中：1、微电脑温度控制器，2、自动化操作平台，3、气体报警控制器，4、多参数监护仪，5、视频摄像仪，6、功率放大器，7、变频调速风机，8、加热恒温器，9、加湿机，10、气体浓度检测仪，11、除湿机，12、制冷机，13、变光仪，14、LED强光灯，15、气瓶，16、制冷机主机，17、压风机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，具体为一可开启和密封的舱体，长8.2m、宽2.5m、高2.2m，四面设有观察窗。该舱体使用大型机械手埋弧自动焊接，结构坚固。舱体舱门采用军工潜艇舱门密封技术，使其密封可靠，能有效防止外界有害气体进入和水的渗入，舱门内外均能开启，且开启灵活，便于人员进出。整个舱体内外喷涂特别研制的隔热、消音、防辐射涂料，可保证舱体放置在室外长时间不受损害，并满足以下技术要求：

1、舱体隔热、隔音、密封效果良好；2、舱体外壁采用防腐材料，保证舱体放置在室外长期间不受损害；3、舱体上内外四面均设有观察窗，以便外部人员观察舱内情况；4、密封舱内所有模拟参数和受试人员的生理、心理参数信号能传输到舱外，综合显示在电脑终端，并能在舱外对舱内环境模拟参数进行调节和控制；5、受试人员与测试人员之间要求能进行交流；6、要求能进行超限报警，并有完备的应急设施，确保受试者的安全。

所述舱体内有规则地分布有九大子系统，分别为温度调节系统、湿度调节系统、压力调节系统、噪音调节系统、照明度调节系统、风速调节系统、气体浓度自动控制调节系统人体参数测试系统和通讯操作系统，它们从不同的角度来监测舱内各种矿山模拟环境技术指标参数，使整个系统构建成数据监测监控系统。该实验系统可监测监控的数据包括温度，湿度，压力，噪音，照明度，风速，气体浓度，人体生理指标参数(包括血压、心率、呼吸率等)，视频图像等。

所述温度调节系统由微电脑温度控制器、制冷机和加热恒温器组成。温度可调试的范围为0-70℃。微电脑温度控制器的功能包括温度测量、显示、控制；制冷、化霜控制输出；温度超限、超量程及传感器故障报警等。其工作原理是双温度显示，按键直接进入查看、设置参数，多指示灯显示系统运行状态。制冷机的功能为降低室内温度。其工作原理是制冷机将室内温度调节到设置温度，并将持续保持该温度。加热恒温器的功能为增加室内温度。其工作原理是根据温湿度控制仪设置的温度及其上下限，将室内温度增加到设定值。当室内温度高于设置上限时，加热恒温器将自动停止加热；当室内温度低于设置下限时，加热恒温器将自动启动加热，以此来保持室内恒温。

所述湿度调节系统由智能湿度控制仪、除湿机、加湿机组成。湿度的可调试范围为40％-70％。智能湿度控制仪采用进口的高分子湿敏电容进行湿度测量，令测量到的湿度更准确、更稳定，自带湿度传感器出错自检功能，断电自动记忆功能，简单的操作菜单令用户在使用中更方便。除湿机用于降低实验舱内的空气湿度，使其能适应人们生活及物品储存。调节所需湿度值，当舱内湿度达到所需值时除湿机会保持在这个湿度，也就是恒湿状态。若不需恒湿则再次按下除湿机控制开关将除湿机关闭。加湿机由热交换器、压缩机、风扇、水箱、电路控制器及外壳组成，适用于工厂、住宅区、商场、运动场的冷却、除尘、除异味之用。当水箱注满水后，接通风机的电源，致使风机电机、制雾电机、水泵运转，旋转球阀开关，调节雾化大小；接通摇头电机的电源，风机在摇头机构作用下，会自动摇头。

所述照明度调节系统由变光仪、LED强光灯和数位式照度计组成。照度可调试的范围为0.01lux-1000lux。变光仪控制舱内的照度，采用先进的电路模块技术开发的变送器，用于实现对环境光照度的测量，并限流输出标准电流信号。数位照度计适合在各种场合测量其照度，其工作原理为光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时，在界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路，就会有电流通过，电流值从以lux为刻度的微安表上显示出来。

所述风速调节系统由变频调速风机、变频器、电控风速仪和数字风速表组成，在外部操作变频器可以改变风速大小，并通过风速仪测定并显示风速。风速的调试范围为0m/s-10m/s数字风速表可方便地检查空调系统，加热系统，测量，量气流速度和风速及温度。当按下变频风机开关，此时变频器上的数字闪动，再按变频器上绿键，风机开始转动。将风速仪插头插入到控制台上的风速仪插孔，打开风速仪电源开关，将单位选择开关拨向m/s位置，调节变频器上的调节旋钮将风速调至所需风速。试验完毕需按下变频风机开关，将变频器电源断开。

所述噪音调节系统由波形发生器、功率放大器以及噪声仪组成。波形发生器能发出正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、白噪声、直流、指数上升、指数下降、心率波等，通过功率放大器播放出各种噪声。噪音的调节范围为0-110dB。而噪声仪设计用来做噪音工程、品质控制、健康防治及各种环境音实时测量。其工作原理是由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，放大器将输出信号加到网络，然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器。

所述压力调节系统由高压风机和大气压数显仪组成。压力可调节的范围是-5000Pa-3000Pa。高压风机安装于舱体外部，通过管道向舱内压风或抽风，即当改变变频电机转向时实现压风或抽风。调节变频器能实现风速的大小调节。大气压数显仪与气压输出的传感器、变送器配合，完成压力的测量、变换、显示和控制。

所述气体浓度自动控制调节系统由气瓶、气体调节阀、气体浓度电磁阀、气体浓度检测仪和气体报警控制器组成。有害气体(包括CO₂、SO₂、CO等)浓度范围是国际标准的0-10倍。氧气浓度范围是15％-22％。在舱外设置瓶装O₂、CO₂、SO₂、CO气体，舱体上设置输入管道，在舱内设置O₂、CO₂、SO₂、CO气体浓度检测仪，通过检测的数据传给在外计算机的显示，人为控制舱内各气体的浓度。气体报警控制器是一种气体泄漏集中报警控制器，可带8路气体探测器。可用于及时显示系统各部分状态及有关报警点的信息。

所述人体参数测试系统由多参数监护仪、液晶显示器和专用计算机组成。适用于对人体进行心电、无创血压、呼吸、体温、脉搏氧饱和度、脉搏和吸入/呼出二氧化碳的监测。以保证能够在各种不同模拟的作业环境中，测试受试人员的生理、心理、操作可靠性等指标的变化，如心率、血压、体温、呼吸频率、操作稳定性、明暗度适应性、人失误概率等及心理。其工作原理为系统通过信号检测与预处理模块将生物医学信号转换成电信号，并进行干扰抑制、信号滤波和放大等预处理。然后，通过数据提取与处理模块进行采样、量化，并对各参数进行计算分析，结果与设定阈值比较，进行监督报警，将结果数据实时存储到RAM，并可实时传送至PC机上，在PC机上可实时显示各参数值。

所述通讯操作系统由自动化操作平台、视频摄像仪、电话机、拾音器组成。方便受试人员与测试人员之间进行交流，时刻关注实验的发展过程和测试对象的变换情况。操作人员可以在自动化操作平台上对实验舱内的温度、湿度、压力、风速、噪音、照明度、气体浓度等参数指标进行调整设置，实现人机实验自动化。视频摄像仪能对实验舱内的实验进程、实验对象的变化情况进行全程的摄像分析，并可以通过电话机、拾音器保持实验舱内外的实时联系。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，具体为一可开启和密封的舱体，所述舱体内有规则地分布有九大子系统，分别为温度调节系统、湿度调节系统、压力调节系统、噪音调节系统、照明度调节系统、风速调节系统、气体浓度自动控制调节系统人体参数测试系统和通讯操作系统；

所述温度调节系统由微电脑温度控制器、制冷机和加热恒温器组成，温度可调试的范围为0-70℃；

所述湿度调节系统由智能湿度控制仪、除湿机、加湿机组成，湿度的可调试范围为40％-70％；

所述照明度调节系统由变光仪、LED强光灯和数位式照度计组成，照度可调试的范围为0.01lux-1000lux；

所述风速调节系统由变频调速风机、变频器、电控风速仪和数字风速表组成，风速的调试范围为0m/s-10m/s；

所述噪音调节系统由波形发生器、功率放大器以及噪声仪组成，噪音的调节范围为0-110dB；

所述压力调节系统由高压风机和大气压数显仪组成，压力可调节的范围是-5000Pa-3000Pa；

所述气体浓度自动控制调节系统由气瓶、气体调节阀、气体浓度电磁阀、气体浓度检测仪和气体报警控制器组成，有害气体浓度范围是国际标准的0-10倍，氧气浓度范围是15％-22％；所述舱外设置瓶装O₂、CO₂、SO₂、CO气体，舱体上设置输入管道，舱内设置O₂、CO₂、SO₂、CO气体浓度检测仪；

所述人体参数测试系统由多参数监护仪、液晶显示器和专用计算机组成；

所述通讯操作系统由自动化操作平台、视频摄像仪、电话机、拾音器组成。

2.根据权利要求1所述的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，所述舱体长8.2m、宽2.5m、高2.2m，四面设有观察窗。

3.根据权利要求1所述的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，所述舱体使用大型机械手埋弧自动焊接，舱体舱门采用军工潜艇舱门密封技术，整个舱体内外喷涂特别研制的隔热、消音、防辐射涂料。

4.根据权利要求1所述的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，所述智能湿度控制仪采用进口的高分子湿敏电容进行湿度测量；加湿机由热交换器、压缩机、风扇、水箱、电路控制器及外壳组成。

5.根据权利要求1所述的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，所述高压风机安装于舱体外部，通过管道向舱内压风或抽风。

6.根据权利要求1所述的矿井作业环境与安全人工智能仿真装置，其特征在于，所述气体报警控制器是一种气体泄漏集中报警控制器，可带8路气体探测器。