CN2223779Y - 矿井涌水量遥测仪 - Google Patents

Abstract

一种矿井涌水量遥测仪，由井上一台主机及井下多台传感器构成，井下传感器采用磁电式结构由不少于十根呈平行排列的干簧管作水位传感元件电路采用电流环进行数字采集，用电流的通断构成脉冲序列，并由单片机进行控制，本遥测仪不但可实现水位的自动测量，处理及显示，而且在10公里距离测量范围内均可保证精度，并且传感器在井下工作时间可达2年以上，不需维修，使用寿命较长，特别适用于煤矿安全的监测。

Description

矿井涌水量遥测仪

本实用新型涉及一种遥测矿井涌水量的电子仪器，适用于矿井监测，特别适用于煤矿安全的监测。

目前，矿井井下涌水量的测量仪器大都采用携带式依靠人工下井实地进行测量，国内曾有一种矿井水遥测仪，它由井上设置的一台主机通过安装在井下分机的传感器对涌水点进行遥测，该遥测仪由选点控制线路，莫尔斯译码电路及LED数字管显示器组成的主机系统和经双传输线路与其相连接的分机构成，分机主要由机械式压力模合传感器、划针及莫尔斯电码筒组成，当压力膜合传感器受井下水位压力的作用产生位移时，引起与膜合连接的划针也产生位移并划触作圆周运动的电码筒，此时划针输出代表水位值的一组莫尔斯编码脉冲电信号，由显示管显示，由于仅能显示莫尔斯电码值，所以其水位及水量的计算均由人工再次计算才能获得，同时，由于采用机械式传感器不但工艺要求高，调整复杂，而且由于膜合不能完全封闭在壳体中必须与大气相连，所以在潮湿的条件下，仅能工作3-7天，其使用寿命较短。

本实用新型的目的在于提供一种主机智能化，能够对采集的数据自动进行测算，处理及显示，并且使用寿命长，测量精度较高，不但能对井下涌水点进行单测还可远距离巡测的矿井涌水量遥测仪。

本实用新型是这样实现的，由井上主机及井下传感两部分构成，井下传感部分中可设置多台传感器传感器，采用磁电式结构，以干簧管作水位传感元件，其干簧管相互平行设置，每1至9根为一组至少设置10组，传感器中导杆底部连接有一浮子，另一端连接一磁钢，导杆和磁钢均设置在导磁管内，干簧管组位于导磁管壁一侧，当浮子随着水的波动而上、下浮动时，可带动磁钢动作，使所相对应的干簧管触点闭合。为保证远距离传送信号的精度，本遥测仪采用电流环进行数字采集，用电流的通断构成脉冲序列。主机向传感器通讯其编码采用一个宽脉冲为起始位，接着是1-99个数据位作为选点脉冲。最后采用一个宽脉冲作停止位。传感器向主机通讯发出的水位信号则采用一大于2秒宽脉冲作起始位作为响应信号，然后停止1.5-2秒，作为第1间隔信号，接着产生第1脉冲序列<即组脉冲>指出闭合干簧管所在的组，然后再停止1.5-2秒作为第2间隔信号，最后产生第2脉冲序列信号<即字脉冲>指出该管的位置，组脉冲和字脉冲这两种信号代表了水位的数据，并与响应信号及间隔信号一起构成了一完整的测量采集信号。并且整个遥测均由一单片计算机进行控制。其电路为：每组干簧管均与译码输出控制器连接，该译码输出控制器分别经组查询电路及优先编码器与水位信号脉冲发生电路连接，水位信号脉冲发生电路经传送线与井上主机接口相连接，井上主机中单片机的8位并行端口P₁作为控制口，其中端口P_1.0与收发转换电路连接；端口P_1.1与发送数据通道连接，用来发送由端口P_1.1口产生的选点脉冲方波，并由单片机的8位并行端口P₂中的P_2.6和读选通输出线RD控制采集数据的读入，接收数据通道及发送数据通道均通过收发转换电路中继电器控制触点与井下传感传送线连接，并且接收数据通道可经光电隔离电路分别与间隔信号识别器及响应信号识别器通过控制器与单片机外部中断INTO口连接。

本实用新型采用单片机进行控制，从而实现了水位的自动测算，处理及显示，并且可以利用单片机的通讯接口与各高档微机串行通信，进一步对数据进行各种处理，该遥测仪在10公里内的远距离测量范围内均可保证精度，由于采用干簧管作传感器器件，使传感器在井下工作时间可达2年以上不需维修，其使用寿命较长。

下面通过实施例结合附图对本实用新型进行详细描述：

图1为本实用新型井下传感器结构示意图。

图2为本实用新型实施例1电原理图。

图3为本实用新型实施例2电原理图。

实施例1

图1中，传感器外壳(3)选用耐腐蚀材料其结构分为上、下两仓，上仓为仪器仓，下仓为进水仓，两仓之间法兰连接，并相互密封，仪器仓内干簧管GH相互平行设置在支撑板(7)上，每9根为一组，共设置10组排列成一定高度，每根管子都有自己的编码，确定了代表的水位高度，并且位于导磁塑料管(5)管壁一侧，导磁塑料管(5)设置在上、下仓之间，其内设置有一端连接有条形磁钢(6)，另一端连接有浮球(1)的导杆(2)，元件板(4)也设置在仪器仓内。

图2中井下传感部分每根干簧管的一端均连接在零伏公共点上，另一端依次连接能对干簧管闭合检测的译码及输出控制器的输入端，译码及输出控制器由每组的优先编码器IC₁₈-IC₂₇和CMOS门电路系列四2输入端或非门IC₈-IC₁₇构成。组查询电路由IC₅、IC₆等组成了对“组脉冲”串行计数/并行控制分配器能控制大于10组的脉冲译码输出。它的输入连接“组脉冲发生器”中M₁₁的输出，它的输出经反相器依次连接10个四2输入或非门IC₈-IC₁₇的控制端。10组的四2输入或非门每组为4根输出线，10组分别按A、B、C、D依次并联作为数据线，在这条数据线上连接有判断器M₂₂和减法计数器IC₇的输入端。与非门M₉非门M₁₀-M₁₂构成可控制“组脉冲发生器”，其输入与RS触发器RS-1输出连接，RS触发器RS-1的S端连接第一间隔产生器IC_4-2的输出。第二间隔产生器由非门M₁₇、M₁₈电容C₁₃电阻R₂₈构成，其输入端经反相器M₂₁，判断器M₂₂的输出连接，其输出端经电容C₁₄隔离后与减法计数器IC₇的数据写入PE端和RS触发器M₇、M₈的S端连接，第二间隔的脉冲宽度为1.5秒。与非门M₁₃非门M₁₄-M₁₆构成可控制的“字脉冲发生器”，其输入端与RS触发器RS-2输出连接，非门M₁₅的输出与减法计数器IC₇的CP端连接，非门M₁₆的输出连结二极管D₁₃的正极。二极管D₁₃、D₁₄、D₁₅的负极相并联，与电子开关V₂的输入连接，电子开关的输出经二极管D₁₆与传输线的A端连接，将数据信号发送井上。传输线由两根导线，分称为A端和B端，井上主机传送的选点讯号和传感器送回井上的数据讯号构成电流回路。选点讯号经传输线的A端经二极管D₂与伺候电源V₁的输入端连接，伺候电源V₁的输出与继电器J₃连接，由继电器J₃常开触点控制传感器的电池D、C的负极。传输线A经二板管D₁与施密特整形器M₁和M₂输入端连接，施密特整形器的输出连接计数器IC₁、IC₂和脉冲宽度鉴别器IC₃的输入端，二极管D₆、D₇组成对计数器IC₁、IC₂的译码，脉冲宽度鉴别器IC₃可对选点的未脉冲译码，其输出与非门M₃的一输入相连接，与非门M₃的另一输入与二极管D₆、D₇的正极连接，与非门M₃起到了符合判断的作用，它的输出表示本传感器被选中，与非门M₃经非门M₄反相与延迟触发器IC_4-1的CP端连接延迟触发器IC_4-1的Q端与延迟触器IC_4-2的CP端连接，延迟触发器IC_4-2和电容C₉，电阻R₁₇组成第一间隔信号产生器(间隔时间为1.5S)其输出与RS触发器M₅、M₆的S端连接。

井上主机部分的核心采用8031单片计算机，其P1口为控制口，用P_1.0控制收/发通道的转换，P_1.1产生选点脉冲方波，P_1.2产生水位报警信号，另外，采集的数据读入控制由RD和P_2.6控制。单片机IC₃₅与外围电路的连接为：P_1.0与光电管GD₁连接，光电管GD₁经反相器与三极管BG₁₀的基极输入端连接，集电极连接继电器J₂，同时连接BG₁₁的基极，BG₁₁的集电极连接继电器J₁，由软件对P_1.0置1开发送通道，继电器J₂闭合，对P_1.0置0开接收通道，继电器J₁闭合；由软件产生的选点方波从P_1.1输，P_1.1与光电管GD₂连接，GD₂经反相器与三极管BG₁₂的基极连接，其集电极与BG₁₃的基极连接，三极管BG₁₃的集电极与继电器J₂的常开触点连接，当它闭合时，选点方波由此送往传输线路的A端与传感器中的二极管D₁、D₂连接。传输线路A端同时并联有J₁的接点，当它闭合时三极管BG₁₄的基极与传感器中的二极管D₁₆连接，三极管BG₁₄的集电极与BG₁₅的基极连接，数据从三极管BG₁₅的集电极输出，经光电管GD₃隔离将数据传送到识别器。数据识别器由硬件电路构成，其中IC_30-2用来识别响应信号，IC_30-1用来识别间隔信号，光电管GD₃输出端连接IC_30-2的输入，三极管BG₁₇的集电极输出响应信号，作为清零脉冲，连接IC₃₁、IC₃₂的清零R端，光电管GD₃的输出通过-反相器与IC_30-1的输入连接，三极管BG₁₉的集电极输出间隔信号，作为控制脉冲，连接IC₃₁的CP端。IC₃₂用来对“组”、“字”进行串/并转换和记存，IC₃₁的Y₁端连接IC₃₂的IEN，控制第1个计数器，IC₃₁的Y₂端连接IC₃₂的2EN，控制第2个计数器，IC₃₂的输出1Q-2Q连接锁存器IC₃₃的输入D₀-D₇、IC₃₃的输出Q₀-Q₇直接挂接单片机的P₀口。IC₃₁的Y₃端输出结束信号，Y₃连接单稳态电路IC₃₄的输入，IC₃₄的输出产生中断信号，与单片机的INTO以及锁存器IC₃₃的G端连接。

其工作过程为：

一、传感器部分

当选点脉冲输入传感器，首先侍候电源开关自动接通工作电源，初始化各部分，同时，受磁钢作用而闭合的干簧管被该组的优先编码器译码输出，并等待着查询，计数器IC₁、IC₂和宽脉冲译码器IC₃分别对选点脉冲进行计数和译码，以此判断是否符合本传感器的地址编码，相符就由与非门M₃输出被选中信号，否则M₃无输出。当M₃输出被选中信号后，首先延迟触发器IC_4-1，立即产生响应脉冲经二极管D₁₅到驱动器V₂送到井上主机，然后，延迟触发器IC_4-2，电容C₂和电阻R₁₇延迟一段时间，(这段时间称为第一间隔)，启动“组脉冲发生器”。组脉冲串行分作两路：一路经二板管D₁₄，驱动器V₂送到井上形成“组脉冲”，另一路经IC₅、IC₆等组成的计数，译码控制器开始按组依次开通四2输入或非门IC₈-IC₁₇进行查询。当数据线上出现数据即可认为闭合的干簧管已被查询到，这时判断器M₂₂立即输出信号，控制组脉冲停止，把数据写入可预置减法计数器IC₇中，被电阻R₂₆，电容C₁₃延时一段时间(这段时间称作第二间隔)然后启动“字脉冲发生器”。字脉冲串行分作两路，一路经D₁₃，V₂送到井上形成“字脉冲”另一路送减法计数器作“减”法计数，减到零时，OC端输出禁止信号，字脉冲停止发送。侍候开关延迟时间大于上述的工作过程时间，延迟时间到后将自动关闭工作电源，于是一个采集周期结束。

二、主机部分

接通电源后，由软件初始化，运行主程序，开始下边工作：

1、选点脉冲的发送过程：

先由小键盘输入被测传感器的编号等，按下采集键，即自动转子程序，首先从单片机的P_1.0输出信号，控制J₂接通，J₁断开，这时主机处在“发送”状态，产生的选点脉冲从单片机8-31的P_1.1输出，经电流驱动器BG₁₃、J₂的接点由传输线送到井下各个传感器。选点脉冲发送完毕，P_1.0停止输出信号，控制J₂断开，J₁接通，这时主机处在“接收”状态。

2、数据脉冲的接收过程：

从传感器送来的数据脉冲进入主机，经J₁的接点、整形器和光电隔离器GD₃到识别器IC₃₀，其中第一个响应信号由IC_30-2识别出来，被作为清零信号，从BG₁₇输出，对控制器IC₃₁、串/并转换器IC₃₂初始化清零；IC_30-1用来识别间隔信号，并输出到控制器。当第一个间隔到来时，控制器的Y₁打开第一个计数器，于是“组脉冲”串行进入第一个计数器并输出为并行寄存下来；当第二个间隔到来时，控制器的Y₂打开第二个计数器，于是“字脉冲”串行进入第二个计数器并输出为并行寄存下来；第三个间隔(即结束信号)到来时，控制器的Y₃输出脉冲，启动单稳态IC₃₄、引起单片机中断和打开锁存器IC₃₃，使“组脉冲”、“字脉冲”出现在数据线上，调采集子程序、查表子程序和显示子程序。最后，根据需要可以按下打印键调打印子程序打印输出，或者按下通信键可将数据送PC计算机进一步处理。

实施例2

图3中传感部分由5台传感器a、b、c、d、e构成，每台传感器可分别设置在各涌水点。其传感器结构与电路与实施例1中传感器相同。主机电路也与实施例1主机电路相同。每台传感器的输出/输入端口A和B点均按并联方式连接然后通过两根传输线与井上主机的输出/输入端口A和B点连接，构成远传数据采集回路。

Claims (3)

1、一种矿井涌水量遥测仪，由井上主机及由多台传感器构成的井下传感两部分构成，其特征在于传感器采用磁电式结构并以干簧管(GH)作水位传感元件，传感器中导杆(2)底部连接有一浮球(1)另一端连接一磁钢(6)，导杆(2)和磁钢(6)均设置在导磁管内，干簧管组位于导磁管壁一侧，本遥测仪采用电流环进行数字采集，用电流的通断构成脉冲序列，并且整个遥测均由一单片计算机(IC₃₅)进行控制，其电路为：每组干簧管均与本组译码输出控制器连接，该译码输出控制器分别经组查询电路及优先译码器与水位信号脉冲发生电路连接，水位信号脉冲发生电路经传送线与井上主机接口相连接，井上主机中单片机的8位并行端口(P₁)作为控制口，其中端口(P_1.0)与收发转换电路连接，端口(P_1.1)与发送数据通道连接，用来发送由端口(P_1.1)产生的选点脉冲方波，并由单片机的8位并行端口(P₂)中的(P_2.6)和读选通输出线(RD)控制采集数据的读入，接收数据通道及发送数据通道均通过收发转换电路中继电器控制触点与井下传感传送线连接，并且接收数据通道可经光电隔离电路分别与间隔信号识别器及响应信号识别器通过控制器与单片计算机外部中断口(INTO)连接。

2、根据权利要求1所述的矿井涌水量遥测仪，其特征在于传感器中干簧管(GH)相互平行设置，每1至9根为一组，至少设置10组。

3、根据权利要求1所述的矿井涌水量遥测仪，其特征在于主机向传感器通讯，其编码采用一个宽脉冲为起始位，接着是1-99个数据位，作为选点脉冲，最后采用一个宽脉冲作停止位，传感器向主机通讯发出的水位信号采用一大于2秒宽脉冲作起始位，作为响应信号，然后停止1.5-2秒作为第1间隔信号，接着产生第1脉冲序列作为组脉冲，然后再停止1.5-2秒作为第2间隔信号，最后产生第2脉冲序列信号作为字脉冲，由组脉冲和字脉冲这两种信号代表水位的数据。

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