一種礦井瓦斯濃度監控系統的製作方法

2023-08-04 08:10:37

本實用新型涉及礦井安全技術領域，尤其是涉及一種瓦斯濃度監測系統。

背景技術：

礦井瓦斯狹義上講專指甲烷，甲烷是威脅礦井安全的主要危險因素之一，研究表明，甲烷的生成量和煤的碳化程度有關，煤的變質程度越大、揮發性越低，甲烷的生成量也就越大。當甲烷濃度為4%-16%時易引起爆炸，因此，井下瓦斯濃度的在線監控成為保證井下安全的重要舉措。

申請號為200610051272.X的發明專利申請中公開了一種雷射瓦斯監控系統，該監控系統包括井上和井下部分，井下部分分布若干瓦斯探頭和監控點，瓦斯探頭採用雷射瓦斯濃度傳感器完成甲烷濃度的監控，採用CAN總線協議通過光纖進行雷射和數據的傳輸。該申請引入了嵌入式實時監控系統，光纖的使用解決了遠距離傳輸的難題，具有較強的抗電磁幹擾性，但是單純依靠雷射瓦斯濃度傳感實現的瓦斯在線實時監控可靠性差，難以完成複雜工況下瓦斯濃度檢測。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術中存在的缺點，提供一種礦井瓦斯濃度監控系統，該系統通過三種傳感器完成瓦斯信號的採集，並經預測融合中心進行信號處理，以保證數據採集的準確性和穩定性，採用的技術方案是：一種礦井瓦斯濃度監控系統，包括井下部分和井上部分，其特徵在於：所述井下部分包括多傳感器子系統，所述多傳感器子系統包括瓦斯濃度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，傳感器的輸出信號經處理後傳遞給預測融合中心進行處理，所述預測融合中心與微處理器之間通過傳感器通訊接口進行通信；所述微處理器還連接聲光報警電路和、遙控發射單元和遙控接收單元，並通過CAN通訊接口電路與所述井上部分進行通信。

本實用新型的技術特徵還有：所述瓦斯濃度傳感器為雷射瓦斯傳感器，所述雷射瓦斯傳感器包括雷射發射模塊、光電轉換器和氣室，所述氣室上設有氣體擴散孔，雷射發射模塊發出的調製雷射進入氣室、經反射後由光電轉換器接收，並轉換為所述輸出信號。

本實用新型的技術特徵還有：所述井下部分還包括與所述微處理器連接的數據存儲單元和液晶顯示單元。

本實用新型的技術特徵還有：所述井上部分包括礦區監控中心，所述礦區監控中心包括監控主機，所述監控主機通過RS232串口連接GPRS Modem，所述GPRS Modem通過天線射頻信號與GPRS網完成數據傳輸，由GPRS網將信號輸送至礦局監控中心。

本實用新型的技術特徵還有：所述礦區監控中心通過CAN總線與所述井下部分的CAN通訊接口電路進行通信。

本實用新型的技術特徵還有：所述溫度傳感器為熱敏電阻傳感器。

本實用新型的技術特徵還有：所述壓力傳感器為壓阻式傳感器。

本實用新型的有益效果在於：本系統採用多參數採集的多傳感器系統和數據融合方法進行瓦斯和瓦斯濃度的早期預測，對礦井的安全提供可靠保障；該雷射瓦斯濃度傳感器本身不發熱，消除了爆炸危險和電磁幹擾，氣室的設計進一步提升了安全性；CAN總線通信技術的應用，便於實現不同監測分站之間的互聯，提高了系統兼容性；GPRS通訊技術在提高資源利用率的同時，使得整個系統運行可靠性及性價比大幅度提升；本系統提升了礦井自動監控的自動化和網絡化程度，使得煤礦安全監測得到根本性改善。

附圖說明

附圖1是本實用新型井上部分結構示意圖，附圖2是本實用新型井下部分結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的具體實施方式進行說明。本實用新型公開了一種礦井瓦斯濃度監控系統，該監控系統包括井下部分和井上部分，井上部分包括了多個礦區監控中心，每個礦區監控中心均通過GPRS網將信號輸送至礦局監控中心。這樣，當其中某個設備發生故障時，也不會影響整個系統的運行。

井下部分包括微處理器、數據採集接口、CAN通訊接口、遙控發射單元、遙控接收單元、聲光報警單元、液晶顯示單元和多傳感器子系統。微處理器是監測分站的核心，完成各種數據的分析處理。多傳感器子系統中採用了瓦斯濃度傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器，上述三種傳感器的輸出信號經處理後傳遞給預測融合中心進行處理，預測融合中心與微處理器之間通過傳感器通訊接口進行通信。該預測融合中心實際上是對人腦綜合處理複雜問題的一種功能模擬，通過對傳感器及觀測信息的合理支配和使用，將各種傳感器在空間或者時間上的冗餘或者互補信息依據某種準則進行組合，產生對被測對象的一致性解釋或者描述，其目的是基於各個傳感器分離的觀測信息，通過對信息的優化組合以導出更多的有用信息，消除單個或者少量傳感器的局限性。融合過程如下：

1）信息獲取：將傳感器採集的信息轉換為A/D轉換器或者微處理器I/O接口能接收的電信號，進行微處理器進行處理。

2）信號預處理：在對多傳感器進行信號融合處理前，有必要對傳感器輸出信號進行預處理，以儘可能除去這些噪音，提高信號的信噪比。

3）特徵提取：對來自傳感器的原始信息進行特徵提取，特徵可以是被測對象的各種物理量值。

4）融合計算。

本實施例中瓦斯濃度傳感器為雷射瓦斯傳感器，雷射瓦斯傳感器包括雷射發射模塊、光電轉換器和氣室，雷射發射模塊發出的調製雷射進入氣室、經反射後由光電轉換器接收，並轉換為輸出信號。

溫度傳感器為熱敏電阻傳感器。

壓力傳感器為壓阻式傳感器，該傳感器利用導體或者半導體材料在外力作用下產生機械變形，其電阻值亦發生變化的原料實現對壓力的測量。

井上部分包括礦區監控中心，是整個系統的最上層部分，它完成數據的分析、處理、存儲、查詢以及各種報表的生成。礦區監控中心包括監控主機，監控主機通過RS232串口連接GPRS Modem，GPRS Modem是通訊的核心部分，GPRS Modem通過天線射頻信號與GPRS網完成數據傳輸，由GPRS網將信號輸送至礦局監控中心，數據在傳輸過程中遵守各自的通訊協議。

本實施例中，礦區監控中心通過CAN總線與井下部分的CAN通訊接口電路進行通信。井下部分數據通過CAN總線傳輸至監控主機，CAN通訊卡主要由CAN通訊控制器、CAN總線發送接收器組成，目前市場上有很多直插式CAN通訊卡可供選擇。

當然，上述說明並非對本實用新型的限制，本實用新型也不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬於本實用新型的保護範圍。