[發明專利]一種基于數據融合的礦井煤塵濃度測量的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410195405.5
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103969162A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 程學珍;于永進;郭春芬;衛阿盈;陳志巧;曲銀鳳;逄眀祥;馮翠萍
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于煤炭安全生產檢測方法和裝置領域，尤其涉及一種基于數據融合的礦井煤塵濃度測量的方法及裝置。

背景技術

在煤炭生產過程中，由于煤被破碎，隨之產生大量顆粒物并浮游于作業場所中，這些顆粒物粒徑大的受重力作用而沉降形成降塵，粒徑細小的，則隨風流飄揚傳播并形成飄塵，被工作人員吸入后會長時間滯留在呼吸系統中，引發塵肺病。另外，在滿足一定濃度和外界環境(空氣、溫濕度、火源等)條件下，煤塵會引發爆炸事故。因此，準確快速地檢測出煤塵濃度，對保證煤礦工人身體健康和煤礦安全生產具有重要意義。

目前煤礦測量煤塵濃度的主要方法是稱重法和快速測塵法。稱重法工序繁瑣、工作時間長，采樣后需到井上進行烘干、稱重、分析后才能得出煤塵濃度，該法為各國家校驗煤塵采樣儀器的主要方法。快速測塵法能快速測出煤塵濃度，并可在本地實時地檢測及顯示，但該法主要基于光散射理論進行，受硬件實現限制及礦井環境因素制約等使得目前采用該法測得的濃度主要是大顆粒煤塵的濃度。該類大顆粒粒徑(a)一般＞5μm，即主要檢測的是易引起爆炸的煤塵(煤塵爆炸條件之一是粒徑25μm≤a≤75μm)和可吸入顆粒物煤塵PM10(a≤10μm)，但此時PM10的范圍不是a≤10μm，而是5μm≤a≤10μm，而對于易引起塵肺病的可入肺顆粒物即PM2.5顆粒則檢測不到。本發明針對上述現狀，提出一種基于數據融合的煤塵濃度測量方法和裝置，該方法可以克服上述只測大顆粒而不測小顆粒的缺點，對煤礦合理測塵控塵意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數據融合的礦井煤塵濃度測量的方法及裝置，旨在解決現有技術對煤塵濃度檢測不準確的問題。

本發明是這樣實現的，一種基于數據融合的礦井煤塵濃度測量的方法，包括以下步驟：

(1)收集煤塵前向±8°附近以及后向180°附近的散射光能，測量散射光在前向空間積分強度得到粒徑a≧5μm顆粒的濃度，以及測量后向空間積分強度得到粒徑a≦5μm的小顆粒的濃度；

(2)對光信號進行去除噪聲和粗大誤差預處理，將預處理后的光信號進行電信號轉換顯示處理；

(3)設定神經網絡隱含層神經元個數；在對采集的待處理樣本信息進行神經網絡訓練識別，將誤差逐漸縮小至要求范圍之內；基于煤塵粒徑的Rosin-Rammler函數分布，對多層前向神經網絡BP獲取的神經網絡數據融合模型參數進行修正；

(4)將大顆粒濃度值和小顆粒濃度值輸入修正后的神經網絡數據融合模型計算出空間中煤塵的濃度。

優選地，在步驟(2)中，所述去除噪聲和粗大誤差預處理包括以下步驟：

首先基于光電探測器獲取I₁和I₂，并基于煤塵粒徑分布符合Rosin-Rammler函數分布，函數關系式如下所示，

V(a)=1-exp(-a/a_)n;]]>

設n＝3、a為多個的大小顆粒值、入射光的強度I₀為固定、典型折射率m＝1.57-0.56i，獲得最佳系數k₁和k₂分別為和從而得到C₁＝k₁I₁，C₂＝k₂I₂,由此得到大小顆粒物的濃度值。

優選地，所述步驟(3)具體包括：

1)制定網絡的拓撲結構，將網絡設置為三層；

2)設定網絡的參數，包括分類精度、循環次數和樣本特征值向量的各個常數因子，對網絡進行初始化設置；