[發明專利]一種礦井突水水源快速判別設備

有效

• 申請號: 201410570877.4
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104297308A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 錢家忠;馬雷;李佩全;劉滿才;汪敏華;趙衛東;馬濟國
• 申請（專利權）人: 淮南礦業(集團)有限責任公司;合肥工業大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/333;G01N35/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 汪祥虬

1.一種礦井突水水源快速判別設備，包括：置于外殼(C1)內部的電路板(A)，外殼(C1)上設有電源輸入接口(C11)、開機/關機按鈕(C3)、模式轉換開關(C2)、顯示屏(A2)、Micro-USB接口(A7)和離子電極連接線接口(C12)，以及功能按鈕(C4～C10)：分別為四方向控制鍵盤組合(C4)、待識別水源類型設定功能按鈕(C5)、根據水質樣本構建突水水源判別流程體系功能按鈕(C6)、突水水源判別流程體系調整與設置功能按鈕(C7)、檢測離子指標切換功能按鈕(C8)、檢測離子濃度功能按鈕(C9)和突水水源判別功能按鈕(C10)；所述電路板(A)上以單片機(A1)為核心，連接顯示屏(A2)、A/D轉換模塊(A4)、存儲器(A5)、擴展鍵盤模塊(A6)、micro-USB接口(A7)和電源模塊(A8)；其特征在于：所述功能按鈕(C4～C10)和開機/關機按鈕(C3)通過I/O方式與單片機(A1)連接，離子電極傳感器(D3)通過連接線(D2)與離子電極連接線接口(C12)相連，并和A/D轉換模塊(A4)之間通過I/O方式連接，A/D轉換模塊(A4)通過串口方式與單片機(A1)連接，顯示屏(A2)和單片機(A1)之間通過并行方式連接，存儲器(A5)通過I/O方式與單片機(A1)連接，Micro-USB接口(A7)通過I/O方式與單片機(A1)連接，對外則通過Micro-USB接口(A7)和PC機USB接口連接，模式轉換開關(C2)與可調電位器(A11)通過I/O方式連結；所述功能按鈕(C4～C10)采用數碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理芯片ZLG7289擴展鍵盤模塊(A6)，離子選擇性電極(A3)根據具體測定的需要分別選擇采用相應的測定氯離子、硫酸根離子、鈣離子、鈉離子或鎂離子的離子選擇性電極，存儲器(A5)為帶電可編程可擦除只讀存儲器，電源模塊(A8)采用WOA50W系列一體化AC/DC電源，分別以端子式與單片機(A1)和A/D轉換模塊(A4)連接，輸出一個5V和一個12V穩壓電源，其中的5V穩壓電源對單片機(A1)和A/D轉換模塊(A4)提供工作電源，12V穩壓電源對運算放大器(A9)和存儲器(A5)提供工作電源；

通過調節外殼(C1)上與單片機(A1)連結的模式轉換開關(C2)進行設定模式和運行模式的轉換：在設定模式下，將礦井歷來檢測的、不同含水層類型水樣的多個離子濃度的水樣數據以表格形式保存在單片機的txt文檔中，使用前先將其從單片機(A1)導入所述存儲器(A5)中，根據實測獲得的各水源類型以及每個水樣的多個離子濃度數據通過Micro-USB接口連接單片機(A1)導入，或者由功能按鈕中的待識別水源類型設定功能按鈕(C5)、根據水質樣本構建突水水源判別流程體系功能按鈕(C6)以及突水水源判別流程體系調整與設置功能按鈕(C7)輸入，采用單片機系統中常用的鍵盤加EEPROM的方法設置待識別水源類型，每一種水源類型的水樣樣本數不少于三個；顯示采用靜態驅動方式的4位LED在線顯示離子濃度；在運行模式下，單片機(A1)輸出控制驅動電路控制電磁閥門(A10)，進入突水水源判別流程系統，通過單片機(A1)的控制信號來實現對離子濃度的控制；

所述通過單片機(A1)的控制信號來實現對離子濃度的控制為：

依次選擇從第一個離子指標到最后一個離子指標作為當前處理指標，對當前處理指標從小到大進行排序，從最小值開始，在最小值和最大值之間，依次選擇排序后的相鄰兩個值的平均值作為閾值，每移動一次閾值，對所有的每個水樣進行判別，判別時將該指標小于閾值的水樣歸為某種水源類型，或將該指標大于閾值的水樣歸為某種水源類型，其他水樣歸為新的待判樣本，同時將待判水源類型中剔除該種水源類型，如此循環計算，直到選擇的指標和閾值作為判別某種水源類型的判別準確率最高，則選定該指標、閾值及其大于還是小于閾值作為識別該種水源類型的特征離子、閾值和判別關系；如此循環，進入下一輪識別，直到所有水源類型都被識別出來，則水源類型識別的先后順序、每個水源類型使用的特征離子指標、對應的閾值及其判別關系都確定下來，從而生成了突水水源判別流程體系；

使用上述突水水源判別流程體系調整與設置功能按鈕，調出突水水源判別流程體系，使用四方向控制鍵選擇判別順序編號為1的參數，所述參數為該判別順序編號對應的水源類型、特征離子、閾值和判別關系，從待識別水源類型中選擇首先判別的水源類型,從水樣離子指標中選擇該水源類型的特征離子指標，設定該離子指標用于判別選定水源類型的的閾值，設定判別時使用的判別關系；然后設置判別順序為2的參數，從未設置的待識別水源類型中選擇第2判別的水源類型，并從水樣離子指標中選擇該水源類型的特征離子指標，設定該離子指標用于判別選定水源類型的的閾值，設定判別時使用的判別關系；以此類推，對判別順序加1進行逐個設置，直到完成倒數第二個待識別水源類型，同時將最后一個未設置的待識別水源類型設定為最后一個識別水源類型，且最后一個識別水源類型的特征離子、閾值和判別關系為空值；突水水源判別流程體系的參數以順序編號、水源類型、特征離子、閾值、判別關系字段方式存儲在存儲器(A5)中；

使用離子電極傳感器(A3)測試水樣，得到對應的模擬電壓信號，然后再通過A/D轉換模塊(C11)變成數字信號傳入單片機(A1)，單片機(A1)根據能斯特方程計算得到實際的離子濃度，并將計算結果在顯示屏(A2)顯示出來；

根據所述突水水源判別流程體系中的判別順序，依次選用水源類型對應的特征離子所對應的離子電極，測試特征離子濃度值，單片機根據判別關系比較特征離子濃度檢測數值和突水水源判別流程體系中的該特征離子的閾值，判別突水水樣是否為該水源類型：如果是，則識別突水水源結束；否則按照突水水源判別流程體系中的判別順序，進一步判別水樣是否為其他水源類型，直到判別出水樣的水源類型。