[發明專利]礦井煤塵濃度動態檢測系統及煤塵濃度動態監測方法

有效

• 申請號: 201611093694.3
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106855492B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 于師建;吳海濤;倪冠華;張延松
• 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: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 申傳曉

本發明公開了一種基于超聲波的礦井煤塵濃度動態檢測系統及煤塵濃度動態監測方法，十六個超聲波傳感器等角度固定在內環的內壁，每個超聲波傳感器同時具有發射超聲波和接收超聲波的功能；所有信號線共同連接于固定在外環上的多芯插頭上，多芯插頭通過多芯屏蔽電纜與一程控多路切換開關相連接，程控多路切換開關分別與電壓脈沖發生器、超聲波數據采集裝置線路連接，電壓脈沖發生器與超聲波數據采集裝置線路連接，超聲波數據采集裝置與數據處理中心線路連接。將目前的單發單收檢測方式改進為循環單發多收CT檢測模式，采用超聲波速度CT和吸收系數CT兩種圖像反映煤塵濃度分布，提高了其檢測的準確性。

技術領域

本發明涉及超聲波檢測儀器，尤其涉及一種基于超聲波的礦井煤塵濃度動態檢測系統及煤塵濃度動態監測方法。

背景技術

煤礦井下巷道掘進和工作面開采過程中將產生大量的煤塵，特別是在瓦斯突出過程中產生的大量煤塵在達到一定條件會導致煤塵爆炸事故，因此準確實時測定礦井生產空間的煤塵濃度對防治煤塵爆炸事故具有重要的意義。

超聲波在穿透分布有粉塵或煤塵的氣體時，其超聲波速度和聲強會產生較大的變化。超聲波速度的變化是由于氣體中煤塵粿粒的存在使超聲波穿透路徑長度與無煤塵時的直線路徑長度不同而造成的；超聲波聲強的變化是由于氣體中煤塵粿粒對超聲波能量的吸收衰減造成的。超聲波速度和聲強與煤塵濃度的關系可以通過實驗室或現場標定的方法獲得。

煤塵在地下空間的分布是極不均勻的，且是動態變化的。目前的各種粉塵和煤塵濃度檢測裝置主要是某一區域范圍的平均濃度值。現有的超聲波粉塵檢測儀采用單發單收工作方式，其檢測結果是單一射線路徑的平均濃度值，往往造成實測濃度值低于局部實際濃度值，不能滿足實時準確檢測煤塵濃度空間分布的要求，導致局部區域煤塵濃度超限時而不能準確及時預報的現象。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于超聲波的礦井煤塵濃度動態檢測系統及煤塵濃度動態監測方法，通過循環超聲波單發多收的方式滿足圖像重建的檢測方式，解決了礦井空間煤塵濃度分布的實時檢測問題。

為解決上述技術問題，本發明方案包括：

一種基于超聲波的礦井煤塵濃度動態檢測系統，其包括煤塵濃度檢測圓柱形腔體，其中，該煤塵濃度檢測圓柱形腔體由內環和外環組成，十六個超聲波傳感器等角度固定在內環的內壁，每個超聲波傳感器同時具有發射超聲波和接收超聲波的功能；內環的外壁上均勻布置有多個安裝槽，超聲波傳感器的信號線敷設于對應安裝槽內，所有信號線共同連接于固定在外環上的多芯插頭上，多芯插頭通過多芯屏蔽電纜與一程控多路切換開關相連接，程控多路切換開關分別與電壓脈沖發生器、超聲波數據采集裝置線路連接，電壓脈沖發生器與超聲波數據采集裝置線路連接，超聲波數據采集裝置與數據處理中心線路連接。

所述的礦井煤塵濃度動態檢測系統，其中，上述超聲波數據采集裝置包括A/D采集板、電荷放大器、第一I/O接口、第二I/O接口與第三I/O接口，A/D采集板通過第三I/O接口與數據處理中心線路連接，電荷放大器通過第二I/O接口與數據處理中心線路連接，電荷放大器與A/D采集板線路連接，電荷放大器與程控多路切換開關線路連接，電壓脈沖發生器通過同步電路與A/D采集板線路連接，電壓脈沖發生器通過第一I/O接口與數據處理中心線路連接。

所述的礦井煤塵濃度動態檢測系統，其中，上述數據處理中心為計算機。

一種使用所述礦井煤塵濃度動態檢測系統的煤塵濃度動態監測方法，其包括以下步驟：

A、程控多路切換開關控制一個超聲波傳感器處于發射狀態，控制與該超聲波傳感器輻射面法線與發射接收對連線的夾角小于45°的另外七個超聲波傳感器處于接收狀態；十六個超聲波傳感器中的每個超聲波傳感器都遍歷一次發射狀態后形成滿足CT圖像重建的檢測模式；