[發明專利]礦井巷道大跨度中低風速測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201711247874.7
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107942092A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 于師建;李秉芮;趙文彬;王天樂
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司37252
• 代理人: 黃鈺

技術領域

本發明涉及超聲波風速測量技術領域，特別是涉及一種礦井巷道大跨度中低風速測量裝置及方法。

背景技術

合理可靠的通風系統是井下安全生產的保證。針對井下風流場的研究可有針對性的防止因存在低風流速度區域引起的瓦斯積聚，從而在預防瓦斯類事故的措施中起到關鍵作用，快速準確的判斷出井下導致風流出現波動的具體巷道以及巷道內的具體地點，是迅速解決通風問題的關鍵，具有重要的現實意義。只針對于某些特殊測點的監測具有很大的局限性，不能有效預測未知區域的風流狀態，這是近年來監測儀表及監測點數目不斷改善的同時瓦斯事故依然時有發生的最主要的原因。具體來說，一個風流測試點測試的風速并不能準確代表該點所在斷面的風速分布情況，只有針對巷道內風流速度分布進行測量才能為正確預防有毒有害氣體及粉塵的積聚提供指導。這其中必然涉及到低風流速度區域中巷道斷面的風速測量問題，特別是風速在0～0.15m/s范圍的精確測量問題。

風速測量，常用的儀表有杯狀風速計、翼狀風速計、熱敏風速計和超聲波風速計。杯狀風速計和翼狀風速計使用方便，但其惰性和機械摩擦阻力較大，只適合于測定較大的風速。熱敏風速計利用熱敏探頭，其工作原理是基于冷沖擊氣體帶走熱元件上的熱量，借助一個調節開元器件保持溫度恒定，此時調節電流和流速成正比。這種測量方法需要人為的干預，而且此儀表在湍流中使用時，來自各個方向的氣流同時沖擊熱元件，環境條件(溫度，濕度)的變化都會影響到測量結果的準確性。超聲波可用于測量風速，是因為在超聲波傳播過程中，會加載風流的流速信息，這些信息經過分離處理，便可以得到風流的流速。目前，礦用超聲波風速計有渦旋式風速計和時差式風速計，存在的主要問題有二：一是點測，只反映測點處的風速，不能反映巷道斷面的平均風速，不具代表性；二是當風速小于0.15m/s時測量精度難以滿足要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種礦井巷道大跨度中低風速測量裝置及方法，解決目前對礦井巷道大跨度中低風速測量不精確的問題。

本發明提供一種礦井巷道大跨度中低風速測量裝置，包括第一傳感器、第二傳感器、邏輯控制單元和主控單元；第一傳感器活動連接有第一固定座，第一傳感器上設置有第一超聲波發射探頭、第一超聲波接收探頭、紅外線發射模塊和紅外線接收模塊，第一超聲波發射探頭、第一超聲波接收探頭、紅外線發射模塊和紅外線接收模塊位于第一傳感器的同一位置處；第二傳感器活動連接有第二固定座，第二傳感器上設置有第二超聲波發射探頭、第二超聲波接收探頭和紅外線反射鏡，紅外線反射鏡上設定出標識區域，第二超聲波發射探頭、第二超聲波接收探頭和紅外線反射鏡位于第二傳感器的同一位置處；主控單元信號連接邏輯控制單元，邏輯控制單元經超聲波發射電路連接第一超聲波發射探頭、第二超聲波發射探頭，邏輯控制單元經A/D轉換器、程控放大器連接第一超聲波接收探頭、第二超聲波接收探頭，主控單元信號連接紅外線發射模塊和紅外線接收模塊。

進一步的，第一超聲波發射探頭發射超聲波的方向、第一超聲波接收探頭接收超聲波的方向、紅外線發射模塊發射紅外線的方向和紅外線接收模塊接收紅外線的方向互相平行，第二超聲波發射探頭發射超聲波的方向、第二超聲波接收探頭接收超聲波的方向和紅外線反射鏡的鏡面法線方向互相平行。

進一步的，所述主控單元為計算機。

進一步的，所述邏輯控制單元為單片機。

進一步的，主控單元依次經D/A轉換器、V/f轉換器信號連接有監控單元。

進一步的，所述監控單元為礦井監控系統井下分站，主控單元依次經D/A轉換器、V/f轉換器、RS485串口信號連接礦井監控系統井下分站。

進一步的，第一傳感器經球形鉸鏈連接第一固定座，第二傳感器經球形鉸鏈連接第二固定座。

本發明還提供一種礦井巷道大跨度中低風速測量方法，應用上述的礦井巷道大跨度中低風速測量裝置，包括以下步驟：

步驟一、沿巷道軸線較大跨度的距離兩端分別布置第一傳感器和第二傳感器，第一傳感器經第一固定座固定于巷道的一幫，第二傳感器經第二固定座固定于巷道的另一幫，第一傳感器和第二傳感器的連線斜穿巷道；