矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法，十六个超声波传感器等角度固定在内环的内壁，每个超声波传感器同时具有发射超声波和接收超声波的功能；所有信号线共同连接于固定在外环上的多芯插头上，多芯插头通过多芯屏蔽电缆与一程控多路切换开关相连接，程控多路切换开关分别与电压脉冲发生器、超声波数据采集装置线路连接，电压脉冲发生器与超声波数据采集装置线路连接，超声波数据采集装置与数据处理中心线路连接。将目前的单发单收检测方式改进为循环单发多收CT检测模式，采用超声波速度CT和吸收系数CT两种图像反映煤尘浓度分布，提高了其检测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法
本专利技术涉及超声波检测仪器，尤其涉及一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法。
技术介绍
煤矿井下巷道掘进和工作面开采过程中将产生大量的煤尘，特别是在瓦斯突出过程中产生的大量煤尘在达到一定条件会导致煤尘爆炸事故，因此准确实时测定矿井生产空间的煤尘浓度对防治煤尘爆炸事故具有重要的意义。超声波在穿透分布有粉尘或煤尘的气体时，其超声波速度和声强会产生较大的变化。超声波速度的变化是由于气体中煤尘粿粒的存在使超声波穿透路径长度与无煤尘时的直线路径长度不同而造成的；超声波声强的变化是由于气体中煤尘粿粒对超声波能量的吸收衰减造成的。超声波速度和声强与煤尘浓度的关系可以通过实验室或现场标定的方法获得。煤尘在地下空间的分布是极不均匀的，且是动态变化的。目前的各种粉尘和煤尘浓度检测装置主要是某一区域范围的平均浓度值。现有的超声波粉尘检测仪采用单发单收工作方式，其检测结果是单一射线路径的平均浓度值，往往造成实测浓度值低于局部实际浓度值，不能满足实时准确检测煤尘浓度空间分布的要求，导致局部区域煤尘浓度超限时而不能准确及时预报的现象。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法，通过循环超声波单发多收的方式满足图像重建的检测方式，解决了矿井空间煤尘浓度分布的实时检测问题。为解决上述技术问题，本专利技术方案包括：一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统，其包括煤尘浓度检测圆柱形腔体，其中，该煤尘浓度检测圆柱形腔体由内环和外环组成，十六个超声波传感器等角度固定在内环的内壁，每个超声波传感器同时具有发射超声波和接收超声波的功能；内环的外壁上均匀布置有多个安装槽，超声波传感器的信号线敷设于对应安装槽内，所有信号线共同连接于固定在外环上的多芯插头上，多芯插头通过多芯屏蔽电缆与一程控多路切换开关相连接，程控多路切换开关分别与电压脉冲发生器、超声波数据采集装置线路连接，电压脉冲发生器与超声波数据采集装置线路连接，超声波数据采集装置与数据处理中心线路连接。所述的矿井煤尘浓度动态检测系统，其中，上述超声波数据采集装置包括A/D采集板、电荷放大器、第一I/O接口、第二I/O接口与第三I/O接口，A/D采集板通过第三I/O接口与数据处理中心线路连接，电荷放大器通过第二I/O接口与数据处理中心线路连接，电荷放大器与A/D采集板线路连接，电荷放大器与程控多路切换开关线路连接，电压脉冲发生器通过同步电路与A/D采集板线路连接，电压脉冲发生器通过第一I/O接口与数据处理中心线路连接。所述的矿井煤尘浓度动态检测系统，其中，上述数据处理中心为计算机。一种使用所述矿井煤尘浓度动态检测系统的煤尘浓度动态监测方法，其包括以下步骤：A、程控多路切换开关控制一个超声波传感器处于发射状态，控制与该超声波传感器辐射面法线与发射接收对连线的夹角小于45°的另外七个超声波传感器处于接收状态；十六个超声波传感器中的每个超声波传感器都遍历一次发射状态后形成满足CT图像重建的检测模式；B、电压脉冲发生器产生的高压脉冲信号通过程控多路切换开关输入到对应超声波传感器产生超声波模拟信号，与该对应超声波传感器对应的另外七个处于接收状态的超声波传感器接收到的超声波模拟信号通过程控多路切换开关输入到超声波数据采集装置，在超声波数据采集装置内进行电荷放大、衰减、A/D转换后形成数字信号，超声波数据采集装置将该数字信号传输出到数据处理中心进行数据处理。所述的煤尘浓度动态监测方法，其中，上述步骤B具体的还包括：上述数据处理中心根据设定的初值阈值和分析时间窗口区间，自动识别超声波初至时间ti和最大峰值，形成走时数据文件和幅值数据文件，再由CT图像重建算法得到煤尘浓度检测圆柱形腔体区域内煤尘的速度分布和吸收系数分布，最后根据煤尘浓度与超声波速度和吸收系数的标定结果转换得到煤尘浓度分布图像。本专利技术提供的一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法，将目前的单发单收检测方式改进为循环单发多收CT检测模式，采用超声波速度CT和吸收系数CT两种图像反映煤尘浓度分布，提高了其检测的准确性，通过对超声波信号的频谱分析，获得不同频率的信号峰值，利用不同粒径煤尘对超声波频率的选择性特征可以检测出不同粒径煤尘的空间分布，获得更精准的煤尘浓度分布图像，是现有技术的极大进步。附图说明图1为本专利技术中矿井煤尘浓度动态检测系统的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统及煤尘浓度动态监测方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统，其包括煤尘浓度检测圆柱形腔体10，如图1所示的，该煤尘浓度检测圆柱形腔体10由内环1和外环2组成，十六个超声波传感器3等角度固定在内环的内壁，每个超声波传感器3同时具有发射超声波和接收超声波的功能；内环1的外壁上均匀布置有多个安装槽11，超声波传感器3的信号线12敷设于对应安装槽11内，所有信号线12共同连接于固定在外环2上的多芯插头4上，多芯插头4通过多芯屏蔽电缆5与一程控多路切换开关6相连接，程控多路切换开关6分别与电压脉冲发生器7、超声波数据采集装置8线路连接，电压脉冲发生器7与超声波数据采集装置8线路连接，超声波数据采集装置8与数据处理中心9线路连接。在本专利技术的另一较佳实施例中，上述超声波数据采集装置8包括A/D采集板13、电荷放大器14、第一I/O接口15、第二I/O接口16与第三I/O接口17，A/D采集板13通过第三I/O接口17与数据处理中心9线路连接，电荷放大器14通过第二I/O接口16与数据处理中心8线路连接，电荷放大器14与A/D采集板13线路连接，电荷放大器14与程控多路切换开关6线路连接，电压脉冲发生器7通过同步电路与A/D采集板13线路连接，电压脉冲发生器7通过第一I/O接口15与数据处理中心9线路连接。而且上述数据处理中心9为计算机、工业计算等设备。本专利技术还提供了一种使用所述矿井煤尘浓度动态检测系统的煤尘浓度动态监测方法，其包括以下步骤：步骤一，程控多路切换开关6控制一个超声波传感器3处于发射状态，控制与该超声波传感器3辐射面法线与发射接收对连线的夹角小于45°的另外七个超声波传感器处于接收状态；十六个超声波传感器3中的每个超声波传感器3都遍历一次发射状态后形成满足CT图像重建的检测模式；步骤二，电压脉冲发生器7产生的高压脉冲信号通过程控多路切换开关6输入到对应超声波传感器3产生超声波模拟信号，与该对应超声波传感器3对应的另外七个处于接收状态的超声波传感器接收到的超声波模拟信号通过程控多路切换开关6输入到超声波数据采集装置8，在超声波数据采集装置8内进行电荷放大、衰减、A/D转换后形成数字信号，超声波数据采集装置8将该数字信号传输出到数据处理中心9进行数据处理。更进一步的，上述步骤二具体的还包括：上述数据处理中心9根据设定的初值阈值和分析时间窗口区间，自动识别超声波初至时间ti和最大峰值，形成走时数据文件和幅值数据文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统，其包括煤尘浓度检测圆柱形腔体，其特征在于，该煤尘浓度检测圆柱形腔体由内环和外环组成，十六个超声波传感器等角度固定在内环的内壁，每个超声波传感器同时具有发射超声波和接收超声波的功能；内环的外壁上均匀布置有多个安装槽，超声波传感器的信号线敷设于对应安装槽内，所有信号线共同连接于固定在外环上的多芯插头上，多芯插头通过多芯屏蔽电缆与一程控多路切换开关相连接，程控多路切换开关分别与电压脉冲发生器、超声波数据采集装置线路连接，电压脉冲发生器与超声波数据采集装置线路连接，超声波数据采集装置与数据处理中心线路连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的矿井煤尘浓度动态检测系统，其包括煤尘浓度检测圆柱形腔体，其特征在于，该煤尘浓度检测圆柱形腔体由内环和外环组成，十六个超声波传感器等角度固定在内环的内壁，每个超声波传感器同时具有发射超声波和接收超声波的功能；内环的外壁上均匀布置有多个安装槽，超声波传感器的信号线敷设于对应安装槽内，所有信号线共同连接于固定在外环上的多芯插头上，多芯插头通过多芯屏蔽电缆与一程控多路切换开关相连接，程控多路切换开关分别与电压脉冲发生器、超声波数据采集装置线路连接，电压脉冲发生器与超声波数据采集装置线路连接，超声波数据采集装置与数据处理中心线路连接。2.根据权利要求1所述的矿井煤尘浓度动态检测系统，其特征在于，上述超声波数据采集装置包括A/D采集板、电荷放大器、第一I/O接口、第二I/O接口与第三I/O接口，A/D采集板通过第三I/O接口与数据处理中心线路连接，电荷放大器通过第二I/O接口与数据处理中心线路连接，电荷放大器与A/D采集板线路连接，电荷放大器与程控多路切换开关线路连接，电压脉冲发生器通过同步电路与A/D采集板线路连接，电压脉冲发生器通过第一I/O接口与数据处理中心线路连接。3.根据权利要求1所述的矿井煤尘浓度动态检测系统，其特征在于，上述数据处...

【专利技术属性】
技术研发人员：于师建，吴海涛，倪冠华，张延松，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37