一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置及方法，属于声学特性分析测量技术领域。该装置包括软件测试平台、实验腔体系统、数据采集仪、气体制备系统、功率放大器、程序升温系统、气体分析系统和智能加湿器，所述实验腔体系统包括实验腔管主体、实验腔管后盖、液体保温层，实验腔管主体内设有喷淋系统。本发明专利技术采用液体保温层对实验腔管主体进行保温，消除了电热毯中电生磁作用对传声器的影响；能够模拟声波在松散煤体升温产物环境中的传播，环境包括气体成分、气体浓度及环境湿度，能够对松散煤体升温过程中声波传播的声波衰减系数、声波飞渡时间等特性进行有效测量与分析，为声学测量松散煤体温度的研究提供参数支持。持。持。

【技术实现步骤摘要】
一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置及方法


[0001]本专利技术属于声学特性分析测量
，尤其涉及一种用于探测声波在松散煤体升温过程中传播路径及特性的分析测试装置及方法。

技术介绍

[0002]采空区煤自燃是影响矿井安全生产的重要因素之一，严重的制约着矿井的安全生产，采空区煤体温度场的精准探测是解决煤自燃问题的关键。
[0003]现有的采空区高温点探测法主要分为接触式与非接触式，其中，热电偶法、钻孔法等接触式测温方法受地下积水等环境因素的影响较大，且井下钻孔取样成本高，导致测温工作量大；遥感法、磁法、自然电位法等非接触式测温方法因为信号抗干扰能力差，导致测温准确率不高，这些问题严重影响煤自燃高温区域的探测。
[0004]声学测温技术因其具有测量范围广、空间大，能够进行实时监测及非接触式测温等优点备受关注，声学测温法的基本原理是利用声波在介质中传播速度是介质温度的单值函数这一物理关系，依据声速和温度物理关系重建介质中的温度场。目前声波测温技术在锅炉、粮仓以及堆积生物质等领域研究较多，已建立较为成熟的测温模型，并且在这些领域已成功应用。采空区松散遗煤与仓储粮食及堆积生物质具有一定的相似性，都属于松散介质范畴，因此，基于声学法的测温技术有望成为松散煤体高温点探测极具发展前景的一种方法。
[0005]现阶段针对基于声学法的松散煤体温度测量研究较少，处于初期探索阶段。如声波在松散煤体升温过程中传播时的基础声学特性尚不清楚。对声波在升温的松散煤体内传播特性的研究进度缓慢，严重影响了声学测温技术在松散煤体测温领域的应用。申请号为202011180700.5的专利技术专利是我们在前申请的专利技术，该技术还存在以下不足之处：(1)使用的加热方式为电热毯加热，电流在闭合的电路中流动时会产生电磁波，导致传声器接收到的信号受到严重的干扰；(2)通入的气流在经过实验腔管后直接排除，并不能分析出物质在升温过程中产生的气体成分，导致对结果分析不准确；(3)虽然提及声波飞渡时间，但并未提供声波飞渡时间的具体计算方法；(4)不能实现实时智能配气，且不能对配完的气体成分进行实时检测；(5)未提出声波传播路径具体的分析方式及分析步骤；(6)不能模拟不同温度点时声波在松散煤体空隙中的真实环境(包括温度及湿度)。
[0006]声波在松散煤体内传播过程中的影响因素较多，传播过程较为复杂，且温度及气体组分等因素对声波在松散煤体内的飞渡时间影响较大，故明确声波在松散煤体升温过程中的传播特性尤为重要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的是要提供一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置及方法，该装置在完成声音的产生、发声、接收、采集、分析全过程的同时，能够完成松散煤体升温过程中各个温度点产生气体成分实时分析，在不同氧浓度松散煤体升温过程中声波传
播特性分析，不同饱和气体松散煤体中声波传播特性，模拟声波在不同温度点时松散煤体产物中(包括温度、湿度及气体成分)的传播特性等；传播特性包括声波衰减系数、声波飞渡时间等；通过分析不同声源信号的衰减系数受温度的影响程度，优选适用于声波测温的最佳声源信号等，测试结果能够为声学测量松散煤体温度的研究提供参数支持，对研究声学测温技术在松散煤体中应用具有积极的意义。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]本专利技术的目的之一是提供一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，包括软件测试平台、实验腔体系统、数据采集仪、气体制备系统，所述数据采集仪用于接收实验腔体系统传输的声波信号，并上传给软件测试平台，所述气体制备系统作为气体源，将气体送入实验腔体系统内；
[0010]所述软件测试平台通过功率放大器与实验腔体系统连接，用于音频信号发生、声波信号接收及分析、声波飞渡时间计算、声波衰减系数计算；
[0011]所述功率放大器用于对软件测试平台产生的弱电信号进行放大，并传输给实验腔体系统；
[0012]所述实验腔体系统连接有程序升温系统，所述程序升温系统用于对实验腔体系统内填充的松散煤体进行液浴升温；
[0013]所述实验腔体系统还连接有气体分析系统，所述气体分析系统用于对实验腔体系统排出的气体进行气体成分实时分析，并将分析结果上传给软件测试平台。
[0014]进一步地，所述音频信号包括正弦波信号、三角波信号、方波信号、锯齿波信号、模拟脉冲信号、伪随机信号、白噪声信号。
[0015]进一步地，所述功率放大器的频率响应范围为20Hz～20kHz。
[0016]进一步地，所述实验腔体系统包括实验腔管主体、实验腔管后盖、液体保温层；所述实验腔管主体内自左向右依次设有扬声器、第一传声器、温湿度传感器、第二传声器，第一传声器、温湿度传感器、第二传声器均安装于实验腔管主体内顶部，扬声器右侧设有第一挡网，实验腔管主体底部靠近第一挡网右侧位置留有进气孔，进气孔连接气体制备系统，实验腔管主体右端面开设有进线孔，耐高温电线通过进线孔连接功率放大器与扬声器，所述第一传声器与第二传声器通过低电平传输线与数据采集仪相连，温湿度传感器通过数据线与软件测试平台连接；所述实验腔管后盖与实验腔管主体可拆卸连接形成实验腔管，实验腔管后盖内部设有锥形吸声海绵，锥形吸声海绵左侧设有第二挡网，实验腔管后盖顶部靠近第二挡网右侧位置开设有出气孔，出气孔连接气体分析系统；所述液体保温层包围于实验腔管主体外侧，液体保温层与程序升温系统连接。
[0017]作为优选，所述第一挡网和第二挡网的丝径为0.55mm。
[0018]作为优选，所述第一传声器和第二传声器的采样频率为51200Hz，第一传声器和第二传声器采用耐高温的压电式陶瓷传声器。
[0019]作为优选，所述温湿度传感器的精度为0.1℃，0.1％RH。
[0020]作为优选，所述实验腔管后盖纵截面呈侧开口的“匚”型结构，实验腔管后盖通过螺纹与实验腔管主体相连接，并缠绕生胶带，保证密封性。
[0021]作为优选，所述扬声器与功率放大器采用莲花接头相连。
[0022]作为优选，所述实验腔管主体底部设置有三个Y字形支架，三个Y字形支架等间距
托支实验腔管主体，且Y字形支架外包有软质橡胶。
[0023]进一步地，所述程序升温系统包括温控仪、升温液体箱、液体循环泵，温控仪用于调节升温液体箱内液体介质的温度，升温液体箱侧壁设有出液管、回流管，出液管与液体保温层右端顶部设置的进液端连接，回流管与液体保温层右端底部设置的出液端连接，液体循环泵设置于出液管上。
[0024]作为优选，所述出液管上还设置有阀门开关。
[0025]作为优选，所述液体保温层上进液端的长度为6cm，出液端的长度为6cm，液体保温层左端面上留有允许连接功率放大器与扬声器的耐高温电线通过的直径为0.5cm的小孔。
[0026]作为优选，所述升温液体箱内液体介质的沸点为100～300℃，所述温控仪精度为0.1℃。
[0027]进一步地，所述气体制备系统包括储气罐、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，包括软件测试平台、实验腔体系统、数据采集仪、气体制备系统，所述数据采集仪用于接收实验腔体系统传输的声波信号，并上传给软件测试平台，所述气体制备系统作为气体源，将气体送入实验腔体系统内；其特征在于：所述软件测试平台通过功率放大器与实验腔体系统连接，用于音频信号发生、声波信号接收及分析、声波飞渡时间计算、声波衰减系数计算；所述功率放大器用于对软件测试平台产生的弱电信号进行放大，并传输给实验腔体系统；所述实验腔体系统连接有程序升温系统，所述程序升温系统用于对实验腔体系统内填充的松散煤体进行液浴升温；所述实验腔体系统还连接有气体分析系统，所述气体分析系统用于对实验腔体系统排出的气体进行气体成分实时分析，并将分析结果上传给软件测试平台。2.根据权利要求1所述的用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，其特征在于：所述实验腔体系统包括实验腔管主体、实验腔管后盖、液体保温层；所述实验腔管主体内自左向右依次设有扬声器、第一传声器、温湿度传感器、第二传声器，第一传声器、温湿度传感器、第二传声器均安装于实验腔管主体内顶部，扬声器右侧设有第一挡网，实验腔管主体底部靠近第一挡网右侧位置留有进气孔，进气孔连接气体制备系统，实验腔管主体右端面开设有进线孔，耐高温电线通过进线孔连接功率放大器与扬声器，所述第一传声器与第二传声器通过低电平传输线与数据采集仪相连，温湿度传感器通过数据线与软件测试平台连接；所述实验腔管后盖与实验腔管主体可拆卸连接形成实验腔管，实验腔管后盖内部设有锥形吸声海绵，锥形吸声海绵左侧设有第二挡网，实验腔管后盖顶部靠近第二挡网右侧位置开设有出气孔，出气孔连接气体分析系统；所述液体保温层包围于实验腔管主体外侧，液体保温层与程序升温系统连接；所述实验腔管主体底部设置有三个Y字形支架，三个Y字形支架等间距托支实验腔管主体，且Y字形支架外包有软质橡胶。3.根据权利要求2所述的用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，其特征在于：所述程序升温系统包括温控仪、升温液体箱、液体循环泵，温控仪用于调节升温液体箱内液体介质的温度，升温液体箱侧壁设有出液管、回流管，出液管与液体保温层右端顶部设置的进液端连接，回流管与液体保温层右端底部设置的出液端连接，液体循环泵设置于出液管上；所述出液管上还设置有阀门开关，所述升温液体箱内液体介质的沸点为100～300℃。4.根据权利要求3所述的用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，其特征在于：所述气体制备系统包括储气罐、动态配气仪，储气罐侧壁设有进气管、出气管，动态配气仪上设有第一标气进气口、第二标气进气口、第三标气进气口、第四标气进气口、混合气出气口、废气出气口，储气罐通过进气管与混合气出气口连接，进气孔通过出气管与储气罐连接，第一标气进气口、第二标气进气口、第三标气进气口、第四标气进气口分别通过聚四氟乙烯管连接有第一气瓶、第二气瓶、第三气瓶、第四气瓶，第一气瓶、第二气瓶、第三气瓶、第四气瓶上均设有减压阀，第一气瓶、第二气瓶、第三气瓶、第四气瓶内存储的气体经第一标气进气口、第二标气进气口、第三标气进气口、第四标气进气口进入动态配气仪内按比例混合后经混合气出气口送入储气罐，动态配气仪内产生的废气经废气出气口排出；所述出气管上设有气体转子流量计。
5.根据权利要求4所述的用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，其特征在于：所述气体分析系统包括气相色谱分析仪、气液分离器，所述气液分离器采用三通管结构，其内部装有颗粒状干燥硅胶，气液分离器的进口连接出气孔，气液分离器的其中一个出口与气相色谱分析仪上设置的分析气体进口连接，气液分离器的另一出口直接排到室外；气相色谱分析仪内设有与分析气体进口连接的色谱柱，气相色谱分析仪上设有用于色谱柱内废气排出的废气排出口，气相色谱分析仪通过其上设置的电脑连接端口与软件测试平台连接；与分析气体进口相连的所述气液分离器的出口上设置第二开关，气液分离器的另一出口上设置第一开关。6.根据权利要求1所述的用于升温的松散煤体中声传播特性测试装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓军，屈高阳，任帅京，王彩萍，易欣，王津睿，陈炜乐，刘同双，蔡国斌，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：