本發(fā)明涉及礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)，具體為一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著煤礦井下機(jī)械化程度的不斷提高，粉塵污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)粉塵濃度并及時(shí)采取通風(fēng)除塵措施，可以有效防止粉塵爆炸，改善工作環(huán)境；

2、傳統(tǒng)的粉塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多采用基于光學(xué)原理或靜電感應(yīng)原理的傳感器，但在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境下，這些系統(tǒng)的測(cè)量精度往往受到溫度波動(dòng)的影響，導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)不穩(wěn)定，因此，針對(duì)上述問(wèn)題提出一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，以解決傳統(tǒng)的粉塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多采用基于光學(xué)原理或靜電感應(yīng)原理的傳感器，但在煤礦井下復(fù)雜環(huán)境下，這些系統(tǒng)的測(cè)量精度往往受到溫度波動(dòng)的影響，導(dǎo)致傳感器的輸出信號(hào)不穩(wěn)定的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，包括粉塵傳感器模塊、信號(hào)放大與濾波模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊；所述粉塵傳感器模塊用于檢測(cè)煤礦井下的粉塵濃度，采用靜電感應(yīng)與光學(xué)結(jié)合的多模式檢測(cè)方式；所述信號(hào)放大與濾波模塊包括低噪聲放大器和自適應(yīng)濾波電路，所述信號(hào)放大與濾波模塊用于放大并濾除粉塵傳感器輸出信號(hào)中的噪聲；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)多次采樣平均減少量化噪聲；所述數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊包括中央處理單元和顯示報(bào)警系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊用于分析處理粉塵濃度數(shù)據(jù)，并在超標(biāo)時(shí)觸發(fā)報(bào)警；所述信號(hào)放大與濾波模塊具有自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，所述自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能用于減少煤礦井下溫度波動(dòng)對(duì)信號(hào)放大的影響，溫度補(bǔ)償?shù)木唧w計(jì)算公式為：

4、

5、式中：vout為溫度補(bǔ)償后的輸出電壓，vin為輸入的電壓信號(hào)，k是設(shè)備的增益溫度系數(shù)，t為當(dāng)前溫度，tref為參考溫度，β為非線(xiàn)性調(diào)節(jié)系數(shù)。

6、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：溫度補(bǔ)償功能還包括非線(xiàn)性補(bǔ)償算法、動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制、多變量補(bǔ)償系統(tǒng)和高精度溫度傳感器；所述非線(xiàn)性補(bǔ)償算法用于處理溫度對(duì)信號(hào)放大的非線(xiàn)性影響，特別是在溫度劇烈變化時(shí)，確保信號(hào)放大的穩(wěn)定性；所述動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制，以加快溫度補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)快速溫度變化的響應(yīng)速度，減少補(bǔ)償滯后的影響；所述多變量補(bǔ)償系統(tǒng)，在溫度補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，引入環(huán)境濕度補(bǔ)償功能，進(jìn)一步減少環(huán)境因素對(duì)信號(hào)放大的干擾；所述高精度溫度傳感器用于精確測(cè)量信號(hào)放大器的實(shí)時(shí)溫度，并通過(guò)定期校準(zhǔn)保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)多次采樣平均的方式減少量化噪聲，并利用校準(zhǔn)算法對(duì)傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述顯示報(bào)警系統(tǒng)包括一個(gè)多級(jí)報(bào)警機(jī)制，根據(jù)粉塵濃度的不同等級(jí)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述粉塵傳感器模塊的多模式檢測(cè)包括靜電感應(yīng)和光學(xué)散射檢測(cè)兩種模式，通過(guò)融合兩種模式的數(shù)據(jù)。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：包括以下步驟：步驟一：數(shù)據(jù)采集：通過(guò)粉塵傳感器模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)煤礦井下的粉塵濃度，生成電信號(hào)，粉塵傳感器模塊包括靜電感應(yīng)傳感器和光學(xué)散射傳感器，通過(guò)多模式檢測(cè)方式同時(shí)采集粉塵的電荷信號(hào)和光學(xué)信號(hào)；

11、步驟二：信號(hào)處理：通過(guò)信號(hào)放大與濾波模塊對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大和噪聲濾除，放大過(guò)程中采用溫度補(bǔ)償機(jī)制，且在放大過(guò)程中，除了溫度補(bǔ)償，還對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；

12、步驟三：模數(shù)轉(zhuǎn)換：將處理后的模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

13、步驟四：數(shù)據(jù)分析與報(bào)警：通過(guò)數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算粉塵濃度值，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)觸發(fā)報(bào)警，實(shí)時(shí)記錄粉塵濃度數(shù)據(jù)，并提供趨勢(shì)分析和歷史數(shù)據(jù)回放功能。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述數(shù)據(jù)分析步驟中，采用基于人工智能的算法對(duì)傳感器采集的多模式數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，以計(jì)算出粉塵濃度值。

15、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述信號(hào)處理步驟中，使用自適應(yīng)濾波算法對(duì)信號(hào)中的噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)濾除。

16、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用多次采樣平均技術(shù)，通過(guò)校準(zhǔn)算法對(duì)傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的內(nèi)容，其中：所述報(bào)警步驟中，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)閾值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成并發(fā)送報(bào)警信息至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、1、本發(fā)明中，通過(guò)采用多模式傳感器結(jié)合自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自適應(yīng)濾波技術(shù)，極大地提高了在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)微小粉塵濃度的測(cè)量精度和信號(hào)穩(wěn)定性，同時(shí)引入溫度補(bǔ)償功能，結(jié)合非線(xiàn)性補(bǔ)償算法、動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制和多變量補(bǔ)償系統(tǒng)，顯著提高了在復(fù)雜煤礦井下環(huán)境中信號(hào)放大的穩(wěn)定性與精度，溫度補(bǔ)償系數(shù)的計(jì)算公式能夠精確修正溫度波動(dòng)對(duì)信號(hào)放大的影響，確保系統(tǒng)在高溫或低溫條件下依然能夠提供準(zhǔn)確的粉塵濃度檢測(cè)，同時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制加快了系統(tǒng)對(duì)溫度快速變化的響應(yīng)速度，減少了補(bǔ)償滯后的問(wèn)題，而多變量補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)一步考慮了濕度對(duì)信號(hào)的影響，全面提升了系統(tǒng)的魯棒性和可靠性，確保測(cè)量結(jié)果的高度準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

20、2、本發(fā)明中，通過(guò)多次采樣平均和非線(xiàn)性誤差補(bǔ)償，提高了模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的抗干擾能力和測(cè)量精度，保證了系統(tǒng)在高干擾環(huán)境中的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)粉塵濃度并及時(shí)報(bào)警，同時(shí)簡(jiǎn)化了設(shè)備維護(hù)過(guò)程，延長(zhǎng)了設(shè)備免維修時(shí)間，降低了煤礦井下的運(yùn)行成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括粉塵傳感器模塊、信號(hào)放大與濾波模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：溫度補(bǔ)償功能還包括非線(xiàn)性補(bǔ)償算法、動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制、多變量補(bǔ)償系統(tǒng)和高精度溫度傳感器；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)多次采樣平均的方式減少量化噪聲，并利用校準(zhǔn)算法對(duì)傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述顯示報(bào)警系統(tǒng)包括一個(gè)多級(jí)報(bào)警機(jī)制，根據(jù)粉塵濃度的不同等級(jí)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述粉塵傳感器模塊的多模式檢測(cè)包括靜電感應(yīng)和光學(xué)散射檢測(cè)兩種模式，通過(guò)融合兩種模式的數(shù)據(jù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一：數(shù)據(jù)采集：通過(guò)粉塵傳感器模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)煤礦井下的粉塵濃度，生成電信號(hào)，粉塵傳感器模塊包括靜電感應(yīng)傳感器和光學(xué)散射傳感器，通過(guò)多模式檢測(cè)方式同時(shí)采集粉塵的電荷信號(hào)和光學(xué)信號(hào)；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)分析步驟中，采用基于人工智能的算法對(duì)傳感器采集的多模式數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，以計(jì)算出粉塵濃度值。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述信號(hào)處理步驟中，使用自適應(yīng)濾波算法對(duì)信號(hào)中的噪聲進(jìn)行實(shí)時(shí)濾除。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用多次采樣平均技術(shù)，通過(guò)校準(zhǔn)算法對(duì)傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述報(bào)警步驟中，當(dāng)粉塵濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)閾值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成并發(fā)送報(bào)警信息至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其為一種礦用粉塵濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其監(jiān)測(cè)方法，包括粉塵傳感器模塊、信號(hào)放大與濾波模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊；粉塵傳感器模塊用于檢測(cè)煤礦井下的粉塵濃度，采用靜電感應(yīng)與光學(xué)結(jié)合的多模式檢測(cè)方式；信號(hào)放大與濾波模塊包括低噪聲放大器和自適應(yīng)濾波電路，本發(fā)明中，通過(guò)采用多模式傳感器結(jié)合自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自適應(yīng)濾波技術(shù)，極大地提高了在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)微小粉塵濃度的測(cè)量精度和信號(hào)穩(wěn)定性，同時(shí)引入溫度補(bǔ)償功能，結(jié)合非線(xiàn)性補(bǔ)償算法、動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整機(jī)制和多變量補(bǔ)償系統(tǒng)，顯著提高了在復(fù)雜煤礦井下環(huán)境中信號(hào)放大的穩(wěn)定性與精度。

技術(shù)研發(fā)人員：符谷陽(yáng),商世蘋(píng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鎮(zhèn)江金鵬軟件科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6