一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法与流程

1.本技术涉及风量测量技术领域，尤其是一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法。


背景技术：

2.煤矿井下通风由地面风机送风，风流经巷道时，以巷道中心轴线为中心向外围呈减弱性分布，因此，在巷道截面上各个点的风量不一致。为了掌握井下各个巷道的通风情况，现有技术中会在巷道内安装风量测量传感器，风量传感器可以实时测量巷道的通风流量。风量传感器通过探头发射和接收超声波，通过检波电路解调出调制波，对调制波进行信号放大后，经ad转换被风量传感器的中央处理器采集，运算得出风速参数，通过风速参数与巷道截面积参数计算，得到巷道的通风流量。
3.但是在现有技术中，超声波频率在150khz左右，旋涡发生体产生的调制波信号很弱，所以风量传感器的发射探头和接收探头之间的距离设计一般小于100毫米，测量的范围很小，测量所得的风量数据仅能反映出探头所在点的风量，不能全面的反映出巷道的整体风量，因此，使用现有技术中的方法所获得的巷道风量准确性低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中在测量巷道风量时，传统的风量测量器测量范围小，只能测量局部风量，导致测量结果不准确的问题，本技术公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法。
5.本技术第一方面公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器，包括第一探头、第二探头、信号输出模块、温度检测模块、压力检测模块、供电接口、声音报警器、报警灯和中央处理模块。
6.所述第一探头和第二探头用于接收或发射超声波。所述信号输出模块用于获取超声波从所述第一探头发射到被所述第二探头接收所需要的时间，以及用于获取超声波从所述第二探头发射到被所述第一探头接收所需要的时间。
7.所述中央处理模块用于根据所述超声波从所述第一探头发射到被所述第二探头接收所需要的时间，以及所述获取超声波从所述第二探头发射到被所述第一探头接收所需要的时间，计算目标巷道的风量。
8.所述声音报警器和报警灯用于当所述风量超过预设值时，发出声音报警和灯光报警。
9.所述温度检测模块和所述压力检测模块用于检测目标巷道的实时温度和实时气压，由于超声波在不同温度和压力下的传播速度会有差异，所以所述温度检测模块和所述压力检测模块还用于根据所述实时温度和实时气压调整所述测风量传感器的测量精度。
10.所述供电接口用于外接供电设备。
11.可选的，所述第一探头和第二探头为20~50khz的双向超声波探头，探头指向性小
于8度。
12.可选的，所述第一探头和第二探头包括发射面和接收面，所述发射面和接收面为喇叭状。
13.可选的，所述第一探头和第二探头安装在目标巷道时，分别安装在目标巷道的两侧，且相对于所述巷道墙壁平行面侧斜安装。
14.可选的，所述第一探头和第二探头安装在目标巷道时，两个探头的中心线保持一致。
15.可选的，所述计算目标巷道的风量，根据以下公式进行计算：f=l/2*cosαta-tb*s。
16.式中，f为目标巷道的风量，s为目标巷道的截面积，l为第一探头和第二探头之间的距离，α为超声波传播方向与巷道轴向的夹角，ta为超声波从所述第一探头（10）发射到被所述第二探头（20）接收所需要的时间，tb为超声波从所述第二探头（20）发射到被所述第一探头（10）接收所需要的时间。
17.可选的，所述供电接口外接18v直流电源。
18.可选的，所述测风量传感器还包括遥控模块和显示模块，所述遥控模块用于控制所述第一探头和第二探头发射或接收超声波。所述显示模块用于显示超声波从所述第一探头发射到被所述第二探头接收所需要的时间，以及用于显示超声波从所述第二探头发射到被所述第一探头接收所需要的时间，以及用于显示目标巷道的风量，以及用于显示目标巷道的实时温度和实时气压。测风量传感器也可以设置按键来操作，并通过rs485将测量参数与其他设备之间进行数据互通。
19.本技术第二方面公开了一种用于煤炭巷道的测风量方法，所述方法应用于所述的一种用于煤炭巷道的测风量传感器，所述方法包括：在目标巷道安装第一探头和第二探头。
20.控制所述第一探头和第二探头开始发射或接收超声波。
21.获取超声波从所述第一探头发射到被所述第二探头接收所需要的时间，以及用于获取超声波从所述第二探头发射到被所述第一探头接收所需要的时间。
22.获取目标巷道的截面积，以及获取第一探头和第二探头之间的距离，以及获取超声波传播方向与巷道轴向的夹角。
23.根据预设公式，获取目标巷道的风量。
24.可选的，所述预设公式为：f=l/2*cosαta-tb*s。
25.式中，f为目标巷道的风量，s为目标巷道的截面积，l为第一探头和第二探头之间的距离，α为超声波传播方向与巷道轴向的夹角，ta为超声波从所述第一探头（10）发射到被所述第二探头（20）接收所需要的时间，tb为超声波从所述第二探头（20）发射到被所述第一探头（10）接收所需要的时间。
26.本技术公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法，所述测风量传感器包括第一探头、第二探头、信号输出模块、温度检测模块、压力检测模块、供电接口、声音报警器、报警灯和中央处理模块。所述第一探头和第二探头用于接收或发射超声波。所述信号输出模块用于获取超声波从所述第一探头发射到被所述第二探头接收所需要的时间，以
及用于获取超声波从所述第二探头发射到被所述第一探头接收所需要的时间。中央处理模块计算目标巷道的风量。声音报警器和报警灯用于当风量超过预设值时，发出声音报警和灯光报警。所述温度检测模块和所述压力检测模块用于检测目标巷道的实时温度和实时气压，以及用于根据所述实时温度和实时气压调整所述测风量传感器的测量精度。所述供电接口用于外接供电设备。
27.本技术使用20-50hz的双向超声波探头，可以测量巷道径向10m范围内的风量，测量获取的数据更具有普遍性，能够体现当前巷道的整体风量情况，数据准确性高；本技术的测风量传感器使用方法简单，易于携带，提高了测风量的效率。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本技术实施例公开的一种用于煤炭巷道的测风量传感器的结构示意图；图2为本技术实施例公开的第一探头10和第二探头20在目标巷道安装时的状态示意图；图中：10-第一探头、20-第二探头、30-信号输出模块、40-温度检测模块、50-压力检测模块、60-供电接口、70-声音报警器、80-报警灯、90-中央处理模块。
具体实施方式
30.为了解决现有技术中在测量巷道风量时，传统的风量测量器测量范围小，只能测量局部风量，导致测量结果不准确的问题，本技术公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法。
31.本技术第一实施例公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器，参见图1所示的结构示意图，包括第一探头10、第二探头20、信号输出模块30、温度检测模块40、压力检测模块50、供电接口60、声音报警器70、报警灯80和中央处理模块90。
32.所述第一探头10和第二探头20用于接收或发射超声波。所述信号输出模块30用于获取超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及用于获取超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间。
33.所述中央处理模块90用于根据所述超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及所述获取超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间，计算目标巷道的风量。
34.所述声音报警器70和报警灯80用于当所述风量超过预设值时，发出声音报警和灯光报警。
35.所述温度检测模块40和所述压力检测模块50用于检测目标巷道的实时温度和实时气压，以及用于根据所述实时温度和实时气压调整所述测风量传感器的测量精度。
36.所述供电接口60用于外接供电设备。
37.所述第一探头10和第二探头20为20~50khz的双向超声波探头，探头指向性小于8度。
38.所述第一探头10和第二探头20包括发射面和接收面，所述发射面和接收面为喇叭状。
39.参见图2，所述第一探头10和第二探头20安装在目标巷道时，分别安装在目标巷道的两侧，且相对于所述巷道墙壁平行面侧斜安装。
40.所述第一探头10和第二探头20安装在目标巷道时，两个探头的中心线保持一致。
41.所述计算目标巷道的风量，根据以下公式进行计算：f=l/2*cosαta-tb*s。
42.式中，f为目标巷道的风量，s为目标巷道的截面积，l为第一探头10和第二探头20之间的距离，α为超声波传播方向与巷道轴向的夹角，ta为超声波从所述第一探头（10）发射到被所述第二探头（20）接收所需要的时间，tb为超声波从所述第二探头（20）发射到被所述第一探头（10）接收所需要的时间。
43.所述供电接口60外接18v直流电源。所述测风量传感器还包括遥控模块和显示模块，所述遥控模块用于控制所述第一探头10和第二探头20发射或接收超声波。所述显示模块用于显示超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及用于显示超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间，以及用于显示目标巷道的风量，以及用于显示目标巷道的实时温度和实时气压。
44.本技术公开了一种用于煤炭巷道的测风量传感器及测风量方法，包括第一探头10、第二探头20、信号输出模块30、温度检测模块40、压力检测模块50、供电接口60、声音报警器70、报警灯80和中央处理模块90。所述第一探头10和第二探头20用于接收或发射超声波。所述信号输出模块30用于获取超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及用于获取超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间。所述中央处理模块90用于根据所述超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及所述获取超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间，计算目标巷道的风量。所述声音报警器70和报警灯80用于当所述风量超过预设值时，发出声音报警和灯光报警。所述温度检测模块40和所述压力检测模块50用于检测目标巷道的实时温度和实时气压，以及用于根据所述实时温度和实时气压调整所述测风量传感器的测量精度。所述供电接口60用于外接供电设备。
45.本技术使用20-50hz的双向超声波探头，可以测量巷道径向10m范围内的风量，测量获取的数据更具有普遍性，能够体现当前巷道的整体风量情况，数据准确性高；本技术的测风量传感器使用方法简单，易于携带，提高了测风量的效率。
46.本技术第二实施例公开了一种用于煤炭巷道的测风量方法，所述方法应用于所述的一种用于煤炭巷道的测风量传感器，所述方法包括：在目标巷道安装第一探头10和第二探头20。
47.控制所述第一探头10和第二探头20开始发射或接收超声波。
48.获取超声波从所述第一探头10发射到被所述第二探头20接收所需要的时间，以及用于获取超声波从所述第二探头20发射到被所述第一探头10接收所需要的时间。
49.获取目标巷道的截面积，以及获取第一探头10和第二探头20之间的距离，以及获取超声波传播方向与巷道轴向的夹角。
50.根据预设公式，获取目标巷道的风量。
51.所述预设公式为：f=l/2*cosαta-tb*s。
52.式中，f为目标巷道的风量，s为目标巷道的截面积，l为第一探头10和第二探头20之间的距离，α为超声波传播方向与巷道轴向的夹角，ta为超声波从所述第一探头（10）发射到被所述第二探头（20）接收所需要的时间，tb为超声波从所述第二探头（20）发射到被所述第一探头（10）接收所需要的时间。
53.以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。