一种基于压电检测的金属矿山风门智能控制系统及方法与流程

本发明涉及煤矿开采，具体涉及一种一种基于压电检测的金属矿山风门智能控制系统及方法。

背景技术：

1、电动风门是保障矿井通风安全的主要构筑物之一，保障能够持续提供新鲜空气和实现巷道气流调节，同时也保证车辆运输和高效通行，提高矿井生产效率。

2、风门通过隔断风流，控制风流的方向和流量，减少无效的漏风，保障井下工作人员的正常呼吸和有毒物质的排出，从而确保矿井的安全。

3、因此，当车辆或者行人经过风门时，减少风门开启的时间，减小风门开启角度，能够有效减少无效的漏风，满足矿井通风系统稳定。

4、传统的电动风门控制一般通过人工或者伺服电机控制，当车辆或者工程人员需要通过电动风门时，向负责管理的专职人员下达开启电动风门的指令，并实现电动风门开启；当车辆和工程人员驶离时，再次启动关闭电动风门的指令，并关闭电动风门。

5、在实际应用过程中，指令的传输和执行都需要一个时间过程，要么车辆达到后停止等待电动风门的开启，要么在车辆达到之前，在具有较大安全距离的前提下，提前打开风门。

6、不管是采用怎样的方式，都需要人工进行判断、反馈和执行，在执行的过程中，都存在较大的时间空隙使得电动风门处于无效的开启状态(即，在车辆还未到达安全位置前，以及车辆已离去时，仍然处于开启状态)，而且基本都是全部打开以保证车辆安全通过，而实际中，则要求在车辆经过电动风门时，更少的风通过电动风门。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于压电检测的金属矿山风门智能控制系统及方法，通过压电元件，将车辆行驶过程的压力转化为电信号，进而对电动风门的开合进行控制，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种基于压电检测的金属矿山风门智能控制系统，包括：

4、电动风门，具备控制器，所述控制器用于控制所述电动风门的开合；

5、压电感应装置，在所述电动风门的两侧各设置一所述压电感应装置，所述压电感应装置的布置能够使得车辆在经过任一所述压电感应装置的过程中，车辆的所有车轮能够同时位于所述压电感应装置的压力感应区域内；所述压电感应装置用于采集车辆在驶入电动风门前，经过所述压力感应区域的过程中，车辆在不同时间段产生的多个压电信号；

6、信号处理中心，与所述电动风门两侧的压电感应装置均通讯连接；所述信号处理中心与控制器通讯连接；所述信号处理中心用于接收并分析所述压电信号，来获取车辆的行驶速度、轮距和轴距，所述信号处理中心依据所述轮距分析车辆的宽度以得到车辆边缘位置信息，进而通过所述控制器控制所述电动风门的开启宽度；

7、所述信号处理中心依据轴距来分析车辆的长度，来获取车辆头部与电动风门的驶进安全位置的相对位置，并结合所述行驶速度计算获得车辆头部达到所述驶进安全位置的驶入时间点，以通过所述控制器控制所述电动风门的开启时间点；

8、所述信号处理中心依据车辆的长度和行驶速度，计算车辆尾部驶离所述电动风门的驶离安全位置的时间点，以通过所述控制器控制所述电动风门的闭合时间点。

9、进一步的，所述电动风门两侧的压电感应装置均包括多个压电感应模块，各所述压电感应模块能够独立检测车辆经过时产生的压电信号；各所述压电感应模块之间相互贴合，铺设在车辆驶入所述电动风门和驶出所述电动风门的路径上。

10、进一步的，多个所述压电感应模块均匀分布设置，各所述压电感应模块之间的距离为已知的固定值；所述信号处理中心还依据检测到的压电信号，判断车辆位于所述压力感应区域的位置，并判断车辆偏离在行驶方向上所述电动风门的中心线的偏差数据，以调控纠正所述电动风门的开启宽度。

11、进一步的，位于车辆驶离所述电动风门一侧的所述压电感应装置，还用于检测车辆驶离过程中的行驶速度，所述信号处理中心对比分析车辆驶进所述电动风门前以及驶离所述电动风门时的行驶速度的偏差数据，并纠正调整所述电动风门的闭合时间点。

12、进一步的，表面向下凹陷形成凹部，所述压电元件分布设置在所述凹部的侧壁，所述压顶帽在外力作用下向下运动时，所述凸部的外壁挤压所述压电元件；所述压顶帽与所述基座之间设置有具有弹簧组件，所述弹簧组件用于卸去所述压顶帽所受的部分压力，以减小所述压电元件接受的压力；所述压电元件和所述信号处理中心通讯连接。

13、进一步的，在所述凸部与所述压电元件之间设置能够沿所述凹部底面自由水平滑动的滑块；所述滑块具有与所述凸部外壁倾斜度相同的接触斜面，所述压顶帽在外力作用下向下运动时，所述凸部的外壁与所述接触斜面抵接以推动所述滑块水平移动挤压所述压电元件，以将向下的作用力转变为所述凸部的向下位移量，进而转化为所述滑块的水平位移量。

14、进一步的，所述弹簧组件的一端设置于所述凸部的中心，另一端设置于所述凹部的中心，各所述压电元件围绕所述弹簧组件中心对称分布；所述弹簧组件包括中心导轴和第一弹簧；所述中心导轴的一端固定于所述凹部中心，另一端贯穿设置于所述凸部的中心，且所述凸部能够相对所述中心导轴在竖直方向上自由滑动；所述第一弹簧套设在所述凸部和所述凹部之间部分的所述中心导轴上。

15、进一步的，在所述滑块和所述凹部的侧壁之间，沿水平方向设有第二弹簧；所述压顶帽与所述基座的边缘侧之间均匀分布设置有多个第三弹簧。

16、进一步的，在所述凹部的中心位置设置内向下凹陷的安装槽，所述弹簧组件的一端固定设置于所述安装槽的底部，且所述凸部能够进入所述安装槽内。

17、进一步的，所述电动风门处设有感应器和风流传感器，所述感应器和所述风流传感器均与信号处理中心通讯连接；所述感应器用于检测车辆从所述电动风门处经过的车辆数据，以辅助验证所述信号处理中心获取所述压电感应模块采集的压电信号；所述风流传感器用于检测所述电动风门处的风流数据，所述信号处理中心依据所述风流数据并结合所述车辆数据来判断所述电动风门的异常情况。

18、为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：

19、一种基于压电检测的金属矿山风门控制方法，包括以下步骤：

20、步骤100、在电动风门的两侧均布置有多个压电感应模块，以形成车辆检测区域，且能够覆盖车辆路径，每个压电感应模块相对于电动风门的坐标为已知数据；

21、步骤200、在车辆从任意一侧驶入电动风门前经过所述车辆检测区域的过程中，受到车轮挤压的各个所述压电感应模块采集压电信号；

22、步骤300、依据车辆行驶路径上不同时间点的多个所述压电信号，计算获取车辆行驶速度；

23、依据同一时间点在行驶路径上的多个压电信号，计算获取车辆的轴距，以判断车辆的宽度，从而获得车辆边缘的实时位置；

24、依据同一时间点在车辆宽度方向上的多个压电信号，计算获取车辆的轮距，以判断车辆的长度，从而获得车辆头部和车辆尾部的实时位置；

25、步骤400、依据车辆头部的实时位置和车辆行驶速度，计算车辆头部达到电动风门开启的驶入安全位置的时间点，以控制电动风门的最佳开启时间点；

26、依据车辆边缘的实时位置，控制电动风门开启的程度，即开启后通道的宽度或边缘的位置，以使得电动风门在保证车辆通行的前提下能够以开启程度最小；

27、步骤500、当车辆驶进电动风门后，依据车辆尾部的实时位置和车辆行驶速度，计算获取车辆尾部驶离电动风门的驶离安全位置的时间点，进而控制电动风门闭合的时间点。

28、进一步的，所述步骤500中，在车辆驶离电动风门时经过这一侧的车辆检测区域时，受到车轮挤压的各个所述压电感应模块采集压电信号，并计算获取车辆行驶速度，以与车辆驶入电动风门前计算获取的车辆行驶速度进行对比分析，以修正车辆驶出电动风门的行驶速度，进而修正控制电动风门闭合的时间点。

29、本发明提供的金属矿山风门智能控制系统主要通过在车辆驶入电动风门前的过程中，通过压电感应模块采集车辆经过的压电信号，来获取车辆的行驶速度、轮距和轴距，从而准确的判断车辆的长度，结合行驶速度精确的获得车辆头部达到电动风门(准确来说是驶入前的安全位置)和离开电动风门(安全位置)的时间点，以精确的控制电动风门开闭时间点，且依据车辆宽度还能够控制电动风门的开启程度，进而减少车辆经过时，过量的风经过电动风门，且实现了电动风门的智能化精确控制，以调节风流及实现车辆高效快速通行。