[发明专利]矿井粉尘浓度测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测装置和检测方法，特别涉及一种矿井粉尘浓度测量装置及其测量方法。

背景技术

粉尘无处不在，污染环境和危害人体身体健康。尤其在煤矿井下，粉尘危害更大，其不仅会使矿工得尘肺病，而且会引发瓦斯爆炸，因此必须准确、快速地检测出粉尘浓度。目前国内外快速测量矿井粉尘浓度的普遍方法是光散射法,但该类方法存在着测量误差大、湿度影响明显、使用寿命短、维护不方便等缺点。因此针对上述方法现状，提出新的测量矿井粉尘浓度的装置和方法，对于改善井下作业环境，保护了工人身体健康，防止煤尘爆炸，消除煤矿安全隐患具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种矿井粉尘浓度测量装置及其测量方法，可以代替光散射式测量粉尘浓度传感器，大大减小测量误差，并消除湿度影响，延长使用寿命，减少维护量，为煤矿提高精确的测量数据，改善井下作业环境，保护工人身体健康和煤矿安全生产。

为达到上述目的，本发明提供的矿井粉尘浓度测量装置，包括敏感元件、与敏感元件依次相连的控制电路模块和上位机，其中：

敏感元件包括金属屏蔽罩、绝缘管、左密封环、右密封环、金属电极、风机外罩、风机、电路盒和金属支架，所述金属屏蔽罩和绝缘管均呈圆筒形，所述金属屏蔽罩的左端和绝缘管的左端通过所述左密封环扣合相连接，所述金属屏蔽罩的右端和绝缘管的右端通过所述右密封环扣合相连接，所述绝缘管外壁与所述金属屏蔽罩内壁之间形成一个密闭的屏蔽空间，所述绝缘管的内壁构成直通式风道，所述风机外罩呈喇叭形，固定连接在所述金属屏蔽罩的右端，所述风机安装在所述风机外罩内；所述金属电极呈圆环形，所述绝缘管的内壁中部设有电极凹槽，所述金属电极位于所述电极凹槽中；

所述金属支架设有屏蔽接地，所述金属屏蔽罩安装在所述金属支架上，所述电路盒安装在所述金属屏蔽罩上方，所述电路盒内腔中安装有控制电路模块，所述电路盒的前方设有窗口，所述窗口处安装有数码管显示模块，所述金属屏蔽罩的上壁和电路盒的下壁分别设有通孔，所述金属电极的连接导线穿过两通孔与所述控制电路模块电相连；

控制电路模块包括测量电路、信号调理电路、A/D转换电路和微处理器，所述敏感元件在金属电极上产生微电荷信号，微电荷信号由测量电路转换为微电压信号，微电压信号经信号调理电路后去除噪声并经A/D转换电路送到微处理器进行实时处理，然后将信息传送到所述上位机，所述上位机进行信息预处理、特征提取并建立软测量模型，然后输出粉尘浓度测量信号。

本发明矿井粉尘浓度测量装置，其中所述测量电路为电荷转换电路，采用型号为OPA129的超低偏置电流差动运算放大器芯片构成，信号调理电路采用型号为LMC6001的超低输入电流放大器芯片构成，A/D转换电路采用型号为CS5360的芯片构成，微处理器采用型号为MSP430F249的芯片构成。

本发明矿井粉尘浓度测量装置，其中所述风机采用型号为AFB0924VH的抽风式风机。

本发明矿井粉尘浓度测量装置，其中所述微处理器通过USB通信方式将信息传送到所述上位机。

为达到前述目的，本发明提供的一种矿井粉尘浓度测量的方法，该方法设置敏感元件、控制电路模块和上位机，该方法包括：

步骤1，敏感元件采用金属电极，安装抽风式风机，控制电路模块进行包括去噪、信号放大、滤波、去除噪声的微电压信息预处理；

步骤2，对预处理后的微电信号在时域内提取有效值、短时均值、整流值均值三个特征参数，在频域内提取短时频谱、短时自相关、短时能量三个特征参数，用这些值顺序组成特征值向量，作为识别信息的输入量；

步骤3，建立基于RBF的神经网络软测量模型，包括设定神经网络隐含层神经元个数，然后在对采集的待处理样本信息进行神经网络训练识别，将误差逐渐缩小至所要求范围之内。

步骤4，将误差最小的识别结果用“0”表示，其余的识别结果用“1”表示，输出误差最小的信号即为所需的信号。

本发明矿井粉尘浓度测量装置及其测量方法，其中所述步骤3中，对采集的待处理料样本图像进行神经网络训练识别的步骤是：

1）制定网络的拓扑结构，将网络设置为三层；

2）设定网络的参数，包括分类精度、循环次数和样本特征值向量的各个常数因子，对网络进行初始化设置；