[发明专利]一种基于多传感器信息融合的高精度智能矿井通风风量在线测量方法

说明书

《煤矿安全规程》第105规定：矿井必须建立测风制度。矿井巷道风量高精度在线自动测量是矿井通风系统超前预警与智能调控的基础，可以提高矿井生产的安全水平。本发明提供了一种基于多传感器信息融合的高精度智能矿井通风风量在线测量方法及装置。装置以嵌入式系统为测量、数据处理和通信的核心，集成了热导式风速传感器、风向传感器、测距传感器、环境参数测量传感器，可以实现风量的高精度在线无损测量和风向的自动识别以及现场免调试自动校准功能。此外，测量装置基于通信获取关联风路的风量测量值，还可以实现对本巷道风量测量值的进行校验、结合装置的自诊断功能得到巷道风量的正确数值，进一步提高巷道通风量检测的可靠性。

技术领域

本发明属于矿山安全测试装置，尤其涉及一种基于多传感器信息融合的矿井通风风量智能在线测量方法。

背景技术

矿井通风将新鲜空气输入矿井下，冲淡井下有害气体和粉尘，保证安全生产；同时，可以调节井下气候，增加氧气浓度，满足人员对氧气的需要，创造良好的工作环境。

《煤矿安全规程》第105条规定：矿井必须建立测风制度，每10天进行1次全面测风。对采掘工作面和其他用风地点，应根据实际需要随时进行测风，每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。应根据测风结果采取措施，对井下各用风地点进行风量合理调节。

空气在巷道中流动时，由于受到摩擦的影响，巷道断面上各点的风速并不相等。一般说来，在巷道中央处风速最大，巷道边缘处风速最低，通常所说的井巷风速系指平均风速而言。

矿井各分支通风量的测量是通过测量平均风速间接得到的，由于矿井通风巷道断面形状各异，断面内各点风速不均匀，以及大部分场合缺少准确测量通风量所要求的平直段造成的紊流问题，所以风量传感器在安装以后均需要进行现场校正，以上情况也是学术界普遍认为的风量的测量存在测不准的原因。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于多传感器信息融合的高精度智能矿井通风风量在线测量方法及装置，用于矿井风量在线测量。为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明提供一种基于多传感器信息融合的高精度智能矿井通风风量在线测量装置，装置基于ARM处理器的嵌入式系统开发，外围传感器和软硬件模块包括风速测量模块、风量数据处理模块、风向测量模块、位置识别模块、干湿度、温度和大气压力环境参数测量传感器、基于关联巷道的风量计算处理及诊断模块、基于总线的接口通信模块、人机接口模块和本安电源供电模块。

本发明的ARM处理器的嵌入式系统为测量、数据处理和通信的核心，选用高性能的Cotex-M3内核处理器STM32F103ZET6；硬件层还包括Flash ROM、SDRAM、A/D转换模块、各种总线；所述嵌入式系统在实时方式下工作，控制各功能模块之间的运行和通信。

本发明的风速测量模块利用热传导原理测量气体风速。该仪表采用恒温差法对气体质量流量进行准确测量。即利用流体流过发热物体时发热物体的热量散失多少与流体的流量呈一定的比例关系。流量传感器由两个基准，级热电阻(RTD)组成：一个是速度传感器RH，一个是测量气体温度变化的温度传感器RMG。随着气体流速的增加，气流带走更多热量，传感器RH的温度下降。两者之间的温度差与流量的大小成线性关系；当气体流经热电阻，就会有冷却效应。当流量增加，冷却效应就增加，为保持两个热电阻的温度差恒定所需的传感器功率就增加，而加在加热电阻上的功率与质量流量成正比。

本发明的风向测量模块利用风向传感器，风向传感器的感应组建为前端装有辅助标板的单板式风向标，角度变换采用的是七位格雷码光电码盘，精度为2.8125°，通过嵌入式系统读取后转换为风量计算需要的正、反流向。