专利名称：采空区岩音自动报警仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿山采空区地压变化自动报警装置，尤其涉及一种 采空区岩音自动报警仪。
背景技术：
大面积采空区的突然冒落是非煤矿山重大的安全隐患， 一直以来是各级 管理部门和企业最为关注的安全问题，如何做到在大冒落前进行预警、预报， 以便采取各种措施撤离人员和设备，是多年来各矿山工程技术人员最为关注 的课题。该装置一旦在非煤矿山得到推广应用，将大大改善矿井安全程度， 使采空区这一人见人怕的重大安全隐患做到了可防可控，从而减少安全事故 的发生。在地压检测方面，现有应用产品只是对地压变化进行数字记录，而对采 空区何时冒落及冒落前如何预警，尚无成型产品。采空区大面积冒落是非煤 矿山最大的安全隐患之一，极易造成群伤群亡的重特大恶性事故。发明内容本实用新型为有效避免采空区大面积冒落所发生的重大伤亡恶性事故， 做到事故发生前的预警预报，为人员及财产的安全撤离赢得时间，本实用新 型针对原有设备的不足之处，采用收集采空区冒落前发生的岩石声发射现象 进行报警，发明了采空区岩音自动报警仪。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种采空区岩音自动报警仪，包括报警仪面板，其特征在于报警仪 的电路包括电源电路，中央处理器CPU，数据存储器IC2，蜂鸣电路，信 号显示电路，继电器隔离电路，拾音器；电源电路中，220V交流电源经降压， 整流滤波产生直流电压，供蜂鸣电路和信号显示电路使用，同时经稳压集成 电路产生直流电压供中央处理器CPU使用，交流电源连接到拾音器，为拾音 器提供电源；拾音器根据检测点设置为多个，拾音器拾取的岩音信号送入继 电器隔离电路中，控制对应的隔离继电器吸合，将信号送入中央处理器CPU ; 中央处理器CPU经内部处理后一路以串口的方式送数据存储器IC2保存数
据，同时输出高电位推动蜂鸣电路，蜂鸣器报警，另一路去信号显示电路， 显示岩音发生位址、次数、强度。本实用新型是在十多年人工地压观测的基础上，通过理论研究与实际地 压记录规律研制而成。大面积冒落前矿柱压裂、片帮、顶板断裂等一系列岩 石破坏所产生的声音，是非常明显的征兆之一，本实用新型通过对冒落前岩 石破坏发出的声音进行收集，通过数字化处理，转换为电信号，通过声、光 报警装置进行报警。本实用新型根据地压变化规律，采空区在冒落前30分钟到120分钟之间，矿柱一定会分裂，顶板要断裂，而这些破坏发生所产生的岩石声发射经过该 装置转换为报警信号，接到报警信号后安全撤离。本实用新型有效避免采空 区大面积冒落所发生的重大伤亡恶性事故，做到事故发生前预警预报，为人 员及财产的安全撤离赢得时间。本实用新型将大大改善矿井安全程度，使采空区这一人见人怕的重大安 全隐患做到了可防可控，从而减少安全事故的发生。本实用新型的不足之处为对岩石声发射之外的其他声音滤波器未安装， 解决办法是该产品选择无杂音的地方安置。
图1为本实用新型报警仪前面板示意图；图2为本实用新型报警仪后面板示意图；图3为本实用新型中的拾音器面板示意图；图4为本实用新型的电路方框图；图5为本实用新型的电路原理图；图6为本实用新型中的单个拾音器的电路原理图。附图中1、位置LED数码显示；2、发光数码管次数显示；3、发光二极管强 度指示；4、电源指示灯；5、报警清除按钮；6査寻按钮；7、电源接线端 子；8、拾音器公共端M; 9、蜂鸣器；10、保险管；11 15、五个检测点的 信号输入端；16、拾音器接线端子；17拾音器拾音孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明
本实用新型采空区岩音自动报警仪分为主机和拾音器两大部分。 主机部分的前面板如图1所示，后面板如图2所示，前面板包括位置LED数码显示1、发光数码管次数显示2、发光二极管强度指示3、电源 指示灯4、报警清除按钮5、査寻按钮6，其中报警清除按钮5.查寻按钮6组合为记忆清除功能。后面板包括电源接线端子7、拾音器公共端M8、 蜂鸣器9 、保险管1 0 、五个检测点的信号输入端11 1 5 。拾音器部分面板如图3所示，包括拾音器接线端子16、拾音器拾音孔17。本实用新型电路原理如图4、 5、 6所示。本实用新型采空区岩音自动报警仪电路部分包括电源电路，中央处理 器CPU，数据存储器IC2，蜂鸣电路，信号显示电路，继电器隔离电路，拾 音器；电源电路中，AC 220V交流电源经降压，整流滤波产生直流电压，供 蜂鸣电路和信号显示电路使用，同时经稳压集成电路产生直流电压供中央处 理器CPU使用，交流电源连接到拾音器，为拾音器提供电源；拾音器根据检 测点可设置为五个，拾音器拾取的岩音信号送入继电器隔离电路中，控制对 应的隔离继电器吸合，将信号送入中央处理器CPU ;中央处理器CPU经内 部处理后一路以串口的方式送数据存储器IC2保存数据，同时输出高电位推 动蜂鸣电路，蜂鸣器报警，另一路去信号显示电路，显示岩音发生位址、次 数、强度。一、 本实用新型采空区岩音自动报警仪基本工作原理-220V交流电压进入自动报警仪，分路进入拾音装置，经整流，进入拾音器，噪音大小由电容吸音控制，然后进入拾音装置集成电路进行处理，并驱 动三极管进行工作，使拾音信号进入自动报警仪中央处理器，经报警仪中央 处理器处理后，可以显示高、中、低信号及采空区中的具体位置，若信号过 高超过一定时间，自动报警驱动装置就会驱动自动报警器发出报警声音，从 而达到报警的目的；同时报警仪还对报警高中低信号的大小具体位置进行记 录，以备以后预警。二、 本实用新型采空区岩音自动报警仪电路原理说明 1、报警仪分为主机和拾音器两个部分。主机部分采用单片机技术，能够对每个检测点的岩音强度和次数进行
记录并显示，可通过查寻按钮查看每个检测点出现的岩音数量，便于分析情 况。本仪器可对五个点进行检测，例如当1#点出现岩音时，拾音器会根据 声音强度分三级传送到主机，分别通过隔离继电器1A， 1B， 1C送到单片机， 单片机会根据采集情况记录次数，显示最后一次强度，同时蜂鸣报警提示， 可按启动键解除本次报警。中央处理器CPU采用AT89C51进行数据处理。由串行数据存储器IC2 24C04负责记录每个故障点的岩音次数以备査寻，并可通过同时按启动和查 寻键清除历史记录。信号显示电路部分由驱动电路IC3，移位寄存器IC4，驱动电路IC5，功 率放大管Q1 Q8组成串行移位动态显示电路驱动三个数码管和五组LED显 示故障点，次数，强度。继电器隔离电路由五组隔离继电器组成，每组包括三个隔离继电器A， B， C对应三级强度，通过触点与中央处理器CPU连接，主要用于隔离，防干扰 引起主机误操作。拾音器部分拾音器部分是在巳有的拾音器的基础上改变了部分器件的 参数而成，由三组独立的音频采集放大电路组成，使三个拾音器处于不同的 灵敏度来拾取岩音，产生三级强度状态，通过拾音器端子A， B， C，传到主 机推动隔离继电器传到中央处理器CPU。2、工作流程拾音器接线端子16的M与主机公共端8连接，拾音器端子A、 B 、 C 与主机每个检测点11 15对应的三个端子连接。当有岩音出现时拾音器会根 据声音强度大小出现1 3个信号分别代表强中弱，形成开关信号通过拾音器 端子A、 B、 C端子连线传到主机对应该检测点的三个端子，根据隔离继电器 工作状态，经中央处理器CPU 89C51通过P0接口对其扫描，经内部处理后 一路以串口的方式送数据存储器IC2 24C04进行数据存储，同时通过P1.4接 口输出高电位进行蜂鸣，另一路是通过中央处理器CPU,移位寄存器IC4 74HC164和驱动电路IC3 ULN2003、 IC5ULN2003及功率放大管Q1 Q8功 放管去信号显示电路，其中包括位置显示，次数显示，强度显示，主机会根 据得到的信号情况经处理后，由数码管1显示岩音发生的地点，数码管2显
示该点出现岩音的次数，并在3处显示该点岩音强度等级，同时通过蜂鸣器9报警。报警清除键5用于取消本次报警蜂鸣，按查寻键6时，系统将在1和2 位置依次显示检测点位置号和该点出现的岩音次数，放在不同地点的拾音器 分别依次编号，本仪器最多可同时检测5个地点，査寻结束后自动返回检测 状态。本设备能在掉电情况下永久保存记录。按钮5和6同时按下时将人为 清除所有检测点的历史记录。3、电路原理说明电源部分AC220V交流电源经降压、整流、滤波产生12V直流电压， 供蜂鸣电路和信号显示电路使用。同时此电压经稳压集成电路产生5V电压 供中央处理器CPU89c51使用，交流电压连接到N、 M端供拾音器使用。拾音器和继电器隔离电路部分(以一组拾音器当中A为例说明)M、 N之间交流电压，经A的继电器线圈后在A和M之间经整流后产生脉动直流 电压加在可控硅KG上，同时经电阻R1、 R2，电容C1分压滤波后产生 直流电压供放大器和与非门集成电路IC6 4011使用，拾音器拾取的岩音信号 经功率放大管Q 1放大送电路IC6 4011整形后输出一高电平触发可控硅KG 导通使对应的隔离继电器A吸合把信号送入中央处理器CPU 89c51。当岩音 消失后触发电压变为低电平，可控硅截止继电器释放，其它拾音电路类似， 通过改变功率放大管Q 1的偏置电阻和电容C 4使拾音器工作在不同的灵敏 度状态拾取不同强度的岩音。改变电容C2等元件的大小，可调节报警时间的 长短。主机部分中央处理器CPU 89C51通过P0接口组成矩阵电路，扫描隔 离继电器状态(此状态对应于拾音器)，如有岩音时，对应点上的拾音器获得 信号，控制继电器吸合，便有信号输入到中央处理器CPU，经内部处理后一 路以串口的方式送数据存储器IC224C04保存数据，同时通过P1.4 口输出高 电位推动蜂鸣电路，蜂鸣器报警。另一路去显示部分，由串口经移位寄存器 IC4 74HC164、驱动电路IC5 ULN2003组成的行扫描，和中央处理器CPU的 P2 口经驱动电路IC3 ULN2003、功率放大管Q1 Q8组成列扫描进行动态处 理，驱动三只数码管显示岩音发生位址、次数并驱动五组发光二极管显示岩 音的强度。
中央处理器CPU的Pl.O 口用外接清除按钮5，用于解除本次报警蜂鸣。Pl.l 口外接查寻按钮6，按下后中央处理器CPU将从存储器中调出记录，按 一秒更换一次的速度依次显示每个检测点的岩音次数。按钮5和6同时按下 时将全部清除仪器中保存的数据。本实用新型电路安全可靠，运行稳定，便于安装且成本低，元器件通用 性强，易采购。
权利要求1、一种采空区岩音自动报警仪，包括报警仪面板，其特征在于报警仪的电路包括电源电路，中央处理器CPU，数据存储器IC2，蜂鸣电路，信号显示电路，继电器隔离电路，拾音器；电源电路中，220V交流电源经降压，整流滤波产生直流电压，供蜂鸣电路和信号显示电路使用，同时经稳压集成电路产生直流电压供中央处理器CPU使用，交流电源连接到拾音器，为拾音器提供电源；拾音器根据检测点设置为多个，拾音器拾取的岩音信号送入继电器隔离电路中，控制对应的隔离继电器吸合，将信号送入中央处理器CPU；中央处理器CPU经内部处理后一路以串口的方式送数据存储器IC2保存数据，同时输出高电位推动蜂鸣电路，蜂鸣器报警，另一路去信号显示电路，显示岩音发生位址、次数、强度。
专利摘要一种采空区岩音自动报警仪，用于采空区大面积冒落事故发生前预警预报。包括报警仪面板，报警仪的电路包括电源电路，中央处理器CPU，数据存储器IC2，蜂鸣电路，信号显示电路，继电器隔离电路，拾音器；电源电路中，220V交流电源经降压，整流滤波产生直流电压，供蜂鸣电路和信号显示电路使用，同时经稳压集成电路产生直流电压供中央处理器CPU使用，交流电源连接到拾音器，为拾音器提供电源；拾音器根据检测点设置为多个，拾音器拾取的岩音信号送入继电器隔离电路中，控制对应的隔离继电器吸合，将信号送入中央处理器CPU；中央处理器CPU经内部处理后一路以串口的方式送数据存储器IC2保存数据，同时输出高电位推动蜂鸣电路，蜂鸣器报警，另一路去信号显示电路，显示岩音发生位址、次数、强度。
文档编号E21F17/18GK201031712SQ200720022949
公开日2008年3月5日 申请日期2007年5月30日 优先权日2007年5月30日
发明者仲维光, 徐永贵, 徐钦国, 强 苗, 褚召伟 申请人:仲维光