专利名称：一种用于井下避难场所的环境监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全设备技术领域，特别涉及一种用于井下避难场所的环境监测
直O
背景技术：
随着国家对煤矿安全的治理，煤矿安全有着大幅度的提高，但煤矿井下各种各样的灾害、事故依然存在，形势还很严峻。因此，需要加大矿山安全监察和救护装备技术的开发。救护装备中救生舱和避难硐室都是井下避险系统重点推广的装备设施。在事故、灾变发生地及波及地区由于损毁或根据需要切断电源，通风不畅，且环境空气质量很差，为了保障进入避难硐室或救生舱的遇险人员生命安全需要监测井下的多种气体的密度。传统的煤矿井下用于监测的气体传感器多为单体传感器。即使通过组合而形成传感器组，也多是用于井下安全检查的四参数仪表。该四参数仪表的监测参数种类及性能指标不完全适合煤矿井下紧急避险场所使用。此外，多参数仪器由于制成便携仪器使用方式，其部分设计不符合固定使用方式。而单参数仪器存在以下缺陷安装不方便、占用空间较大、功耗高、使用及维护均不方便、监测的参数值不适合避险环境中。此外，在灾变情况下，由于避险人员心情紧张、平时不经常使用避险设施等客观条件，在避险人员进入避险设施后，需要告知井下人员如何正确使用该避险设施，并尽快平息避险人员紧张情绪。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种用于井下避难场所的环境监测装置，该环境监测装置可以高精度地监测井下避难场所的当前环境并根据监测结果判断是否需要发出报警。为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种用于井下避难场所的环境监测装置，包括传感器组，所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别用于监测井下避难场所的多个环境参数，并生成用于表示所述多个环境参数的多路环境参数模拟信号；信号放大处理模块，所述信号放大处理模块与所述多个传感器相连，用于接收来自所述多个传感器的用于表示所述环境参数的多路环境参数模拟信号，并对所述多路环境参数模拟信号进行放大；模拟数字转换模块，所述模拟数字转换模块与所述信号放大处理模块相连，用于对处理后的环境参数模拟信号进行模拟-数字转换，生成多路环境参数数字信号；中央控制模块，所述中央控制模块与所述模拟数字转换模块相连，用于接收所述环境参数数字信号，并对所述环境参数数字信号中的多个环境参数的变化进行监测以判断所述环境参数是否超过限制；通信中继模块，所述通信中继模块与所述中央控制模块相连，用于与所述中央控制模块进行通信以实现所述中央控制模块与所述中心调度室的通信。根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置将各个功能组件整合到一起，不仅降低了耗电量，提高了该环境监测装置的持续工作时间，还可以节约空间，提高了仪器的便携性。此外，通过采集井下避难场所的多个参数，可以对井下避难场所有一个实时、全面的了解，并根据实际情况制定逃生时间或引导救护队员实施救护。有效地避免或降低人身伤亡的事故发生。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本发明实施例用于井下避难场所的环境监测装置的示意图；图2为根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置的中央控制模块的示意图；图3为根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置的中央控制模块的工作流程图；图4为根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置的语音播放模块的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下面参考图1至图4描述根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置。其中，井下避难场所包括救生舱和避难硐室。当发生灾变时，人员可以疏散到救生舱或避难硐室中以确保人身安全。如图1所示，根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置包括传感器组110、信号放大处理模块120、模拟数字转换模块130、中央控制模块140和通信中继模块 150，其中传感器组包括多个传感器，多个传感器分别与信号放大处理模块120相连，模拟数字转换模块130与信号放大处理模块120相连，中央控制模块140与模拟数字转换模块 130相连，通信中继模块150与中央控制模块140相连。在煤矿井下的特殊环境条件下，环境监测装置需要通过监测井下避难场所的环境参数以获取井下避难场所的灾变情况。本发明实施例提供的环境监测装置通过传感器组 110监测井下避难场所的多个环境参数。传感器组110包括多个传感器，每个传感器分别用于监测井下避难场所的一个环境参数，然后生成用于表示该环境参数的一路环境参数模拟信号。井下避难场所的环境参数主要包括甲烷(CH4)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳 (CO2)、温度(T)、湿度(RH)和井下避难场所的内外气体压力差(P)。为了监测上述环境参数，传感器组110可以包括7个传感器，分别为第一传感器、 第二传感器、第三传感器、第四传感器、第五传感器、第六传感器，上述六个传感器分别监测不同的环境参数。第一传感器用于监测井下避难场所的甲烷密度，并根据监测到的甲烷密度生成表示当前环境中甲烷密度的一路环境参数模拟信号，将该表示当前环境中甲烷密度的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。第二传感器用于监测井下避难场所的氧气密度，并根据监测到的氧气密度生成表示当前环境中的氧气密度的一路环境参数模拟信号，将该表示当前环境中的氧气密度的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。第三传感器用于监测井下避难场所的一氧化碳密度，并根据监测到的一氧化碳密度生成表示当前环境中一氧化碳密度的一路环境参数模拟信号，将该表示当前环境中一氧化碳密度的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。第四传感器用于监测井下避难场所的二氧化碳密度，并根据监测到的二氧化碳密度生成表示当前环境中二氧化碳密度的一路环境参数模拟信号，将该表示当前环境中二氧化碳密度的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。第五传感器用于监测井下避难场所的温度值和湿度值，并根据监测到的温度值和湿度值生成表示当前环境的温度和湿度的一路环境参数模拟信号， 将该表示当前环境的温度和湿度的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。 第六传感器用于监测井下避难场所的内外气体压力差，并根据监测到的内外气体压力差生成表示当前环境中内外气体压力差的一路环境参数模拟信号，将该表示当前环境中内外气体压力差的一路环境参数模拟信号发送至信号放大处理模块120。信号放大处理模块120接收来自传感器组110中多个传感器的分别表示不同环境参数的多路环境参数模拟信号，将上述多路环境参数模拟信号进行放大和信号处理。模拟数字转换模块130具有多路模拟通道，信号放大处理模块120输出的多路环境参数模拟信号通过上述多路模拟通道输入至模拟数字转换模块130，由模拟数字转换模块130对上述多路环境参数模拟信号进行模拟-数字转换，从而将多路环境参数模拟信号转换为多路环境参数数字信号。在本发明的一个实施例中，模拟数字转换模块130为具有A/D转换功能的单片机。 多路环境参数模拟信号通过所述具有A/D转换功能的单片机的模拟输入口输入至单片机， 由单片机对该多路环境参数模拟信号进行模拟-数字转换以生成多路环境参数数字信号。中央控制模块140接收上述模拟数字转换模块130输出的多路环境参数数字信号，解析所述多路环境参数数字信号中的多个环境参数，包括甲烷(CH4)、氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、温度(T)、湿度(RH)和井下避难场所的内外气体压力差(P)。中央控制模块140对上述多个环境参数的变化进行监测，以获取当前井下避难场所的环境状况。如图2所示，中央控制模块140包括I/O接口单元141、存储单元142、控制单元 143、计算单元144和报警单元145。在本发明的一个实施例中，中央控制模块140可以为 MCU (Micro Control Unit，微控制单元)，例如单片机。I/O接口单元141可以接收来自外部的数据也可以将中央控制模块140处理后的数据发送至外部设备。由模拟数字转换模块130输入的多路环境参数数字信号通过I/O接口单元141输入，存储单元142将由I/O接口单元141输入的多路环境参数数字信号中的多个环境参数进行存储，以由中央控制模块140中的其他功能单元在需要时进行调用。控制单元143与存储单元142相连，读取存储单元142中存储的多个环境参数，并对多个环境参数的变化进行分析以判断当前井下避难场所的环境状况。计算单元144根据控制单元 143判断得到的当前井下避难场所的环境状况计算多个环境参数的统计数据，再由控制单元143根据上述统计数据判断多个环境参数是否超过限制。如果多个环境参数超过限制， 则由报警单元145发出报警信号。
下面结合图3描述中央控制模块140的控制流程。S301 控制单元143在读取存储单元142中的多个环境参数后，分析上述多个环境参数的变化，包括分析单个环境参数的变化或一组环境参数的变化；S302 控制单元143根据分析结果，判断上述多个环境参数的变化为正常变化或者突变。当单个环境参数的变化或一组环境参数的变化中存在瞬间数据时，则判断所述单个环境参数的变化或一组环境参数的变化为突变，执行步骤S303。当控制单元143判断上述多个环境参数的变化为正常变化时，执行步骤S305。S303 当控制单元143判断单个环境参数的变化或一组环境参数的变化为突变时，继续判断发生突变的单个环境参数或一组环境参数是否在第一预定时间内持续存在瞬间数据。其中，第一预定时间由控制单元143设置。当所述发生突变的单个环境参数或一组环境参数在第一预定时间内没有持续存在瞬间数据时，则忽略该突变。当所述发生突变的单个环境参数或一组环境参数在第一预定时间内持续存在瞬间数据时，则执行步骤S304。S304 控制单元143根据多个环境参数判断井下避难场所的环境是否处于危险趋势。在控制单元143内预设由危险趋势判断算法，控制单元143通过上述危险趋势判断算法判断上述持续存在瞬间数据的单个环境参数或一组环境参数是否符合危险趋势条件。当所述持续存在瞬间数据的环境参数符合危险趋势条件时，则执行步骤S307，由报警单元145 发出报警信号，提醒井下避难场所中的人员存在危险。当所述持续存在瞬间数据的环境参数不符合危险趋势条件时，则判断井下避难场所的环境未处于危险趋势，执行步骤S305。S305 当在步骤S302中判断多个环境参数的变化为正常变化，或者在步骤S304中判断井下避难场所的环境未处于危险趋势时，则由计算单元144对多个环境参数进行加权运算以获取多个环境参数的统计数据。计算单元144依据内部数据精度的加权算法对多个环境参数进行运算，得到的统计数据为多个环境参数的准确数据。S306 控制单元143读取由计算单元144计算得到的统计数据，并根据该统计数据判断多个环境参数是否超过限制。在控制单元143内部设置有预设限制条件，其中预设限制条件包括每个环境参数的阈值以及多个环境参数的组合阈值。当控制单元检测到多个环境参数的符合预设限制条件，即多个环境参数中的一个超过相应的环境参数阈值，或者多个环境参数的组合超过多个环境参数的组合阈值时，则判断井下避难场所的多个环境参数超过限制，执行步骤S307，由报警单元145发出报警信号。S307 当控制单元143判断井下避难场所的环境处于危险趋势或者多个环境参数超过限制时，则控制单元143控制报警单元145发出报警信号。具体而言，当在步骤304中，判断持续存在瞬间数据的环境参数符合危险趋势条件时，即井下避难场所处于危险趋势时，则由控制单元143向报警单元145发出控制信号以控制报警单元145发出报警信号，提醒井下避难场所中的人员存在危险。当在步骤S306中，控制单元143判断多个环境参数超过限制时，则可以判断此时井下避难场所有危险，则由控制单元143向报警单元145发出控制信号以控制报警单元145 发出报警信号，提醒井下避难场所中的人员存在危险。当中央控制模块I40判断井下避难场所的环境处于危险趋势或者多个环境参数超过限制时，控制井下避难场所的泵工作，例如将井下的水排出以缓解井下的危险，保证井下人员的安全。在本发明的一个实施例中，中央控制模块140内设置有多个串口和中断口，以便于扩展外界设备。通信中继模块150接收由所述中央控制模块140输出的数据，并将该数据转发给外界中继器以实现与外界中继器之间的数据交换，再由外界中继器进一步将上述数据发送给中心调度室。例如，当井下避难场所处于危险趋势或井下避难场所的环境参数超过限制时，报警单元145发出报警信号。中央控制模块140需要将该信息上报给中心调度室，则由控制单元143将该信息通过I/O接口单元141发送至通信中继模块150。通信中继模块150 将记录该信息的数据进一步转发给外界中继器，由外界中继器将该部分数据进一步发送至中心调度室，从而使得中心调度室获知井下避难场所的环境情况及危险程度，以判断是否需要采取相应的安全措施对井下避难场所进行安全处理，以及疏散井下避难场所中的人员等。此外，由中心调度室发出的控制信号，也可以由外界中继器转发给通信中继模块150，再由通信中继模块150发送至中央控制模块140。由上可知，利用通信中继模块150通过外界中继器实现对中央控制模块140和中心调度室之间的通信。在本发明的一个实施例中，通信中继模块150可以通过有线通信方式或无线通信方式实现与中央控制模块140和外界中继器的通信。当由灾变情况发生时，例如暴雪或冰雹，可能会导致正常通讯使用的电缆遭到损坏，无法与中心调度室进行联系。此时，通信中继模块150可以与距离灾变较远处的有线通信中继模块或救援人员携带的无线通信中继模块进行通信，从而保证中心调度室或救援人员及时获知灾变情况，解救井下避难场所中的避险人员。在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的用于井下避难场所的环境监测装置还包括显示模块160。该显示模块160与中央控制模块140相连，可以显示中央处理模块 140处理后的数据以及由模拟-数字转换模块130通过I/O接口单元141输入的多个环境参数。由此，工作人员可以方便的观察井下避难场所的当前的环境参数，便于根据该环境参数采取相应的安全措施。在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的用于井下避难场所的环境监测装置还包括语音播放模块170。如图4所示，语音播放模块170包括录制单元171和播放单元 172，其中录制单元171用于录制井下避难场所中的多个仪器的使用方法，播放单元172与录制单元171相连，用于播放井下避难场所中多个仪器的使用方法。在播放单元172上设置有开关键以控制播报，用户通过切换开关键选择是否播放使用方法。井下避难场所中多个仪器的使用方法包括本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置的使用方法以及救生舱或避难硐室中其他仪器装置的操作使用方法。由此， 通过播放井下避难场所中多个仪器的使用方法可以达到讲解说明和缓解避险人员紧张情绪、向避险人员提供心理安慰的重要功能。本发明实施例提供的用于井下避难场所的环境监测装置的电源系统采用煤矿专用隔爆兼本安型电源。当煤矿井下发生灾变、事故后避难场所现场动力电源破坏或切断情况下，通过采用该煤矿专用隔爆兼本安型电源可以保证环境监测装置的正常工作。本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置采用多参数整机组合技术，即将传感器组110、信号放大处理模块120、模拟数字转换模块130、中央控制模块140、通信中继模块150和显示模块160等功能模块组合到一起，从而大大降低了各个功能各自的耗电量，使得环境监测装置处于低功耗模式下，能够持续工作120小时以上。根据本发明实施例的用于井下避难场所的环境监测装置将各个功能组件整合到一起，不仅降低了耗电量，提高了该环境监测装置的持续工作时间，还可以节约空间，提高了仪器的便携性。此外，通过采集井下避难场所的多个参数，可以对井下避难场所有一个实时、全面的了解，并根据实际情况制定逃生时间或引导救护队员实施救护。有效地避免或降低人身伤亡的事故发生。并且，本发明的环境监测装置具有语音播放功能，从而不仅可以讲解环境监测装置和井下其他仪器还可以缓解井下人员的紧张情绪。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种用于井下避难场所的环境监测装置，其特征在于，包括传感器组，所述传感器组包括多个传感器，所述多个传感器分别用于监测井下避难场所的多个环境参数，并生成用于表示所述多个环境参数的多路环境参数模拟信号；信号放大处理模块，所述信号放大处理模块与所述多个传感器相连，用于接收来自所述多个传感器的用于表示所述环境参数的多路环境参数模拟信号，并对所述多路环境参数模拟信号进行放大；模拟数字转换模块，所述模拟数字转换模块与所述信号放大处理模块相连，用于对处理后的环境参数模拟信号进行模拟-数字转换，生成多路环境参数数字信号；中央控制模块，所述中央控制模块与所述模拟数字转换模块相连，用于接收所述环境参数数字信号，并对所述环境参数数字信号中的多个环境参数的变化进行监测以判断所述环境参数是否超过限制；通信中继模块，所述通信中继模块与所述中央控制模块相连，用于对所述中央控制模块输出的数据进行转发以实现所述中央控制模块与所述中心调度室的通信。
2.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，所述井下避难场所的环境参数包括甲烷、氧气、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度和所述井下避难场所所在环境的内外气体压力差。
3.如权利要求2所述的环境监测装置，其特征在于，所述传感器组包括 第一传感器，所述第一传感器用于监测所述井下避难场所的甲烷密度； 第二传感器，所述第二传感器用于监测所述井下避难场所的氧气密度； 第三传感器，所述第三传感器用于监测所述井下避难场所的一氧化碳密度； 第四传感器，所述第四传感器用于监测所述井下避难场所的二氧化碳密度； 第五传感器，所述第五传感器用于监测所述井下避难场所的温度值和湿度值； 第六传感器，所述第六传感器用于监测所述井下避难场所所在环境的内外气体压力差。
4.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，所述模拟数字转换模块为单片机。
5.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，中央控制模块包括 I/O接口单元，所述I/O接口单元用于接收及发送数据；存储单元，所述存储单元用于存储所述环境参数数字信号中的多个环境参数； 控制单元，所述控制单元与所述存储单元相连，用于读取所述存储单元中的所述多个环境参数以判断所述多个环境参数的变化为正常变化或突变，当所述控制单元判断所述多个环境参数的变化为突变时，进一步判断所述井下避难场所的环境是否处于危险趋势；计算单元，所述控制单元与所述计算单元相连，用于在所述多个环境参数的变化为正常变化或所述井下避难场所的环境未处于危险趋势时，对所述多个环境参数进行加权运算以获取所述多个环境参数的统计数据，所述控制单元根据所述多个环境参数的统计数据判断所述多个环境参数是否超过限制；报警单元，所述报警单元与所述控制单元相连，当所述控制单元判断所示井下避难场所的环境处于危险趋势或所述多个环境参数超过限制时，控制所述报警单元发出报警信号。
6.如权利要求5所述的环境监测装置，其特征在于，所述控制单元在监测到所述环境参数中存在瞬间数据时，则判断所述环境参数的变化为突变。
7.如权利要求6所述的环境监测装置，其特征在于，所述控制单元判断所述环境参数在第一预定时间内持续存在瞬间数据时，则进一步根据所述环境参数判断所述井下避难场所的环境是否处于危险趋势，当所述环境参数满足危险趋势条件时，则判断所述井下避难场所的环境处于危险趋势，否则判断所述井下避难场所的环境未处于危险趋势。
8.如权利要求5所述的环境监测装置，其特征在于，所述控制单元判断所述多个环境参数的统计数据是否符合预设限制条件，当判断所述多个环境参数的统计数据符合预设限制条件时，则判断所述多个环境参数超过限制，所述报警单元发出报警。
9.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，所述中央控制模块为单片机。
10.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，所述通信中继模块与所述中央控制模块有线地或无线地进行通信。
11.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，进一步包括显示模块，所述显示模块与所述中央控制模块相连，用于显示所述中央处理模块处理后的数据。
12.如权利要求11所述的环境监测装置，其特征在于，进一步包括语音播放模块，所述语音播放模块用于播放所述井下避难场所中多个仪器的使用方法，其中，所述语音播放模块包括录制单元，所述录制单元用于录制所述井下避难场所中多个仪器的使用方法；播放单元，所述播放单元与所述播放单元相连，用于播放所述录制单元中录制的所述井下避难场所中多个仪器的使用方法。
13.如权利要求1所述的环境监测装置，其特征在于，所述用于井下避难场所的环境监测装置的持续工作时间大于等于120小时。
全文摘要
本发明公开了一种用于井下避难场所的环境监测装置，包括传感器组，用于监测井下避难场所的多个环境参数，并生成多路环境参数模拟信号；信号放大处理模块，用于接收多路环境参数模拟信号，并对多路环境参数模拟信号进行放大；模拟数字转换模块，用于对处理后的环境参数模拟信号进行模拟-数字转换；中央控制模块，用于接收环境参数数字信号，并对环境参数数字信号中的多个环境参数的变化进行监测以判断环境参数是否超过限制；通信中继模块，用于对中央控制模块输出的数据进行转发以实现中央控制模块与中心调度室的通信。本发明不仅降低了耗电量，提高了该环境监测装置的持续工作时间，还可以节约空间，提高了仪器的便携性。
文档编号E21F17/18GK102312681SQ20111021883
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者张殿国, 王鹏, 黄圆月 申请人:煤炭科学研究总院