专利名称：基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪与人员监视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于探测煤矿井下矿灯信号有无的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪及应用该探测仪进行井下人员探测与安全报警的报警系统。
背景技术：
目前，我国己成为世界煤炭生产和消耗的第一大国，同时，我国也是发生煤矿安全事故较多的国家，煤矿安全事故造成了严重的财产损失和恶劣的社会影响。特别是近年来放炮引起的煤矿事故有明显的相对上升的趋势。为了防止放炮事故的发生，需要探测放炮警戒区域内部在放炮时没有人员存在，从而通过一定的监控系统实现“放炮区域有人就不能放炮”的目的。现有技术下，探测放炮区域内是否有人的方式有如下几种
一是采用每个人员携带射频卡或者其他信号发送设备，同时在放炮区域附近安装相应信号接收设备进行探测，通过探测个人携带设备的方法探测人员。其弊端就是，个人可能携带射频卡等设备，也可能不携带，而且个人携带的设备容易损坏，并且损坏后不容易被发现，这样就很容易造成对放炮区域内是否有人的误判，容易酿成事故。二是可以采用红外成像仪探测人员，缺点是价格太昂贵。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪(简称为探测仪)及应用该探测仪进行井下人员探测与安全报警的人员监视系统(简称为监控系统)，通过探测井下矿灯信号的有无，在一定距离(约为100米)内，不管矿灯光是强是弱，也不管矿灯光照向什么方向，用该探测仪都能探测到，从而能够判断是否有人。本发明采用的主要技术方案是
一种基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，设有高、低两种灵敏度光探测器和分别与这两种光探测器电连接的电控模块，所述电控模块中设有比较单元和存储单元，所述存储单元中存储有预先设定的照度下限值，所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度下限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度下限值时，所述电控模块控制所述高灵敏度光探测器停止工作。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还设有与所述电控模块电连接的安全报警模块，当所述高灵敏度光探测器和/或所述低灵敏度光探测器探测到矿灯信号时， 所述电控模块控制所述安全报警模块发出安全报警信号。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还优选设有与所述电控模块电连接的出错报警模块，所述存储单元中还存储有预先设定的照度上限值，所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度上限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度上限值时，所述电控模块控制所述出错报警模块发出出错报警信号，所述照度上限值大于所述照度下限值。
所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还可以设有用于向上位机输出安全报警信号和/或出错报警信号的通讯接口模块，所述通讯接口模块与电控模块电连接。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还可以设有与所述电控模块电连接的用于聚焦放大和强化远处灯光的聚焦模块和/或用于指示探测方向的激光指向模块。上述任一一种所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪中，所述高灵敏度探测器的光电元件优选为光电倍增管，所述低灵敏度光电探测器的光电元件优选为硅光电池。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还优选设有红外检测分析模块，当所述高灵敏度探测器检测到矿灯信号且所述低灵敏度光电探测器检测不到矿灯信号时，所述红外检测分析模块启动，获取所述矿灯信号方向的红外信号并进行红外图像识别分析，在红外图像分析为非人图像时，所述电控模块控制所述安全报警模块不发出安全报警信号或发出非人图像提示信号。一种人员监视系统，包括若干微弱光探测仪、若干传输分站和一个管理总站，所述微弱光探测仪为前述的含有所述通讯接口模块的任一一种所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，多个所述微弱光探测仪通过各自的通讯接口模块与所述传输分站的监控主机连接并通信，多个所述传输分站的监控主机与所述管理总站的中心管理主机连接并通信，多个所述微弱光探测仪与所述管理总站的中心管理主机连接或不连接，连接时通过各自的通讯接口模块连接，所述传输分站的监控主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示以及上传至所述管理总站的中心管理主机的专用监控软件，所述管理总站的中心管理主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示的专用管理软件，所述监控主机和中心管理主机构成为所述微弱光探测仪的上位机。本发明的有益效果是同时设置了高灵敏度光探测器和低灵敏度光探测器，使模块本身感光区间更广，有利于井下探测和定位；同时采用高、低两种灵敏度的光探测器，并分别作为主探测器和辅探测器，并利用辅探测器的探测信号控制主探测器工作与否，可兼顾极微弱的矿灯信号和比较强的灯光直射信号，使得信号极微弱时能够测得到，信号过强时能够自动保护高灵敏度的主探测器不至于损坏；由于设置了通讯接口模块，可以将各类报警信息输出至上位机，以便于多个基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的组网和管理以及远程控制；由于红外检测分析模块的设置，当红外图像分析为非人图像时，可以让所述安全报警模块不发出安全报警信号，减少由于高灵敏度探测器过于灵敏引起的不必要的误报警。由于实现了基于矿灯微弱光的探测，使得矿工作业时只需携带矿灯这一必备装备，而不必另外携带其他装备，因此减轻了矿工的负担，也减少了装备的数量、降低了装备成本和对装备的管理难度，且可以实现只要矿灯出现故障就能立即被发现，减少甚至消除了装备损坏可能形成的安全隐患。由于所述探测仪中设置了聚焦模块，可以将矿灯光(特别是更远处的微弱矿灯光) 聚焦、放大并强化，有助于其中的光探测器对微弱光的探测；由于所述探测仪中设置了激光指向模块，可依此判断聚焦的灯光是否是想要探测方向上的灯光，方便探测方向的确定。
图1是本发明的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的原理框图； 图2是本发明的人员监视系统的一种实施例的拓扑结构图。
具体实施例方式如图1所示，本发明提供了一种基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，设有高、 低两种灵敏度光探测器和分别与这两种光探测器电连接并控制他们工作与否的电控模块， 高灵敏度光探测器作为主探测器，低灵敏度光探测器作为辅探测器，所述电控模块中设有比较单元和存储单元，所述存储单元中存储有预先设定的照度下限值，所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度下限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度下限值时，所述电控模块控制所述高灵敏度光探测器停止工作。利用辅探测器的探测信号控制主探测器工作与否，可兼顾极微弱的矿灯信号和比较强的灯光直射信号，使得信号极微弱时能够测得到，信号过强时能够自动保护高灵敏度的主探测器不至于损坏。所述电控模块可以由一块芯片构成。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还可以设有与所述电控模块电连接的安全报警模块，当所述高灵敏度光探测器和/或低灵敏度光探测器探测到正常的矿灯信号(指预先设定的照度范围内的矿灯信号)时，所述电控模块控制所述安全报警模块发出安全报警信号。当所述安全报警模块发出安全报警信号表示探测到了矿灯信号时，意味着放炮区域内很可能有人，此时不应放炮。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还优选设有与所述电控模块电连接的出错报警模块，所述存储单元中还存储有预先设定的照度上限值，所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度上限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度上限值时，所述电控模块自动控制所述出错报警模块发出出错报警信号，所述照度上限值大于所述照度下限值，所述照度上限值通常应大于所述低灵敏度光探测器能够测到的光信号照度值下限。所述照度上限值可根据所述高灵敏度光探测器所能承受的光照度的最大值进行设定，当所述低灵敏度光探测器检测到的实际照度值达到或超过所述照度上限值时，说明当前照度已接近、达到或超出了高灵敏度光探测器所能检测的上限值，所述电控模块根据所述比较单元的上述比较结果控制所述出错报警模块发出出错报警信号，如溢出错误信号，表示信号过强，超出了所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪内部设置的照度上限值，优选地，此时所述高、低灵敏度光探测器均停止工作。当所述高、低灵敏度光探测器被关闭后如果仍然显示测到矿灯的光亮信号的存在，表明探测仪因环境温湿度或其他原因造成工作不正常，所述电控模块将控制出错报警模块发出出错报警信号。采用本发明，当矿灯在远处时，信号极其微弱，高灵敏度光探测器开始工作来监测矿灯的有无，当矿灯在近处时，信号较强，高灵敏度光探测器停止工作，避免损坏高灵敏度光探测器，此时的探测由低灵敏度光探测器承担。以下情况会导致所述出错报警模块发出报警
i.信号过强，超出模块内部设置的上限，属溢出错误； i i.高灵敏度光探测器停止工作，相应通道仍然有信号，模块有零点。
6
所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还设有用于向上位机输出安全报警信号和/或出错报警信号的通讯接口模块，所述通讯接口模块与电控模块电连接，通过所述通讯接口模块，所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪可以将探测结果信息(如是否有矿灯信号、光照度值、不在预先设定的照度上、下限值之间时的报警信息等)上传至上位机如传输分站、管理总站中，以便于对多个基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的组网和管理以及远程控制。所述通讯接口模块设有有线通讯接口和\或无线通讯接口。所述安全报警模块和出错报警模块中设有光报警元件和/或声报警元件，如LED 指示灯和/或扬声器，用于在探测到矿灯信号时或发生溢出错误、高灵敏度光探测器停止工作等状况时以光、声的形式发出报警信息。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还优选设有与所述电控模块电连接的用于聚焦放大和强化远处灯光的聚焦模块和/或用于指示探测方向的激光指向模块。采用所述聚焦模块可以探测更远处的微弱矿灯光，利用所述激光指向模块可以指示想要探测的方向，即激光指示的方向就是需要探测的方向。上述任一一种所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪中，所述高灵敏度探测器的光电元件为光电倍增管，所述硅光电池的探测下限光照度可以根据所述光电倍增管所能承受的光照上限进行酌情设定。经过大量的实地测试验证，依据本发明制备的探测仪，在采用现有常见元件的情况下，可以保证距离50米以内实际生产中矿灯可能照到的任何方向只要有矿灯照射，所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪就能感应到并输出安全报警信号，在背对探测器前照的情况下，能够可靠测到100米以上。优选地，所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪还可以设有红外检测分析模块，当所述高灵敏度探测器检测到矿灯信号且所述低灵敏度光电探测器检测不到矿灯信号时，所述红外检测分析模块启动，获取所述矿灯信号方向的红外信号并进行红外图像识别分析，在红外图像分析为非人图像时，所述电控模块控制所述安全报警模块不发出安全报警信号或发出非人图像提示信号。由于所述高灵敏度探测器灵敏度较高，一旦矿井内其他光源对其造成干扰容易导致误报警，即不应发出安全报警信号时发出了安全报警信号。设置上述红外检测分析模块，附加大致的图像扫描与分析，对当红外图像分析为非人图像时， 可以让所述安全报警模块不发出安全报警信号，因此减少或避免了由于高灵敏度探测器过于灵敏引起的不必要的误报警。所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪设有壳体，在井下具有防潮隔湿作用，所述壳体内设置两条相互独立且平行的光通道，分别构成所述高、低灵敏度光探测器的光通道，所述壳体的一侧侧壁上设有两个受光口，分别构成所述高、低灵敏度光探测器的受光口，所述高、低灵敏度探测器的光电元件通过各自的所述受光口接收被探测光线。所述高、低灵敏度光探测器均停止工作时，相应光通道内仍然有信号，只是所述高、低灵敏度光探测器不进行探测作业，这种状态称为所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的零点状态。所述采光口处固定有玻璃板，在井下尘灰大，玻璃板可以起到一定的隔绝灰尘的作用，玻璃板边缘要经过良好的密封绝尘处理。所述玻璃板可以为可吸收一定颜色(或波长)的光或阻止一定颜色(或波长)的光通过的有色玻璃板或其上镀有光学镀膜的玻璃板， 由于井下使用的其他各种探测仪器或设备上多用到红色LED灯，因此上述玻璃板可吸收或阻止的一定颜色(或波长)的光优选为红光，以此来对其他仪器的红色LED光进行屏蔽，减少或避免其他仪器或设备对所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪进行探测时的干扰。所述壳体上设有用于调节所述高灵敏度光探测器的灵敏度的调节装置。所述调节装置可以是调节旋钮或调节孔，通过所述调节装置可以方便地调节所述高、低灵敏度光探测器特别是高灵敏度光探测器的灵敏度。模块的灵敏度仅仅需要根据不同的场合进行微调，不需要做大的调整。所述调节装置上可以加设盖子防止灰尘、湿气等进入壳体内影响该基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的正常工作。所述激光指向模块优选设置在所述壳体的受光侧上，以方便所述探测仪的快速安装和对准，为所述探测仪的安装调整提供参考， 尤其可适应井下较暗的环境。如图2所示，本发明还提供了一种人员监视系统，包括若干微弱光探测仪、若干传输分站和一个管理总站，所述微弱光探测仪优选为上述任一一种带有通讯接口模块的所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，多个所述微弱光探测仪通过各自的通讯接口模块与所述传输分站的监控主机连接并通信，多个所述传输分站的监控主机与所述管理总站的中心管理主机连接并通信，多个所述微弱光探测仪与所述管理总站的中心管理主机连接或不连接，连接时通过各自的通讯接口模块连接，所述传输分站的监控主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示在屏幕上以及上传至所述管理总站的中心管理主机的专用监控软件，所述管理总站的中心管理主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示的专用管理软件，所述监控主机和中心管理主机构成为所述微弱光探测仪的上位机。所述传输分站的监控主机可以通过其上的专用监控软件接收来自基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪的报警信息和对所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪进行远程控制(包括工作或停止)，所述管理总站的中心管理主机可以通过其上的专用管理软件接收来自基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪和/或传输分站的监控主机的报警信息，还可以对所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪和/或传输分站的监控主机进行远程控制(包括工作或停止)。所述监控主机和中心管理主机接到所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪发出的出错报警信息时，可以立即控制所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪停止工作或进行初始化。所述传输分站可以是井下分站，所述管理总站可以为井上主站。组成所述人员监视系统时，为了多个基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪之间的覆盖区域不重叠，多个所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪之间可以间隔设置， 相互间的距离取决于实际需要和其中的光电元件的光信号照度值下限，优选设置40-100m 间隔。本发明的所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪用电量很小，可以采用自备电源，也可以采用由传输分站集中供电的供电方式，所需电源参数可以是直流7-37V、2W。本发明的所述基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪可以单独工作，即不组网或不与其他设备组成任何系统，根据其上的报警元件所发出的声、光信号判断探测情况。
权利要求
1.一种基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于设有高、低两种灵敏度光探测器和分别与这两种光探测器电连接的电控模块，所述电控模块中设有比较单元和存储单元，所述存储单元中存储有预先设定的照度下限值，所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度下限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度下限值时，所述电控模块控制所述高灵敏度光探测器停止工作。
2.如权利要求1所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于还设有与所述电控模块电连接的安全报警模块，当所述高灵敏度光探测器和/或所述低灵敏度光探测器探测到矿灯信号时，所述电控模块控制所述安全报警模块发出安全报警信号。
3.如权利要求2所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于还设有与所述电控模块电连接的出错报警模块，所述存储单元中还存储有预先设定的照度上限值， 所述比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度上限值比较，当所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度上限值时，所述电控模块控制所述出错报警模块发出出错报警信号，所述照度上限值大于所述照度下限值。
4.如权利要求3所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于还设有用于向上位机输出安全报警信号和/或出错报警信号的通讯接口模块，所述通讯接口模块与电控模块电连接。
5.如权利要求4所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于还设有与所述电控模块电连接的用于聚焦放大和强化远处灯光的聚焦模块和/或用于指示探测方向的激光指向模块。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于所述高灵敏度探测器的光电元件为光电倍增管，所述低灵敏度光电探测器的光电元件为硅光电池。
7.如权利要求6所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于还设有红外检测分析模块，当所述高灵敏度探测器检测到矿灯信号且所述低灵敏度光电探测器检测不到矿灯信号时，所述红外检测分析模块启动，获取所述矿灯信号方向的红外信号并进行红外图像识别分析，在红外图像分析为非人图像时，所述电控模块控制所述安全报警模块不发出安全报警信号或发出非人图像提示信号。
8.如权利要求7所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于设有壳体，所述壳体内设置两条独立且平行的光通道，分别构成所述高、低灵敏度光探测器的光通道，所述壳体的一侧侧壁上设有两个受光口，分别构成所述高、低灵敏度光探测器的受光口，所述采光口处固定有玻璃板，所述玻璃板为可吸收红光或阻止红光通过的有色玻璃板或其上镀有光学镀膜的玻璃板。
9.如权利要求8所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，其特征在于所述壳体上设有用于调节所述高灵敏度光探测器的灵敏度的调节装置。
10.一种人员监视系统，其特征在于包括若干微弱光探测仪、若干传输分站和一个管理总站，所述微弱光探测仪为权利要求4-9中任一权利要求所述的基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪，多个所述微弱光探测仪通过各自的通讯接口模块与所述传输分站的监控主机连接并通信，多个所述传输分站的监控主机与所述管理总站的中心管理主机连接并通信，多个所述微弱光探测仪与所述管理总站的中心管理主机连接或不连接，连接时通过各自的通讯接口模块连接，所述传输分站的监控主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示以及上传至所述管理总站的中心管理主机的专用监控软件，所述管理总站的中心管理主机上安装有用于接收所述微弱光探测仪输出的安全报警信号和/或出错报警信号并显示的专用管理软件，所述监控主机和中心管理主机构成为所述微弱光探测仪的上位机。
全文摘要
本发明涉及一种基于矿灯微弱光探测的井下人员探测仪与人员监视系统，所述探测仪设有高、低两种灵敏度光探测器和分别与它们电连接的电控模块，电控模块中设有比较单元和存储单元，存储单元中存储有预先设定的照度下限值，比较单元将所述低灵敏度光探测器探测到的实际照度值与所述照度下限值比较，当低灵敏度光探测器探测到的实际照度值达到或超过所述照度下限值时，电控模块控制所述高灵敏度光探测器停止工作，所述系统包括若干所述探测仪、若干传输分站和一个管理总站，三者间两两连接并通信。本发明可实现对矿灯微弱光的探测与报警，在无需增加矿工个人的作业装备的情况下即可判断放炮区域内是否有人，减轻矿工的负担，降低装备管理难度。
文档编号E21F17/18GK102505964SQ20111032450
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者杨凤城, 毛允德 申请人:毛允德