专利名称：红外煤尘检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种红外煤尘检测装置及方法，尤其是一种适用于煤矿环境中煤尘的红外煤尘检测装置及方法。
背景技术：
煤矿井下开采工作面煤尘较大，达到一定条件会导致爆炸事故，目前的各种粉尘和煤尘检测装置主要针对浓度参数的检测，而煤尘浓度不是判断爆炸危险性的准确参数，必须考虑其粒度的影响，但是目前缺乏能够实时检测煤尘粒度的装置，而且，由于矿井高湿环境，煤尘很容易污染仪器，影响检测的正常，使得煤尘检测装置很难长时间进行自动监测，造成现有煤矿的各种监测系统没有煤尘监测手段。
发明内容
本发明的目的是要克服已有技术中的不足，提供一种红外煤尘检测装置及方法，通过设置红外发光管和多个红外传感器，解决了目前煤尘浓度和粒度的连续监测和爆炸危险性报警问题。为实现上述目的，本发明的红外煤尘检测装置，包括煤尘检测腔体，所述的煤尘检测腔体为两端与外部环境相通的空心圆柱形腔体，煤尘检测腔体内壁正中的截面上按时钟的12点和9点位置处开有两个圆孔，两个圆孔上设有两个红外管光管，每个红外管光管对面的煤尘检测腔体的内壁上各有一个圆孔，圆孔上各设有一个红外传感器；所述两个红外管光管沿纵向两侧的煤尘检测腔体上各分布有一个圆孔，各圆孔上分别设有一个红外传感器，所述的各个红外传感器分为两组分别与两个信号预处理器连接，两个信号预处理器连接的红外传感器个数相同，两个信号预处理器的输出端分别与微处理器相连接，微处理器的输出端分别连接有自动清扫装置、显示器、报警电路和通信电路。所述的煤尘检测腔体的各圆孔上均设有有机玻璃保护透镜；所述的自动清扫装置包括设在煤尘检测腔体内的旋转清扫器、设在煤尘检测腔体外的步进电机和电机驱动器，电机驱动器的输入端接微处理器的输出端，电机驱动器连接步进电机，步进电机与旋转清扫器通过齿轮连接，带动旋转清扫器在煤尘检测腔体的侧壁上旋转。一种使用上所述装置的红外煤尘检测方法，将检测装置置于煤尘环境中，通过位于九点和十二点位置处的两个红外发光管向煤尘检测腔体上的圆孔内发射红外光，当煤尘检测腔体体内无煤尘时，与两个红外发光管对面位置的两个红外传感器接收到红外光；当煤尘检测腔体体内有煤尘时，红外发光管产生的红外光会产生透射和反射现象，从而使透射和反射后的红外光被除了与两个红外发光管相对位置的红外传感器接收到之外，两个红外发光管两侧的红外传感器也能检测到折射的红外光和反射的红外光，各红外传感器将检测信息通过信号预处理器进行融合处理，融合处理后的信号被发送到微处理器中，通过微处理器将检测信息与预先设定的信息进行比对从而检测出煤尘的浓度和粒度，并根据预先设定的煤尘浓度和粒度对爆炸危险性的影响程度进行判断，当检测出煤尘粒度所述范围为0.75 μ m lmm、0.30 0.75 μ m或0.10 0.30 μ m时，所对应的煤尘浓度阈值彡50g/m3、≥40g/m3或> 30g/m3，则分别通过显示器显示、报警电路进行报警、通信电路传输信号提醒环境煤尘爆炸的危险性。有益效果:由于采用了上述方案，设置两个红外发光管和多个红外传感器，两个红外发光管所产生的红外光在煤尘检测腔体内的空间上相互垂直，分布在煤尘检测腔体的上，通过红外光照射煤尘的透射原理和反射原理，可以方便地在高湿度环境中长期监测煤尘的浓度和粒度，通过设置的红外发光管和多个红外传感器解决了目前矿井煤尘浓度和粒度连续监测的问题，可以通过矿井监测系统实时监测环境煤尘的参数，对煤尘爆炸的危险性进行判断和预警，避免爆炸事故的发生，保障煤矿的安全生产。其结构简单，操作方便，使用效果好。具有广泛的实用性。
图1是本发明装置的原理结构图；图2是本发明装置中红外发光管和红外传感器位置示意图；图3是图2的A-A剖面图；图4是本发明装置中自动清扫装置结构示意图。图中，1-红外发光管；2_煤尘检测腔体；3_红外传感器；4_信号预处理器；5-微处理器；6-自动清扫装置；7_显示器；8_报警电路；9_通信电路；10_电机驱动器；11_步进电机；12-旋转清扫器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:如图1所示，本发明的红外煤尘检测装置包括煤尘检测腔体2，所述的煤尘检测腔体2为两端与外部环境相通的空心圆柱形腔体，如图2所示，所述的煤尘检测腔体2为两端与外部环境相通的空心圆柱形腔体，煤尘检测腔体2内壁正中的截面上按时钟的12点和9点位置处开有两个圆孔，两个圆孔上设有两个红外管光管1，每个红外管光管I对面的煤尘检测腔体2的内壁上各有一个圆孔，圆孔上各设有一个红外传感器3 ;所述的煤尘检测腔体2的各圆孔上均设有有机玻璃保护透镜。所述两个红外管光管I沿纵向两侧的煤尘检测腔体2上各分布有一个圆孔，各圆孔上分别设有一个红外传感器3，所述的6个红外传感器3分为两组分别与两个信号预处理器4连接，两个信号预处理器4连接的红外传感器3个数为3个，两个信号预处理器4的输出端分别与微处理器5相连接，微处理器5的输出端分别连接有自动清扫装置6、显示器7、报警电路8和通信电路9。所述自动清扫装置6由旋转清扫器12、步进电机10和电机驱动器11构成，其中旋转清扫器12设置在煤尘检测腔体2的内，电机驱动器11的输入端接微处理器4的输出端，电机驱动器11的输出接步进电机10，步进电机10与旋转清扫器12通过齿轮连接，能够带动旋转清扫器12紧挨煤尘检测腔体2侧壁上旋转，通过旋转清扫器12的旋转可以清洁煤层检测腔2周壁上的圆孔透镜。所述红外传感器3的型号为G8370,所述信号预处理器4为微处理器内置5型号为ATMEGA16,显不器7的型号LR430LC9601液晶屏，通信电路采用CAN总线或者485或者无线通信模块，便于接入监测网络，传输至地面监测中心进行监测；显示器显示的是煤尘浓度和粒度两种参数。
一种使用上述装置的红外煤尘检测方法:将检测装置置与煤尘环境中，使用红外发光管1通过煤尘检测腔体2上的保护透镜向设置在保护透镜正对面配对的红外传感器3发射红外光，当煤尘检测腔体2体内无煤尘时，与两个红外发光管1相对位置的两个红外传感器3接收到红外光；当煤尘检测腔体2体内有煤尘时，红外发光管1产生的红外光会产生透射和反射现象，从而使透射和反射后的红外光被除了与两个红外发光管1相对位置的红外传感器3接收到；两个红外发光管I两侧的4个红外传感器3也能检测到折射的红外光和反射的红外光，6个红外传感器3检测到透射的红外光和反射的红外光后,会将检测信息通过信号预处理器4进行融合处理，融合处理后的信号被发送到微处理器5中，通过微处理器5将检测信息与预先设定的信息进行比对从而检测出煤尘的浓度和粒度，并根据预先设定的煤尘浓度和粒度对爆炸危险性的影响程度进行判断。由于影响煤尘爆炸危险性的不确定因素较多，因此不需要在煤尘浓度和粒度参数的基础上，用一个公式或者算法来判断爆炸危险性而报警，本发明采用一个简单而实用的分段阈值报警方法。将煤尘粒度参数分成3个段范围，在每段范围内设置一个煤尘浓度的报警阈值，超过该阈值便发出报警信号。煤尘粒度的分区和报警的煤尘浓度阈值如下表所示。
权利要求
1.一种红外煤尘检测装置，其特征是:它包括煤尘检测腔体(2)，所述的煤尘检测腔体(2)为两端与外部环境相通的空心圆柱形腔体，煤尘检测腔体(2)内壁正中的截面上按时钟的12点和9点位置处开有两个圆孔，两个圆孔上设有两个红外管光管(I )，每个红外管光管(I)对面的煤尘检测腔体(2)的内壁上各有一个圆孔，圆孔上各设有一个红外传感器(3)；所述两个红外管光管(I)沿纵向两侧的煤尘检测腔体(2)上各分布有一个圆孔，各圆孔上分别设有一个红外传感器(3)，所述的各个红外传感器(3)分为两组分别与两个信号预处理器(4)连接，两个信号预处理器(4)连接的红外传感器(3)个数相同，两个信号预处理器(4)的输出端分别与微处理器(5)相连接，微处理器(5)的输出端分别连接有自动清扫装置(6)、显示器(7)、报警电路(8)和通信电路(9)。
2.根据权利要求1所述的红外煤尘检测装置，其特征在于:所述的煤尘检测腔体(2)的各圆孔上均设有有机玻璃保护透镜。
3.根据权利要求1或2所述的红外煤尘检 测装置，其特征在于:所述的自动清扫装置(6)包括设在煤尘检测腔体(2)内的旋转清扫器(12)、设在煤尘检测腔体(2)外的步进电机(II)和电机驱动器(10)，电机驱动器(10)的输入端接微处理器(4)的输出端，电机驱动器(10)连接步进电机(11),步进电机(11)与旋转清扫器(12)通过齿轮连接,带动旋转清扫器(12)在煤尘检测腔体(2)的侧壁上旋转。
4.一种使用权利要求1中所述装置的红外煤尘检测方法，其特征在于:将检测装置置于煤尘环境中，通过位于九点和十二点位置处的两个红外发光管(I)向煤尘检测腔体(2)上的圆孔内发射红外光，当煤尘检测腔体(2)体内无煤尘时，与两个红外发光管(I)对面位置的两个红外传感器(3)接收到红外光；当煤尘检测腔体(2)体内有煤尘时，红外发光管(I)产生的红外光会产生透射和反射现象，从而使透射和反射后的红外光被除了与两个红外发光管(I)相对位置的红外传感器(3)接收到之外，两个红外发光管(I)两侧的红外传感器(3)也能检测到折射的红外光和反射的红外光，各红外传感器(3)将检测信息通过信号预处理器(4)进行融合处理，融合处理后的信号被发送到微处理器(5)中，通过微处理器(5)将检测信息与预先设定的信息进行比对从而检测出煤尘的浓度和粒度，并根据预先设定的煤尘浓度和粒度对爆炸危险性的影响程度进行判断，当检测出煤尘粒度所述范围为·0.75 μ m lmm、0.30 0.75 μ m或0.10 0.30 μ m时，所对应的煤尘浓度阈值≤50g/m3、≤40g/m3或> 30g/m3，则分别通过显示器显示、报警电路进行报警、通信电路传输信号提醒环境煤尘爆炸的危险性。
全文摘要
一种红外煤尘检测装置及方法，属于煤矿环境检测方法及装置。装置由红外发光管、红外传感器、煤尘检测腔体、清扫装置、信号预处理器、信息融合处理器、显示器、存储器、通信电路和报警电路构成。红外发光管有两个，所产生的红外光在煤尘检测腔体内的空间上相互垂直，红外传感器有多个，分布在煤尘检测腔体的上。通过红外光照射煤尘的透射原理和反射原理，检测出煤尘的浓度和粒度，根据煤尘浓度和粒度对爆炸危险性的影响程度，判断煤尘爆炸的危险性，进行报警。适合煤矿安全环境的监测。
文档编号G01N15/02GK103163053SQ20131004567
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者童紫原, 童敏明, 唐守锋, 任子晖 申请人:中国矿业大学