矿用多参数传感器及监测方法与流程

1.本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种矿用多参数传感器及监测方法。


背景技术：

2.矿井内存在多种不同的环境参量需要进行监测，由于传感器机理的限制，监测某种环境参量的传感器往往受到其它环境参量的影响。
3.传统的监测方式是将多种单参数传感器同时布置，每种传感器监测一种环境参量。在现场需要布置多种不同种类的传感器实现对多种环境参量的监测。
4.近几年出现了多参数传感器，可以同时对多种环境参数进行监测。比如：有一种可以对甲烷浓度、一氧化碳浓度和温度进行实时监测的三参数传感器；可以对甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、温度、湿度、差压进行实时监测的七参数传感器。但是，这些多参数传感器都采用一体化方式进行设计，仪表单元和传感单元没有分离，当传感单元结构太大，或参数多时，多参数传感器将难以集成多种参数，传感器外壳不能沿用单参数传感器的外壳，电路板也不能沿用单参数传感器的电路板，需要单独设计外壳和电路板，传感器体积和结构会很大。传感器设计厂家，一般很难将多参数传感器按照单参数传感器的标准化方案进行设计，增加了电路板和结构件的物料种类，提高了多参数传感器的成本，当制作不同多参数传感器时需要配做不同结构，造成成本上升，无法批量化生产。由于多参数传感器在矿井内使用，环境较为恶劣，发生坍塌、震动等情况时，若多参数传感器受损，则会影响整个矿井内数据的监测，从而导致地面人员无法获取矿井内的信息。
5.另外，不同环境参量的监测数据相互独立，缺乏融合，在一定程度上导致传感器难以对现场环境进行有效的监测。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
7.为此，本发明提出一种矿用多参数传感器，该矿用多参数传感器采用分体结构，制造成本降低，可进行多样化组合，避免矿井发生事故时传感单元全部失效的优点。
8.根据本发明实施例的矿用多参数传感器，包括：一个公共仪表和多个传感单元，所述公共仪表和多个所述传感单元之间为分体结构，多个所述传感单元和所述公共仪表之间通过有线或无线连接，所述公共仪表和多个所述传感单元均设于矿井内，多个所述传感单元分布于矿井内的各个监测点，多个所述传感单元用于实时监测矿井内的环境。
9.本发明的有益效果是，本发明结构简单，通过将矿用多参数传感器进行分体设计，形成一个公共仪表和多个传感单元，使得多个传感单元共用一个公共仪表，根据实际需要对多个传感单元进行选择，提高了实用性能，同时公共仪表无需额外配做，提高了制造效率，降低了制造成本，多个传感单元分散布置，避免遇到险情时，矿用多参数传感器完全失效。
10.根据本发明一个实施例，所述公共仪表包括：壳体，所述壳体内设有容纳腔；提手，
所述提手设于所述壳体的上方；报警灯，所述报警灯设于所述壳体的下方。
11.根据本发明一个实施例，所述壳体内具有无线模块，所述无线模块与多个所述传感单元之间无线连接。
12.根据本发明一个实施例，所述壳体内具有处理器和电源，所述处理器和所述无线模块均与所述电源相连，所述处理器与所述无线模块相连，所述处理器与所述报警灯相连。
13.根据本发明一个实施例，所述壳体的下方设有多个第二接口，多个所述第二接口与多个所述传感单元一一对应，所述第二接口与所述传感单元之间通过线缆相连，所述电源通过所述线缆向所述传感单元供电。
14.根据本发明一个实施例，所述壳体上开设有出声口，所述壳体内设有蜂鸣器，所述蜂鸣器位于所述出声口处，所述处理器和所述电源均与所述蜂鸣器相连。
15.根据本发明一个实施例，所述壳体上设有显示窗和第一接口，所述显示窗用于显示多个所述传感单元实时监测到的矿井内环境参数，所述第一接口用于连接上位机。
16.根据本发明一个实施例，多个所述传感单元包括：温湿度传感单元、气体传感单元和风速传感单元，所述气体传感单元为co传感器、ch4传感器、o2传感器、h2传感器、co2传感器、h2s传感器中的一种或多种。
17.根据本发明一个实施例，一种根据上述的矿用多参数传感器的监测方法，包括以下步骤，步骤一：根据实际需要选择不同种类和不同数量的传感单元接入公共仪表中；步骤二：将矿用多参数传感器安装在矿井内；步骤三：将矿用多参数传感器采集到的数据上传至上位机并进行融合处理形成监测结果，当监测结果超过设定值时，矿用多参数传感器进行声光报警。
18.根据本发明一个实施例，所述步骤三中融合处理具体包括，预处理：将每一种类型的数据分别生成两个数据集合，对一个数据集合进行筛选，得到一个正常数据集合和一个异常数据集合，对另一个数据集合进行再次筛选，从而校验筛选过程是否正确，当筛选过程正确时，将异常数据去除，得到每一种类型的正常数据；后处理：处理器在判断某一种类型的正常数据是否有效时，识别出与该种类型的正常数据相关的其他种类型的正常数据，并将种类型的正常数据与相关的其他种类型的正常数据相融合，以判断该种类型的正常数据是否有效。
19.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
21.本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是根据本发明的矿用多参数传感器的结构示意图；
23.图2是根据本发明的矿用多参数传感器中公共仪表的结构示意图；
24.附图标记：
25.公共仪表1、温湿度传感单元2、气体传感单元3、风速传感单元4、壳体11、显示窗12、出声口13、第一接口14、提手15、报警灯16、第二接口17。
具体实施方式
26.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，而不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.下面参考附图具体描述本发明实施例的矿用多参数传感器及监测方法。
30.如图1-图2所示，根据本发明实施例的矿用多参数传感器，包括：一个公共仪表1和多个传感单元，公共仪表1和多个传感单元之间为分体结构，多个传感单元和公共仪表1之间通过有线或无线连接，公共仪表1和多个传感单元均设于矿井内，多个传感单元分布于矿井内的各个监测点，多个传感单元用于实时监测矿井内的环境。
31.换言之，矿用多参数传感器主要由一个公共仪表1和多个传感单元组成，多个传感单元可根据实际需要进行选择，多个传感单元与公共仪表1之间可通过有线或无线的方式连接，公共仪表1实现了对多个传感单元数据的集中处理。
32.由此，本发明结构简单，通过将矿用多参数传感器进行分体设计，形成一个公共仪表1和多个传感单元，使得多个传感单元共用一个公共仪表1，根据实际需要对多个传感单元进行选择，提高了实用性能，同时公共仪表1无需额外配做，提高了制造效率，降低了制造成本，多个传感单元分散布置，避免遇到险情时，矿用多参数传感器完全失效。
33.根据本发明一个实施例，公共仪表1包括：壳体11，提手15和报警灯16，壳体11内设有容纳腔；提手15设于壳体11的上方；报警灯16设于壳体11的下方。也就是说，提手15一方面便于矿井工作人员进行抓取和运输，另一方面便于将公共仪表1挂在矿井内；报警灯16可以发出报警信号，便于提醒矿井内的工作人员；壳体11可以有效保护公共仪表1内的电子元器件。
34.进一步地，壳体11内具有无线模块，无线模块与多个传感单元之间无线连接。无线模块可以是wifi模块、蓝牙模块等等。
35.更进一步地，壳体11内具有处理器和电源，处理器和无线模块均与电源相连，处理
器与无线模块相连，处理器与报警灯16相连。处理器可以对监测到的环境信息进行预处理，实现边缘计算，电源可以在断电的情况下提供电能。
36.根据本发明一个实施例，壳体11的下方设有多个第二接口17，多个第二接口17与多个传感单元一一对应，第二接口17与传感单元之间通过线缆相连，电源通过线缆向传感单元供电。当公共仪表1余多个传感单元有线连接时，电源可通过线缆向传感单元供电，传感单元内置有蓄电池，也可通过无线充电，或更换蓄电池的方式进行充电。
37.优选地，壳体11上开设有出声口13，壳体11内设有蜂鸣器，蜂鸣器位于出声口13处，处理器和电源均与蜂鸣器相连。也就是说，当出现异常情况时，蜂鸣器可发出声音报警以提醒矿井内工作人员进行安全撤离。
38.更为优选地，壳体11上设有显示窗12和第一接口14，显示窗12用于显示多个传感单元实时监测到的矿井内环境参数，第一接口14用于连接上位机。便于工作人员直接从显示窗12上直接观察矿井内的各项环境参数，从而便于进行人工经验判断。
39.根据本发明一个实施例，多个传感单元包括：温湿度传感单元2、气体传感单元3和风速传感单元4，气体传感单元3为co传感器、ch4传感器、o2传感器、h2传感器、co2传感器、h2s传感器中的一种或多种。也就是说多个传感单元不局限与此，还可包括震动传感器，压力传感器等等，根据不同的监测要求，选择不同的传感器与公共仪表1进行组合，提高了矿用多参数传感器的适用性，扩充了矿用多参数传感器的运用范围。
40.本发明还公开了一种根据上述的矿用多参数传感器的监测方法，包括以下步骤，步骤一：根据实际需要选择不同种类和不同数量的传感单元接入公共仪表1中；步骤二：将矿用多参数传感器安装在矿井内；步骤三：将矿用多参数传感器采集到的数据上传至上位机并进行融合处理形成监测结果，当监测结果超过设定值时，矿用多参数传感器进行声光报警。
41.进一步地，步骤三中融合处理具体包括，预处理：将每一种类型的数据分别生成两个数据集合，对一个数据集合进行筛选，得到一个正常数据集合和一个异常数据集合，对另一个数据集合进行再次筛选，从而校验筛选过程是否正确，当筛选过程正确时，将异常数据去除，得到每一种类型的正常数据；后处理：处理器在判断某一种类型的正常数据是否有效时，识别出与该种类型的正常数据相关的其他种类型的正常数据，并将种类型的正常数据与相关的其他种类型的正常数据相融合，以判断该种类型的正常数据是否有效。
42.也就是说，当多个传感单元采集到不同类型的数据后，先将这些数据进行预处理，采用机器学习的算法，将明显的异常数据进行过滤，得到正常数据；然后将多个类型的正常数据进行融合，根据将某一种类型的正常数据与相关的其他数据相结合，从而判断出某一种类型的正常数据是否有效，从而决定是否进行声光报警。
43.例如，震动会对甲烷检测造成影响，先对震动数据和甲烷数据进行预处理，处理器将去除掉异常数据后的震动数据和甲烷数据进行融合处理，若某一之间点震动传感器检测到一个震动值，与此同时甲烷传感器检测到甲烷超标值，并在之后甲烷数据保持正常，则可判定该时间点的甲烷超标值无效，从而对该时间点的甲烷超标值进行修正；由于氧气对催化甲烷检测的传感器有影响，将氧气传感器的监测数据和甲烷传感器的监测数据进行融合，用氧气的数据进行修正甲烷传感器的数据，提到甲烷监测数据的准确性；通过检测磁场强度数据判定矿用多参数传感器是否收到磁场干扰，从而验证各种类别传感器的数据的准
确性，若矿用多参数传感器处于强磁场干扰，则判定多个传感单元的检测数据无效。
44.又例如，由于氢气对电化学一氧化碳元件会产生交叉干扰的问题，采用对一氧化碳不敏感的氢气传感器进行监测对比，提高对现场一氧化碳传感器监测的准确性。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
46.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。