一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器及控制方法与流程

1.本发明涉及矿井通风检测技术领域，尤其涉及一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器及控制方法。


背景技术：

2.矿井通风为煤矿用风地点输送新鲜空气，并排出污浊空气，是矿井安全和矿工工作环境的基础保障。为及时准确掌握井下通风系统运行状况，对矿井通风巷道进行风速、风量测量是煤矿的日常工作，需要投入大量的人力和时间。先进的测量装置和测风方法可以提高风速、风量测量精度和测风效率。现阶段矿井主要采用叶轮机械式风速表对用风点的风速、风量测量。测量过程中，叶轮机械式风速表叶片在风流驱动下发生转动，带动风速表内部转轴运动进而实现风速、风量的测量。
3.由于机械式风速表的设计特点，启动风速较高(一般在0.2m/s以上)，不能满足《煤矿安全规程》中岩巷风速不小于0.15m/s的要求；机械式风速表采用巷道断面线路法测量平均风速，对测量人员经验要求高，测量精度受人为因素影响大；测量需要一分钟，且配备秒表，测量时间过长；测量过程中易受井下潮湿、多尘等复杂恶劣环境影响，造成叶片腐蚀、探测头污染等情况。以上诸多原因导致在投入大量人力和时间的情况下仍不能准确掌握通风系统状况。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为达到上述目的，本发明提出了一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器，包括：固定连接的控制部和检测部；
6.控制部，包括保护壳，所述保护壳内设置有容纳腔，所述容纳腔内设置有用于清理检测部灰尘的清理组件，所述清理组件包括多通接头，所述保护壳上设置有与多通接头连通的进风孔，所述保护壳朝向所述检测部一侧设置有与所述多通接头剩余接头一一对应密封连通的多个清理孔，所述容纳腔内设置有控制件，所述控制件中包括控制清理组件自动清理检测部的自清理控制模块，所述保护壳朝向所述检测部一端设置有用于实时监控检测部污染情况的图像采集单元，所述自清理控制模块与所述图像采集单元电连接；
7.检测部，包括底座，所述底座上设置有多个用于检测风速的探测头，所述探测头检测端倾斜设置，且多个探测头朝向所述保护壳中心方向倾斜设置，所述清理孔朝向所述探测头设置，所述底座与所述保护壳之间设置有若干中空的支撑杆，所述支撑杆内设置有用于电连接探测头与控制件的若干电线。
8.本发明通过设置清理组件，可以通过外接高速风源对检测部的探测头部位进行清理，利用管路将高压气流导向传感器探头处，将附着在探头上的污渍清除，保障了超声波传感器的测量精度，而且还降低了人力成本和时间成本的投入，提高了超声波风速传感器的耐久程度，更加利于推广应用。
9.可选地，所述进风孔与所述多通接口之间通过输气软管连通设置，且所述输气软管与所述进风孔以及所述多通接口之间密封连接设置，所述保护壳外侧对应所述进风口位置设置有防水快接插头，所述防水快接插头与所述输气软管密封连通设置。
10.进一步地，所述探测头的探测端部设置有不沾尘涂层。
11.进一步地，所述控制件电连接有显示屏，所述显示屏设置于所述保护壳外侧壁上。
12.进一步地，所述保护壳顶壁上设置有报警灯，所述保护壳内设置有蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述报警灯与所述控制件电连接，所述保护壳侧壁上配合所述蜂鸣器设置有若干通声孔。
13.进一步地，其特征在于，所述控制件的自清理模块包括：
14.图像储存单元，用于储存图像采集单元传输的图像信息，形成探测头污浊程度数据库；
15.图像分析单元，用于分析所述图像储存单元内的图像采集单元内的图像信息，并对探测头是否需要清理做出判断，并根据判断结果发出清洗信号或待机信号；
16.动作执行单元，用于接收图像分析单元发出的清洗信号或待机信号并向动作执行部件发送相应的动作执行信号；
17.计时单元，用于控制图像采集单元的采集时间间隔，同时用于对清洗间隔时间进行计时，当清洗间隔时间超过预设值时，计时单元向动作执行单元发送清洗信号。
18.进一步地，所述计时单元发送至动作执行单元的信号优先级高于所述图像分析单元发送至动作执行单元的信号。
19.一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器控制方法，包括以下步骤：
20.s1、在进行使用前，通过图像采集单元采集污染程度不同的探测头图像，在图像储存单元内建立探测头污浊程度数据库；
21.s2、图像采集单元对探测头进行实时监测，并将采集的图像信息传送至图像分析单元；
22.s3、图像分析单元将接收到的实时图像信息与图像储存单元内的数据库进行对比分析并做出是否进行清洗作业的判断，根据结果向动作执行单元发出清洗信号或待机信号；
23.s4、动作执行单元接收清洗信号或待机信号后，向控制通气软管通断的电磁阀发出动作信号，电磁阀执行相应动作。
24.可选地，所述s1中，将探测头探测面划分多个同心环形测量区域，图像采集单元对每个测量区域进行不同污染程度的图像采样，并通过多次采样对形成的探测头污浊程度数据库进行训练校正，保证探测头污浊程度数据库内所存信息的准确性。
25.进一步地，所述s2中，沿探测头测量面中心至边缘方向，将中心区域外侧的环形测量区域由小到大依次记为n环，n为≥2的整数，当探测头测量面中心区域出现污浊时，立即进行吹风清理；当n环的测量区域出现污浊且污浊面积占到该区域总面积的a％时立即进行清理，随着n的增大a％减小，且a％不为0。
26.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。
附图说明
27.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：
28.图1为本发明一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器的整体结构示意图；
29.图2为本发明一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器的整体结构正视示意图；
30.图3为本发明一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器的整体结构侧视示意图；
31.图4为图2中a-a部分的剖面示意图；
32.图5为图3中b-b部分的剖面示意图；
33.图6为本发明一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器控制方法的整体方法流程图。
34.附图标记说明：
35.1、保护壳；11、显示屏；12、报警灯；13、蜂鸣器；14、提手；141、弯槽；15、安装板；16、定位螺栓螺母组件；2、容纳腔；3、清理组件；31、多通接头；32、进风孔；33、清理孔；34、控制件；35、防水快接插头；4、图像采集单元；5、底座；6、探测头；7、支撑杆。
具体实施方式
36.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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.本发明提供一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器，以下参照图1至图5进行详细阐述。
38.一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器，参照图1至图5，包括：固定连接的控制部和检测部；
39.控制部，包括保护壳1，保护壳1内设置有容纳腔2，容纳腔2内设置有用于清理检测部灰尘的清理组件3，清理组件3包括多通接头31，保护壳1上设置有与多通接头31连通的进风孔32，保护壳1朝向检测部一侧设置有与多通接头31剩余接头一一对应密封连通的多个清理孔33，容纳腔2内设置有控制件34，控制件34中包括控制清理组件3自动清理检测部的自清理控制模块，保护壳1朝向检测部一端设置有用于实时监控检测部污染情况的图像采集单元4，自清理控制模块与图像采集单元4电连接；
40.检测部，包括底座5，底座5上设置有多个用于检测风速的探测头6，多个探测头6呈旋转对称分布设置于底座5的顶壁上，本实施例中探测头6设置有4个，4个探测头6逐个连线可构成正方形，清理孔33朝向探测头6设置，检测部的底座5与控制部的保护壳1之间设置有若干中空的支撑杆7，支撑杆7内设置有用于电连接探测头6与控制件34的若干电线，且探测头6检测端倾斜设置，且多个探测头6朝向保护壳1中心方向倾斜设置，一方面可以使得多个探测头6检测到同一位置的风速，从而进行多角度数据测量，另一方面探测头6端面倾斜可以使得灰尘在端面堆积时沿斜面下落，并且减小了探测头6端面被工作人员误触或其他杂物误碰的情况发生概率。实际计算风速不需要知道探头之间的精确距离，只要根据风洞拟
合得到的参数，在获得四个探头的超声波脉冲传播时间后就可以算出风速，从而更加快速、准确的测出风速。
41.本发明通过设置清理组件3，可以通过外接高速风源对检测部的探测头6部位进行清理，利用管路将高压气流导向传感器探头处，将附着在探头上的污渍清除，保障了超声波传感器的测量精度，而且还降低了人力成本和时间成本的投入，提高了超声波风速传感器的耐久程度，自清理模块还可以实时自行判断是否对探头进行清理，进一步的增强了对探测头6的清理效果。
42.为了方便控制件34、清理组件3的安装，将保护壳1分体设置为上壳体和下壳体，上壳体与下壳体之间通过螺栓固定连接，控制件34通过螺栓固定设置于上壳体的内顶壁，清理组件3设置于下壳体内侧，在本实施例中，多通接头31设置为五通接头，清理孔33设置有4个，五通接头的5个接头中的4个分别与4个清理孔33一对一密封固定连接，且进风孔32设置于上壳体的侧壁上，进风孔32与多通接口之间通过输气软管连通设置，且输气软管与进风孔32以及多通接口之间密封连接设置。软管的设置使得上壳体与下壳体之间的移动存在一定的余量，当进行保护壳1的拆卸时，上壳体上提或下壳体下移时，不会致使上壳体带动清理组件3脱离下壳体，从而避免了在拆卸过程中清理组件3、上壳体或下壳体出现损伤的情况发生。同时将底座5也可拆卸的设置为上座体5和下座体5，上座体与下座体之间通过螺栓固定连接，且上座体与下座体之间形成有腔体用于容纳探测头6的电子板组件，支撑杆7贯通保护壳1的容纳腔2以及底座5内的腔体，控制件34与探测头6的电子板组件之间布置的电线从中空的支撑杆7内穿过。
43.进一步的，为了实现风源的快速接入，在保护壳1外侧对应进风口位置设置有防水快接插头35，防水快接插头35与输气软管密封连通设置。工作人员可以对风源进行快速的安装，且外接风源时，在外接管道上设置有用于控制风源通断的电磁阀，外接风源时不仅将外接风源管道通过防水快接插头35接通输气软管，同时将电磁阀的控制电路与控制件34电连接，以便控制器对电磁阀进行控制。进一步地为了方便工作人员外接更多设备，在保护壳1侧壁上设置有航插，用于扩展插接其他设备。
44.为了更加直观的对检测结果进行观测，在控制件34电连接有显示屏11，显示屏11设置于保护壳1外侧壁上，并考虑到对显示屏11的保护，在壳体上对应显示屏11位置处设置有用于保护显示屏11的透明壳体，同时在保护壳1顶壁上设置有报警灯12，保护壳1内设置有蜂鸣器13，蜂鸣器13与报警灯12与控制件34电连接，保护壳1侧壁上配合蜂鸣器13设置有若干通声孔。工作人员可以通过显示屏11观测探测头6检测到的风速以及测量时间，当风速达到警报值时，控制件34会控制蜂鸣器13、报警灯12工作，从而对工作人员做出警示。
45.为了减少灰尘对探测头6的污染，首先，在探测头6的探测端部设置有不沾尘涂层，减少灰尘在探测头6的探测端部附着。进一步的，为了实现对清理组件3的智能控制，控制件34的自清理模块包括有动作执行单元和计时单元，用于对清洗组件的清洗间隔时间进行计时并将计时信息反馈至显示屏11上，当清洗间隔时间达到预设的值时，计时单元会向动作执行单元发送信号，动作执行单元会控制外接于防水快捷插头位置的电磁阀打开，从而实现定时清理。
46.进一步的，考虑到在定时清理的间隔时间内，探测头6可能会出现被灰尘大面积污染的情况，因此需要图像采集单元4对探测头6进行实时的检测，同时控制件34的自清理模
块还包括图像储存单元和图像分析单元，图像储存单元，用于储存图像采集单元4传输的图像信息，形成探测头6污浊程度数据库；图像分析单元，用于分析图像储存单元内的图像采集单元4内的图像信息，并对探测头6是否需要清理做出判断，并根据判断结果发出清洗信号或待机信号，动作执行单元会接收图像分析单元发出的清洗信号或者待机信号并向动作执行部件发送相应的动作执行信号，从而实现实时清理，在一些实施例中，动作执行单元会同时向显示屏11发送显示信号用于显示此时执行动作。
47.并且为了进一步的保证清理效果，在一些实施例中，实时清理与定时清理需要保证同时存在，且不能出现信号之间的相互干涉，因此计时单元发送至动作执行单元的信号优先级高于图像分析单元发送至动作执行单元的信号。
48.进一步的，为了方便携带，在保护壳1顶壁上设置有提手14。工作人员可以通过提手14方便的提起该超声波风速传感器，可以无视地形影响跟随工作人员去到井下各种需要进行风速测量的地方。在本实施例中，提手14的具体安装方式为在保护壳1顶面上固定设置有两个安装板15，两个安装板15之间设置有提手14，提手14与安装板15可拆卸转动连接，本实施例中提手14与安装板15上对应位置设置有旋转孔，并在旋转孔之间通过螺栓螺母实现安装板15与提手14的旋转连接，从而使得提手14在不需要使用时可以贴合保护壳1顶壁，减小了提手14凸出于保护壳1顶壁时被外物损伤的概率，且有效合理的利用了保护壳1上部的空间。并且提手14用于提拉位置设置有符合手指的弯槽141，提手14可以更好的贴合工作人员的手指，从而减小提手14从工作人员手上滑落的概率；在一些实施例中，提手14上设置有防滑垫。进一步的考虑到工作人员手握提手14进行测量时提手14以下部分可能出现摇晃，并且在携带过程中由于惯性影响，提手14以下部分同样会出现摇晃的情况，在携带过程中长时间的摇晃对保护壳1以及底座5内部的部件可能会产生负面影响，在测量过程中摇晃同样会对测量结果产生影响，为了减少摇晃带来的负面影响，在安装板15上设置有定位孔，提手14上配合定位孔设置有固定孔，固定孔与定位孔中可拆卸设置有定位螺栓螺母组件16。
49.本发明还提供一种智能探头自清理矿用超声波风速传感器控制方法，参照图6，包括以下步骤：
50.s1、在进行使用前，通过图像采集单元4采集污染程度不同的探测头6图像，在图像储存单元内建立探测头6污浊程度数据库；
51.s2、图像采集单元4对探测头6进行实时监测，并将采集的图像信息传送至图像分析单元；
52.s3、图像分析单元将接收到的实时图像信息与图像储存单元内的数据库进行对比分析并做出是否进行清洗作业的判断，根据结果向动作执行单元发出清洗信号或待机信号；
53.s4、动作执行单元接收清洗信号或待机信号后，向控制通气软管通断的电磁阀发出动作信号，电磁阀执行相应动作。
54.其中，在s1中，将探测头6探测面划分多个同心环形测量区域，图像采集单元4对每个测量区域进行不同污染程度的图像采样，并通过多次采样对形成的探测头6污浊程度数据库进行训练校正，保证探测头6污浊程度数据库内所存信息的准确性。
55.在s2中，沿探测头6测量面中心至边缘方向，将中心区域外侧的环形测量区域由小到大依次记为n环，n为≥2的整数，当探测头6测量面中心区域出现污浊时，立即进行吹风清
理；当n环的测量区域出现污浊且污浊面积占到该区域总面积的a％时立即进行清理，随着n的增大a％减小，且a％不为0，例如：将探测头6划分为中心区域(也即一环)、二环和三环，当中心区域出现污浊时，自清理模块会控制电磁阀打开，立即对探测头6进行清理；当二环区域出现污浊且污浊面积达到二环总面积的33.33％时，自清理模块会控制电磁阀打开进行清理工作；当三环区域出现污浊且污浊面积达到三环总面积的50％时，自清理模块会控制电磁阀打开进行清理工作。也即，n与a％呈正相关。
56.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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
58.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。