一种矩形巷道全断面扫描式测风系统及其测试方法与流程

1.本发明涉及煤矿通风系统检测设备技术领域，尤其涉及一种矩形巷道全断面扫描式测风系统。


背景技术：

2.矿井通风的目的是在动力驱动下将地表的适量新鲜空气连续不断的输送到井下各个需风点，以保障井下作业人员的正常生理需求，矿山的安全生产。在矿山日常运作过程中，由于矿山通风系统关系不善造成的事故屡见不鲜。其中影响矿山通风系统高水平运转的关键就是巷道通风测量的精度。
3.目前，矿山通风系统的自动化和智能化水平日益提升，对井下巷道风速的测定基本依靠传感器。一般巷道平均风速的测定方法分为单点法和多点法，多点法是指在巷道断面内布设多个风速传感器，通过求各风速传感器监测数据的算数平均值得到巷道平均风速，这类方法可以获得较高的测量精度，但测试效率低且多点布设传感器会妨碍巷道的正常通行，因此多点测风不适于巷道风速的长期监测，单点测风由于其简便、高效的特点成为了巷道风速测量的主要方式。
4.真实巷道受限于开挖工艺及成本不可避免的产生超欠挖，进而在近壁面区域产生涡流，如传感器悬挂在涡流区域，则风速获取难度及准确度大大降低。此外，由于单点测风方式只能监测一个点位的风速，而巷道断面上各点的风速并不均匀，所以以单点传感器获得的风速代表巷道的平均风速存在较大的误差，并且传感器在测量过程中由于检测器外露于巷道环境中，容易受到外部因素影响导致传感器发生位置错动，造成检测结果出现偏差。


技术实现要素：

5.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。
6.为达到上述目的，本发明提出了一种矩形巷道全断面扫描式测风系统，包括：第一立柱组件和第二立柱组件，所述第一立柱组件与所述第二立柱组件正对设置，且所述第一立柱组件与所述第二立柱组件相对面上均竖直开设有滑移腔，所述滑移腔内滑移设置有安装座以及控制安装座移动的动力组件，安装座上设置有对射风速传感器，所述安装座上设置有控制两组所述风速传感器自动对准的自对准系统，所述自对准系统包括电连接的调节模块和捕捉模块，所述调节模块用于控制所述对射风速传感器的位置，所述捕捉模块用于测量两组风速传感器之间角度差，所述角度差均为预设值时所述捕捉模块向所述调节模块发送停止信号，所述调节模块停止调节动作；角度差不为预设值时所述捕捉模块向所述调节模块发送调节信号，所述调节模块进行调节动作。
7.本发明通过自对准系统的设置，在每次进行矩形巷道全断扫描测风时可以使得对射风速传感器进行实时自对准，从而使得两组对射风速传感器可以保持相互对准状态对矩形巷道断面进行风速扫描作业，进而保证扫描过程中的精准度。
8.可选地，所述调节模块包括水平调节组件和竖直调节组件，
9.所述水平调节组件包括：垂直安装于所述安装座上的第一支架，所述第一支架远离安装座一端转动设置有用于控制所述对射风速传感器水平旋转的第一调节轴，所述第一支架上设置有位第一调节轴旋转提供动力的第一调节动力件；
10.所述竖直调节组件包括：与所述第一调节轴固定连接的第二支架，所述第二支架上设置有用于控制对射风速传感器竖直转动的第二调节轴，所述对射风速传感器与所述第二调节轴固定连接，且所述第二支架上设置有位第二调节轴旋转提供动力的第二调节动力件。
11.进一步地，所述捕捉模块包括图像捕捉单元、位置识别单元以及信号处理单元；
12.所述图像捕捉单元设置于所述第一支架端部，所述位置识别单元设置于所述对射风速传感器上，所述信号处理单元设置于所述安装座上；
13.设置于所述第一立柱组件上的图像捕捉单元用于捕捉第二立柱组件上的位置识别单元，设置于所述第二立柱组件上的图像捕捉单元用于捕捉第一立柱组件上的位置识别单元，所述信号处理单元用于接收图像捕捉单元捕捉到的图像信息并向调节模块发出动作信号。
14.进一步地，所述信号处理单元包括图像储存节点、图像对比分析节点、动作信号发生节点以及计时节点；
15.所述图像储存节点用于储存首次完成自对准时图像捕捉单元捕捉到的图像信息；
16.所述图像对比分析节点用于调用图像储存节点的图像信息以及图像捕捉单元的实时图像信息，并进行位置识别单元的角度差分析，根据分析结果向动作信号发生节点发送对应信号；
17.所述动作信号发生节点用于接收所述图像对比分析节点发送的信号并向调节模块发送相应的动作信号；
18.所述计时节点对所述图像采集单元采集的图像信息进行时间标记。
19.进一步地，所述动力组件包括滑移轨道、第一钢丝绳、第二钢丝绳、动力气缸、滑轮组以及固定座；
20.所述滑移轨道沿所述滑移腔长度方向设置，且所述安装座与所述滑移轨道滑移连接；
21.所述滑轮组包括在动力气缸伸缩杆端部设置的定滑轮、所述滑移腔对应滑移轨道两端均设置的变向定滑轮；
22.所述第一钢丝绳一端固定设置于所述滑移腔上端部，所述第一钢丝绳另一端从所述定滑轮下方以及位于所述滑移轨道上端的变向定滑轮上方绕过后与所述安装座固定连接；
23.所述第二钢丝绳一端与所述固定座固定连接，所述第二钢丝绳的另一端从所述定滑轮上方以及位于所述滑移轨道下端的变向定滑轮下方绕过后与所述安装座固定连接。
24.进一步地，所述安装座内设置有与所述滑移轨道滑移连接的滑移轮。
25.进一步地，所述滑移腔内设置有控制件，所述控制件与所述动力气缸的气路控制电连接，用于控制所述动力气缸的行程。
26.一种矩形巷道全断面扫描式测风系统测试方法，包括以下步骤：
27.s1、选取正确位置进行第一立柱组件和第二立柱组件的安装作业，建立矩形巷道
全断面扫描式测风系统；
28.s2、启动自对准系统的调节模块以及捕捉模块，控制第一立柱组件上的对射风速传感器和第二立柱组件上的对射风速传感器进行对准作业；
29.s3、完成s2步骤之后，通过控制件控制动力气缸工作，带动第一立柱组件上的对射风速传感器和第二立柱组件上的对射风速传感器同步移动，进行矩形巷道断面风速扫描作业；
30.s4、完成扫描后控制件控制动力气缸带动第一立柱组件上的对射风速传感器和第二立柱组件上的对射风速传感器同步移动至矩形巷道顶部后停止工作，完成扫描作业。
31.进一步地，s1中，选取第一立柱组件以及第二立柱组件安装位置为通风巷道两侧墙壁平整地区，且安装位置距拐角与风门3-4m，所述第一立柱组件以及所述第二立柱组距离巷道顶壁和地面均设置有预留距离，且所述预留距离根据现场情况进行调整。
32.进一步地，所述s2中，具体包括如下步骤：
33.s21、第一立柱组件、第二立柱组件上的图像采集单元均首次采集对方上的位置识别单元的图像信息，并将该图像信息直接送至信号处理单元中的图像对比分析节点进行角度差的计算分析，并根据分析结果向调节模块的第一调节电机输出水平角度调节信号，向向调节模块的第二调节电机发送竖直角度调节信号；
34.s22、图像储存节点对经过分析的图像进行储存，并供图像对比分析节点在后续图像对比分析过程中进行图像调用；
35.s23、图像储存节点在进行完s21步骤之后，同时调用图像储存节点的最新储存图像以及图像采集单元采集的实时图像进行对比分析，根据分析结果向动作信号发生节点发出信号；
36.s24、动作发生节点接收到来自图像采集分析单元的信号之后向调节模块发送对应动作信号，包括停止信号、正向调节信号、反向调节信号。
37.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
38.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：
39.图1为根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统的整体结构示意图；
40.图2是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统的动力组件示意图；
41.图3是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统的同步装置示意图；
42.图4是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统的对射风速传感器安装部分结构示意图，旨在展示安装座、调节模块以及捕捉模块的结构；
43.图5是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统的信号处理单元信号处理示意图；
44.图6是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统测试方法的整体方法流程图；
45.图7是根据本发明一种矩形巷道全断面扫描式测风系统测试方法的s2步骤具体流
程图。
46.附图标记说明：
47.1、第一立柱组件；2、第二立柱组件；3、滑移腔；4、安装座；41、滑移板；42、安装板；43、滑移轮；5、动力组件；51、滑移轨道；52、第一钢丝绳；53、第二钢丝绳；54、动力源；55、滑轮组；551、动滑轮；552、变向定滑轮；56、固定座；6、对射风速传感器；7、调节模块；71、第一支架；72、第一调节轴；73、第一调节动力件；74、第二支架；75、第二调节轴；76、第二调节动力件；8、捕捉模块；81、图像捕捉单元；82、位置识别单元；83、信号处理单元；831、计时节点；832、图像对比分析节点；833、图像储存节点；834、动作信号发生节点；9、同步装置；91、第一同步钢丝；92、第二同步钢丝；93、转向滑轮。
具体实施方式
48.下面详细描述本发明的实施例，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。
49.本发明提供一种矩形巷道全断面扫描式测风系统，以下结合图1至图5进行详细阐述。
50.一种矩形巷道全断面扫描式测风系统，包括：第一立柱组件1和第二立柱组件2，第一立柱组件1与第二立柱组件2正对设置，且第一立柱组件1与第二立柱组件2相对面上均竖直开设有滑移腔3，滑移腔3内滑移设置有安装座4以及控制安装座4移动的动力组件5，安装座4上设置有对射风速传感器6，安装座4上设置有控制两组风速传感器自动对准的自对准系统，自对准系统包括电连接的调节模块7和捕捉模块8，调节模块7用于控制对射风速传感器6的位置，捕捉模块8用于测量两组风速传感器之间角度差，角度差均为预设角度时捕捉模块8向调节模块7发送停止信号，调节模块7停止调节动作；角度差不为预设角度时捕捉模块8向调节模块7发送调节信号，调节模块7进行调节动作。
51.本发明的通过自对准系统的设置，在每次进行矩形巷道全断扫描测风时可以使得对射风速传感器6进行实时自对准，从而使得两组对射风速传感器6可以保持相互对准状态对矩形巷道断面进行风速扫描作业，从而保证扫描过程中的精准度。且在本实施例中角度差包括竖直角度差与水平角度差，且竖直角度差与水平角度差均可进行预设，本实施例中，竖直角度差与水平角度差预设值均为0
°
。
52.进一步的，调节模块7是对射风速传感器6的具体调节机械结构，主要包括水平调节组件和竖直调节组件，
53.水平调节组件包括：垂直安装于安装座4上的第一支架71，第一支架71远离安装座4一端转动设置有用于控制对射风速传感器6水平旋转的第一调节轴72，第一支架71上设置有位第一调节轴72旋转提供动力的第一调节动力件73；
54.竖直调节组件包括：与第一调节轴72固定连接的第二支架74，第二支架74上设置有用于控制对射风速传感器6竖直转动的第二调节轴75，对射风速传感器6与第二调节轴75固定连接，且第二支架74上设置有位第二调节轴75旋转提供动力的第二调节动力件76。
55.在本实施例中，第一调节动力件73以及第二调节动力件76均设置为伺服电机，伺服电机的伺服器与捕捉模块8电连接。
56.当对射风速传感器6需要进行水平角度调节时，第一调节动力件73会带动第一调节轴72转动，从而带动第二支架74以及第二支架74上的风速传感器进行转动调节；当需要将对射风速传感器6进行竖直角度调节时，第二调节电机会带动风速传感器进行竖直方向上的转动调节，以完成对射风速传感器6的竖直角度调节。
57.再进一步的，捕捉模块8包括图像捕捉单元81、位置识别单元82以及信号处理单元83；
58.图像捕捉单元81设置于第一支架71端部，位置识别单元82设置于对射风速传感器6上，本实施例中设置于对射风速传感器6检测端的下边沿，其他实施例中可以根据实际情况进行设置，信号处理单元83设置于安装座4上；
59.设置于第一立柱组件1上的图像捕捉单元81用于捕捉第二立柱组件2上的位置识别单元82，设置于第二立柱组件2上的图像捕捉单元81用于捕捉第一立柱组件1上的位置识别单元82，信号处理单元83用于接收图像捕捉单元81捕捉到的图像信息并向调节模块7发出动作信号。
60.具体的，为了实现自对准系统的实时自对准，在信号处理单元83内设置有包括图像储存节点833、图像对比分析节点832、动作信号发生节点834以及计时节点831在内的多个工作节点；
61.图像储存节点833用于储存首次完成自对准时图像捕捉单元81捕捉到的图像信息；
62.图像对比分析节点832用于调用图像储存节点833的图像信息以及图像捕捉单元81的实时图像信息，并进行位置识别单元82的角度差分析，根据分析结果向动作信号发生节点834发送对应信号；
63.动作信号发生节点834用于接收图像对比分析节点832发送的信号并向调节模块7发送相应的动作信号；
64.计时节点831对图像采集单元采集的图像信息进行时间标记。
65.图像对比分析节点832会不停的调用图像储存节点833的首次自对准图像以及图像采集单元采集的实时图像信息进行对比，从而保证在整个风速测试过程中，对射风速传感器6不会因为风力或其他外力影响发生偏移从而导致测算结果不准确的情况发生。
66.进一步的，动力组件5包括滑移轨道51、第一钢丝绳52、第二钢丝绳53、滑轮组55、固定座56以及动力源54，本实施例中动力源54设置为动力气缸，在另一些实施例中动力源54还可以是电机结合减速器收卷钢丝绳、电动马达、气动马达或液压缸等；
67.滑移轨道51沿滑移腔3长度方向设置，且安装座4与滑移轨道51滑移连接，安装座4包括与滑移轨道51滑移连接的两块平行设置的滑移板41以及一块用于安装第一支架71的安装板42，两块滑移板41与安装板42可拆卸设置，且安装板42的与两块滑移板41的截面呈凵字形，同时为了实现两个滑移板41与滑移轨道51之间的滑移连接，滑移板41朝向滑移轨道51一侧配合滑移轨道51设置有滑移轮43；
68.滑轮组55包括在动力气缸伸缩杆端部设置的动滑轮551、滑移腔3对应滑移轨道51两端均设置的变向定滑轮552；
69.第一钢丝绳52一端固定设置于滑移腔3上端部，第一钢丝绳52另一端从定滑轮下方以及位于滑移轨道51上端的变向定滑轮552上方绕过后与安装座4固定连接；
70.第二钢丝绳53一端与固定座56固定连接，第二钢丝绳53的另一端从定滑轮上方以及位于滑移轨道51下端的变向定滑轮552下方绕过后与安装座4固定连接。
71.进一步的，为了实现电控，避免人为控制测量过程中的非匀速测量导致测量结果不准确，在滑移腔3内设置有控制件，控制件与动力气缸的气路控制电连接，用于控制动力气缸的行程。
72.在本实施例中，为了实现两个安装座4的同步移动，在第一立柱组件1和第二立柱组件2中设置有同步装置，同步装置9包括与第一同步钢丝91和第二同步钢丝92。其中，第一同步钢丝91的一端与第一立柱组件1中的安装座4底端固定连接，第一同步钢丝91的另一端与第二立柱组件2中安装座4的顶端固定连接，为了实现第一同步钢丝91的走线，在第一立柱组件1中的滑移腔3底端和顶端以及第二滑移腔3的顶端设置有第一同步钢丝的转向滑轮93，第一同步钢丝91依次绕过位于第一立柱组件1滑移腔3底端、第一立柱组件1滑移腔3顶端以及第二立柱组件2滑移腔3顶端的第一同步钢丝的转向滑轮93；其中，第二同步钢丝92的一端与第二立柱组件2中的安装座4底端固定连接，第二同步钢丝92的另一端与第一立柱组件1中安装座4的顶端固定连接，为了实现第二同步钢丝92的走线，在第二立柱组件2中的滑移腔3底端和顶端以及第一滑移腔3的顶端设置有第二同步钢丝92转向滑轮93，第二同步钢丝92依次绕过位于第二立柱组件2滑移腔3底端、第二立柱组件2滑移腔3顶端以及第一立柱组件1滑移腔3顶端的第二同步钢丝92转向滑轮93。在一些实施例中，同步装置9可以使丝杆同步、编码器定位同步。
73.本技术还公布了一种矩形巷道全断面扫描式测风系统测试方法，以下结合图6至图7进行详细阐述。
74.一种矩形巷道全断面扫描式测风系统测试方法，包括以下步骤：
75.s1、选取正确位置进行第一立柱组件1和第二立柱组件2的安装作业，建立矩形巷道全断面扫描式测风系统；
76.s2、启动自对准系统的调节模块7以及捕捉模块8，控制第一立柱组件1上的对射风速传感器6和第二立柱组件2上的对射风速传感器6进行对准作业；
77.s3、完成s2步骤之后，通过控制件控制动力气缸工作，带动第一立柱组件1上的对射风速传感器6和第二立柱组件2上的对射风速传感器6同步移动，进行矩形巷道断面风速扫描作业；
78.s4、完成扫描后控制件控制动力气缸带动第一立柱组件1上的对射风速传感器6和第二立柱组件2上的对射风速传感器6同步移动至矩形巷道顶部后停止工作，完成扫描作业。
79.在s1中，必须要选取正确的位置才能达到测量的精准度要求，第一立柱组件1以及第二立柱组件2安装位置为通风巷道两侧墙壁平整地区，且安装位置距拐角与风门3-4m，第一立柱组件1以及第二立柱组距离巷道顶壁和地面均设置有预留距离，且预留距离根据现场情况进行调整，本实施例中两段预留距离均设置为半米。
80.s2中，具体包括如下步骤：
81.s21、第一立柱组件1、第二立柱组件2上的图像采集单元均首次采集对方上的位置识别单元82的图像信息，并将该图像信息直接送至信号处理单元83中的图像对比分析节点832进行角度差的计算分析，并根据分析结果向调节模块7的第一调节电机输出水平角度调
节信号，向调节模块7的第二调节电机发送竖直角度调节信号；
82.s22、图像储存节点833对经过分析的图像进行储存，并供图像对比分析节点832在后续图像对比分析过程中进行图像调用；
83.s23、图像储存节点833在进行完s21步骤之后，同时调用图像储存节点833的最新储存图像以及图像采集单元采集的实时图像进行对比分析，根据分析结果向动作信号发生节点834发出信号；
84.s24、动作发生节点接收到来自图像采集分析单元的信号之后向调节模块7发送对应动作信号，包括停止信号、正向调节信号、反向调节信号。
85.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。
86.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。
87.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。