专利名称：煤田火灾无线自组网钻孔测温装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤田火灾监测技术，特别是一种煤田火灾无线自组网钻孔测温装
置，主要用于监测煤田火灾自燃区域所打钻孔内的温度及其变化趋势以及煤田火灾治理效 果的检验。
背景技术：
目前，在判断煤田火灾自燃的燃烧程度和范围时，温度是最直接、最准确的指标， 它受外部因素的影响较小，只要确定某处煤炭的温度及其分布，就能分析给定煤的自燃程 度和范围。另外，温度测定法既可以用于煤炭自燃预报，也可用于煤田自然发火区的火源 探测。煤田钻孔温度测定法主要是针对煤或围岩的温度测定，它是在煤田火灾可能发生自 燃的火区上部利用仪器探测热流量或利用布置在测温钻孔内的温度传感器来测定温度，根 据测取的温度场用温度反演法来确定自燃火区火源的位置。这种方法主要用于火源埋藏深 度浅、火源温度高或已燃烧较长时间的火区。现有的钻孔测温方式是在给定区域的地面上 钻孔，将测温探头插入孔中，分别对各个钻孔内测温信息进行记录，检测完毕将测温探头取 出，第二天再重复进行检测操作，所以检测人员每天要奔波于检测区域，不但测温仪器的安 装、维护工作量大，而且经常搬运和移动易导致探头、引线的破坏，在实际应用中受到技术 和经济的限制，不宜大面积煤田探火采用，只能在较小的范围内实施。目前还没有很好的方 法和技术能解决大面积煤田火灾钻孔高温的监测和预警。
发明内容本实用新型所要解决的问题是提供一种煤田火灾无线自组网钻孔测温装置，该装 置预测预报范围较大、可实时采集钻孔内温度信息及其变化趋势，通过无线自组网络传送 给地面监控中心。 本实用新型解决上述问题的思路是利用K型热电偶采集钻孔内温度信息，通过 KX型补偿导线连接到集成有热电偶模数转换器MAX6675的无线传输模块上，然后通过无线 自组网络、GPRS网络、GGSN网络和Internet网络传送到地面监控中心。 所提供的煤田火灾无线自组网钻孔测温装置包括多个Zigbee无线传输模块、 插在所需监测地面的测温钻孔中的热电偶、MAX6675热电偶模数转换器，其中每个热电偶 分别与一个MAX6675热电偶模数转换器连接，每个MAX6675热电偶模数转换器分别与一个 Zigbee无线传输模块连接，Zigbee无线传输模块以自组网的方式与Zigbee-GPRS网关通 信连接，Zigbee-GPRS网关通过GPRS网络和GGSN网络接入Internet网，经Internet网 接到地面监控中心的计算机终端。当测温钻孔温度场变化时，热电偶的热电势变化信号经 MAX6675热电偶数模转换器转换后传送给Zigbee无线传输模块，Zigbee无线传输模块以无 线自组网的形式传送到Zigbee-GPRS网关，再由GPRS网络远传，用GGSN接入Internet后 传送到地面监控中心。 本实用新型进一步的改进是MAX6675热电偶模数转换器和Zigbee无线传输模块集成在同一块电路板上，并封装在铝合金外壳内。 上述的热电偶最好采用K型铠装热电偶，K型铠装热电偶的接口 (即插座)也封 装在铝合金外壳内。 与现有技术相比，本实用新型采用了 MAX6675热电偶数字转换器将K型热电偶与 Zigbee无线传输模块相结合，若干个Zigbee无线传输模块所形成的自组网进行高温温度 数据的无线传送，具有便于铺设、方便维护、工作量小的优点，正常工作时间可达6 24个 月，能在线连续实时监测煤田自然发火区域各个钻孔内温度的变化趋势，对温度异常变化 能及时预警和定位。本实用新型所形成的无线监测网络具备自组织、自愈功能，能适应煤矿 领域复杂环境对网络可靠性的要求。
图1是本实用新型的结构简图。 图2是本实用新型的系统布置示意图。
具体实施方式如图l所示本实用新型的无线自组网钻孔测温装置具有多个测温单元，每个测 温用钻孔内放置一个测温传输单元，它包括K型铠装热电偶1、 MAX6675热电偶模数转换器 2、微处理器3、 Zigbee无线传输模块4和电源8。 K型热电偶1通过K型耐高温屏蔽补偿 导线与MAX6675热电偶模数转换器2连接，MAX6675热电偶数模转换器2为三端输出，它的 SCK、CS及S0端与Zigbee无线传输模块的微处理器3的SPI(三线串行接口 )连接，电源8 采用5 9V的镍氢电池或锂离子电池，这些Zigbee无线传输模块2便自组织形成一个无线 网络。MAX6675热电偶数字转换器2、微处理器3、电源8与Zigbee无线传输模块4封装在 一个耐腐蚀、抗震、防潮的铝合金护壳内，射频天线采用橡胶全向天线，通过SMA接头外置。 对于Zigbee-GPRS无线网关而言，它是在前述Zigbee无线传输模块的基础上集成了 GPRS 模块，主要包括微处理器模块、无线通信模块、GPRS模块和电源模块。其中GPRS模块5与 串行通信接口 7连接，PC机6接在RS232或USB接口 ，它负责完成数据的收发、远传和网络 状态的监控，同时还负责数据处理、融合和存储。 为为了提高测量的精确度，防止噪声干扰，可在MAX6675电源与地线之间接一个 0. lyF的陶瓷电容。 如图2所示在需要监测的煤田自然发火区域，根据现场实际情况按设定间距钻 若干测温孔ll，将K型热电偶1和对应的K型耐高温屏蔽补偿导线12插入测温孔11中， 热电偶1插入钻孔的深度一般为3 200米。集成在一起的MAX6675热电偶数模转换器、 Zigbee无线传输模块、微处理器和电源置于测温孔的端部。为了避免钻孔内温度场受外界 环境影响以及，需用封闭板13将测温孔11封闭；为了避免Zigbee无线传输模块受外界环 境影响(如日晒雨淋和人为的破坏)，布置时，需将Zigbee无线传输模块等放置并固定在封 闭板13的下面。另外，K型热电偶1的上方还设有隔热石棉板14，以免高温对Zigbee无线 传输模块等造成损害，同时也可以保持所测温度场温度均匀。 煤田自燃煤炭温度的变化会影响测温钻孔内的温度场发生变化，当测温钻孔温 度场受火区20影响而变化时，热电偶1的热电势变化信号送到MAX6675热电偶数模转换器2，将此信号变换成数字信号，传送给Zigbee无线传输模块4， Zigbee无线传输模块将 采集的温度信息周期性地通过无线自组网的形式实时传送到Zigbee-GPRS网关15，再由 Zigbee-GPRS网关将收集的数据分组后通过GPRS网络16远传，GPRS网络用GGSN网17接 入Internet网18，经Internet传送到地面监控中心的终端机19，从而对煤田火灾监测区 域及时进行火灾预警和定位。
权利要求煤田火灾无线自组网钻孔测温装置，其特征是包括多个Zigbee无线传输模块、插在所需监测地面的测温钻孔中的热电偶、MAX6675热电偶模数转换器，其中每个热电偶分别与一个MAX6675热电偶模数转换器连接，每个MAX6675热电偶模数转换器分别与一个Zigbee无线传输模块连接，Zigbee无线传输模块以自组网的方式与Zigbee-GPRS网关通信连接，Zigbee-GPRS网关通过GPRS网络和GGSN网络接入Internet网，经Internet网接到地面监控中心的计算机终端。
2. 根据权利要求1所述的无线自组网钻孔测温装置，其特征是MAX6675热电偶模数转 换器和Zigbee无线传输模块集成在同一块电路板上，并封装在铝合金外壳内。
3. 根据权利要求1或2所述的无线自组网钻孔测温装置，其特征是所说的热电偶是K 型铠装热电偶。
4. 根据权利要求3所述的无线自组网钻孔测温装置，其特征是K型铠装热电偶的接口 封装在铝合金外壳内。
5. 根据权利要求3所述的无线自组网钻孔测温装置，其特征是在MAX6675热电偶模数 转换器的电源与地线之间接一个0. 1 F的陶瓷电容。
专利摘要本实用新型涉及煤田火灾无线自组网钻孔测温装置，其预测预报范围较大、且可实时采集钻孔内温度信息。本装置包括多个Zigbee无线传输模块、插在所需监测地面的测温钻孔中的热电偶、MAX6675热电偶模数转换器，其中每个热电偶分别与一个MAX6675热电偶模数转换器连接，每个MAX6675热电偶模数转换器分别与一个Zigbee无线传输模块连接，Zigbee无线传输模块以自组网的方式与Zigbee-GPRS网关通信连接，Zigbee-GPRS网关通过GPRS网络和GGSN网络接入Internet网，经Internet网接到地面监控中心的计算机终端。
文档编号G08C17/02GK201497590SQ20092030549
公开日2010年6月2日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者张嬿妮, 徐林生, 文虎, 王伟峰, 邓军, 金永飞, 陈晓坤 申请人:西安森兰科贸有限责任公司;西安科技大学