基于mems技術皮帶火災無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
【專利說明】基于MEMS技術皮帶火災無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種帶式輸送機火災無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，尤其涉及一種基于MEMS技術皮帶火災無線監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0003]帶式輸送機是一種摩擦驅動以連續(xù)方式運輸物料的機械，尤其是重型帶式輸送機，是目前我國煤礦井工開采、露天開采、金屬礦山、洗煤廠、電廠輸送煤炭、散裝物料應用最廣泛的運輸方式，也是高產高效礦井提高產能的關鍵環(huán)節(jié)，同時帶式輸送機火災也是煤礦外因火災的主要表現形式之一，主要分為兩類即皮帶摩擦原因引起的火災和非皮帶摩擦原因引起的火災。前者主要是由皮帶被卡死，主動滾筒完全打滑、托輥被卡死與皮帶之間發(fā)生高速摩擦生熱引起；后者主要是由皮帶輸送機電機和主滾筒之間的液壓聯軸節(jié)的過熱保護不良，過熱的油蒸汽噴出與空氣中的氧氣作用導致火災，以及皮帶上的煤自燃發(fā)熱引燃皮帶而引起的皮帶輸送機火災，根據相關資料統(tǒng)計，絕大多數帶式輸送機火災事故是由皮帶被卡死，主滾筒打滑摩擦或托輥被卡死與皮帶發(fā)生高速摩擦生熱引起。帶式輸送機發(fā)生火災時會產生大量有毒有害氣體，往往造成井下作業(yè)人員嚴重傷亡與重大經濟損失，且極易誘發(fā)瓦斯、煤塵爆炸繼發(fā)性重大災害，使事故危害進一步擴大，是煤炭企業(yè)的安全生產的嚴重隱患。近年來，隨著我國煤礦開采深度的逐漸延伸(開采深度平均每年增加10?20m)以及生產機械化程度的不斷提升，煤炭生產逐步向大型化、集約化方式轉變，在帶式輸送機數量和長度均出現大幅度增長的同時，帶式輸送機火災的監(jiān)測預警難度也日益加大，傳統(tǒng)監(jiān)測技術已越來越不適應新形勢下帶式輸送機火災防控的需要。
[0004]現階段，我國傳統(tǒng)帶式輸送機火災監(jiān)測的技術方法有煙霧傳感法、PN結半導體測溫法、紅外線測溫法、光纖測溫法。其中:
(I)帶式運輸機火災煙霧傳感法主要用于對煤礦井下橡膠、煤塵因摩擦起熱或其它原因產生的煙霧進行監(jiān)測。該方法在皮帶火災預警方面存在明顯滯后性，其發(fā)出報警時，皮帶火災已快速蔓延，同時產生的大量有毒有害氣體已隨風流向井下各地點擴散，并喪失了火災治理的最佳時期，但由于該方法使用的傳感器價格便宜，技術成熟，目前在我國煤礦得到了較為廣泛的應用。
[0005](2)PN結半導體測溫法，該方法主要利用PN結(也被稱為晶體二極管)在溫度升高時，其反向電流呈指數規(guī)律增加的特性進行溫度監(jiān)測，采用PN結溫度傳感器測帶式輸送機全線的異常的溫度變化。PN結半導體測溫法在皮帶火災預警方面存在明顯缺點，其所利用的PN結半導體技術較目前電子工業(yè)發(fā)展水平來講已經較為落后，系統(tǒng)精度較低，無法進行煤礦井下、地面同步報警，且涉及的PN結溫度傳感器價格較高，進一步限制了其在煤礦帶式運輸機火災監(jiān)控領域的應用。
[0006](3)紅外線測溫方法是利用紅外測溫儀測量皮帶上煤炭的實時溫度進行火災預警，其將數據傳送至控制單元，并根據分析數據研判當前皮帶溫度是否發(fā)生異常，若異常則控制單元發(fā)出指令使電磁閥動作且與控制皮帶速度的變頻模塊進行連鎖，將皮帶速度降低運行速度的二分之一，消防水通過電磁閥控制由噴淋頭噴出，撲滅或降低煤炭溫度。紅外線測溫法在現場應用中受到煤礦井下粉塵影響較大，且其主體設備紅外測溫探頭落灰嚴重且難以維護清洗，粉塵影響下測溫準確性低且紅外測溫探頭為點式測溫，測溫效率低且造價昂貴，限制了其在煤礦皮帶火災監(jiān)控領域的推廣與應用。
[0007](4)煤礦帶式輸送機火災監(jiān)控領域應用的主流光纖測溫方法為分布式光纖測溫法，其利用拉曼散射光時域反射技術，通過DTS(0ptical fiber Temperature Informat1nSystem，光纖測溫系統(tǒng)的英文縮寫)測量光纖上各點的溫度，測溫光纖本身即是溫度感應器，從而精確、不間斷地監(jiān)視皮帶的溫度分布狀況。該方法能夠實現大范圍、實時監(jiān)測，無需重復布線，但無法直接測量皮帶溫度，只能將光線安裝在運輸機側方間接測量，測溫誤差較大，且光纖較易發(fā)生拉斷事故，維修率高(光纖焊接技術在井下無法應用，只能使用插接技術進行光纖拉斷修復)修復后光纖在信號傳輸距離、信號準確性上都將大打折扣。另外，系統(tǒng)整體造價高昂，限制了其在煤礦帶式輸送機火災監(jiān)控領域的進一步應用。
[0008]綜上所述，目前我國煤礦領域缺乏一種技術先進、測量精度高、系統(tǒng)簡單可靠、系統(tǒng)成本低的帶式輸送機火災無線監(jiān)測技術，無法實現帶式輸送機火災的超前預警以及外界熱源干擾排除，導致重特大帶式輸送機火災事故時有發(fā)生，因此，結合帶式輸送機火災發(fā)生與發(fā)展規(guī)律，研發(fā)符合煤炭行業(yè)需求的帶式輸送機火災監(jiān)測技術，對于有效控制我國煤礦外因火災事故具有重要現實意義。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現有煤礦帶式輸送機火災監(jiān)測技術成本高、精度低、可靠性差的不利影響，提供一種基于MEMS技術(Micro Electro Mechanical systems，即微電子機械系統(tǒng))的，采用無線傳輸方式，通過近距離測量皮帶溫度，實現高精度、高可靠性、高性價比的煤礦帶式輸送機火災無線監(jiān)測裝備及監(jiān)測方法。
[0010]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種基于MEMS技術皮帶火災無線監(jiān)測裝置，包括地面設置的工控機通過傳輸信號線順序電連接以太網-CAN總線轉換器、礦井巷道內的基站，特點在于:礦井巷道內的基站無線電連接多個鑲嵌在帶式輸送機支架托輥處的微電子機械測溫系統(tǒng)(MEMS )。
[0011]其中:基站采用KJ405T-F1礦用本安型讀卡分站，微電子機械測溫系統(tǒng)(MEMS)電路包括以主控芯片為核心，主控芯片通過對應管腳分別電連接去耦濾波電路、狀態(tài)指示電路、復位電路、編輯程序及下載程序接口電路、電池電源接入端子電路、巴倫電路及天線、主時鐘晶振電路、晶振電路、測溫電路。
[0012]其中:主控芯片電路中Rl為電阻，C5為電容，D3.3V為數字電壓端，A3.3V為模擬電壓端，去耦濾波電路中FB1、FB2為磁珠，3.3V為可充電電池正極，C6、C7、C8、C9、C10、C1UC12為電容，狀態(tài)指示電路中R2為電阻，V2為發(fā)光二極管，復位電路中R4為電阻，C15為電容，編輯程序及下載程序接口電路中J3為編程接口，電池電源接入端子電路中Jl為電池接線端子，巴倫電路及天線中NI為巴倫濾波器，Fl為天線，主時鐘晶振電路中Gl為晶振，C13、C14為電容，晶振電路中G2為晶振，C1、C2為電容，測溫電路中ICI為溫度傳感器，R101、R102為電阻，ClOl為電容，以上電路中GND為可充電電池負極。
[0013]一種基于MEMS技術皮帶火災無線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，特點在于:鑲嵌在帶式輸送機支架托輥處的微電子機械測溫系統(tǒng)(MEMS)每隔一定時間將測得的溫度數值無線發(fā)射到基站后，通過傳輸信號線順序電連接以太網-CAN總線轉換器上傳至地面工控機，地面工控機記錄、存儲并顯示溫度值及實時溫度曲線，當監(jiān)測溫度數值大于或等于報警溫度時，工控機界面顯示發(fā)生故障點溫度值、時間及位置預警信息并聲光報警。
[0014]其中:報警溫度通過實測獲得，取用大于溫度穩(wěn)定點的溫度值為報警溫度值，做從動輪卡死實驗獲得溫度大于或等于報警溫度值時tan α值，做主動輪打滑實驗獲得溫度大于或等于報警溫度值時tan β值，確定從動輪卡死及主動輪打滑判定系數K=(tana+tan β )/2，實際監(jiān)測溫度時，在到達溫度穩(wěn)定點之前時間段出現監(jiān)測溫度數值大于或等于報警溫度值時，工控機界面顯示發(fā)生故障點溫度值、時間及位置預警信息并聲光報警，在溫度穩(wěn)定點之后時間段，當監(jiān)測溫度大于或等于報警溫度時，計算tan Xi,當tanX1^ K時從動輪卡死，tan X X<K時主動輪打滑，工控機界面顯示發(fā)生故障點故障類型、溫度值、時間及位置預警信息并聲光報警。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過地面設置的工控機順序電連接以太網-CAN總線轉換器、礦井巷道內的基站，礦井巷道內的基站無線電連接多個鑲嵌在帶式輸送機支架托輥處的微電子機械測溫系統(tǒng)(MEMS)，實現了帶式輸送機溫度的實時、在線監(jiān)測與礦井帶式輸送機外因火災的提前預警，實現了監(jiān)測核心裝置的小型化，溫度測量精度可達到±0.1°C，單臺基站傳輸距離超過500m，系統(tǒng)預警距離大于10km，結構簡單，成本低廉，同時提供了監(jiān)測及報警方法，確定發(fā)生故障類型、時間、地點及溫度值并聲光報警。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0017]圖1.本發(fā)明結構原理圖；
圖2.本發(fā)明微電子機械測溫系統(tǒng)安放位置圖；
圖3.本發(fā)明主控芯片電路原理圖；
圖4.本發(fā)明去耦濾波電路原理圖；
圖5.本發(fā)明狀態(tài)指示電路原理圖；
圖6.本發(fā)明復位電路電路原理圖；
圖7.本發(fā)明編輯程序及下載程序接口電路原理圖；
圖8.本發(fā)明電池電源接入端子電路原理圖；
圖9.本發(fā)明巴倫電路及天線原理圖；
圖10.本發(fā)明主時鐘晶振電路原理圖；
圖11.本發(fā)明晶振電路原理圖；
圖12.本發(fā)明測溫電路原理圖。
[0018]圖中:1.礦井巷道，2.帶式輸送機，3.托輥，4.微電子機械測溫系統(tǒng)，5.基站，6.傳輸信號線，7.RS485/232轉換器，8.工控機，9.支架。
【具體實施方式】
[0019]實施例一
參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、