CN205449181U - 基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备及其流量监测模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备及其流量监测模块，堵塞检测设备包括超声波流量监测模块和堵塞检测控制模块，其中超声波流量监测模块包括用于穿设测试管路的测试壳体，测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，两个壁面均与水平面倾斜或垂直。本实用新型采用测试壳体的两个壁面与水平存在一定的角度，从而使得测试壳体的两个壁面在有水汽凝结时，所凝结的水汽能够掉落到测试壳体中，避免了两个壁面由于水汽凝结而影响超声波换能器的超声波信号穿过测试壳体壁面的效果，提高了监测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备及其流量监测模块，属于矿井流量监测技术领域。
背景技术
目前煤矿采空区火灾监测普遍采用煤矿束管火灾监测***。在实际应用中，由于采空区、工作面上隅角等监测位置的空气湿度很高，而且束管抽采距离长达数公里甚至十几公里，气体采样过程中水汽会不断冷凝，导致束管被水堵塞而失去气体采样功能，为此煤矿单位不得不定期安排人员沿束管进行排查，增加了维护工作量，为此需要一种能够自动监测束管堵塞的装置。申请号为CN201410399863.0的专利文件公开了一种矿用超声波管路流量测量装置，其公开的测量装置包括设置在待测管路上的一对超声波换能器以及对应的控制处理单元，通过时差法测量原理即可计算出流体流量，其中两个超声波换能器设置在待测管路流体的不同侧，这样的设置方式，使得至少一个超声波换能器端面无法与水平面倾斜或垂直，导致由于水汽凝结而影响超声波换能器正常工作，从而使得测量精度降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备及其流量监测模块，以解决由于水汽凝结而影响超声波换能器正常工作所导致检测精度降低的问题。
本实用新型为解决上述技术问题提供了一种基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，该堵塞检测设备包括超声波流量监测模块和堵塞检测控制模块，所述超声波流量监测模块包括用于穿设测试管路的测试壳体，所述测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，所述测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，所述的两个壁面均与水平面倾斜或垂直。
所述的测试壳体为一直管，所述的两个壁面均垂直于直管。
所述的第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。
所述测试壳上用于穿设测试管路的两个开口分别靠近相应壁面设置。
所述的堵塞检测控制模块包括CPU控制电路、驱动电路、信号调理电路和切换控制电路，所述第一超声波换能器和第二超声波换能器均通过切换控制电路连接至驱动电路和信号调理电路，所述切换控制电路用于控制驱动电路和信号调理电路的切换，使驱动电路和信号调理电路循环与第一超声波换能器和第二超声波换能器连接，控制第一超声波换能器和第二超声波换能器的信号发射和接收处理，信号调理电路的输出端与CPU控制电路连接，CPU控制电路根据采集到超声波信号进行堵塞判断。
所述的堵塞检测控制模块还包括指示告警电路，该指示告警电路与CPU控制电路连接，用于在CPU控制电路检测出管路出现堵塞进行指示或报警。
本实用新型还提供了一种超声波流量监测模块，该监测模块包括用于穿设测试管路的测试壳体，所述测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，所述测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，所述的两个壁面均与水平面倾斜或垂直。
所述的测试壳体为一直管，所述的两个壁面均垂直于直管。
所述的第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。
所述测试壳上用于穿设测试管路的两个开口分别靠近相应壁面设置。
本实用新型的有益效果是:本实用新型的堵塞检测设备包括超声波流量监测模块和堵塞检测控制模块，其中超声波流量监测模块包括用于穿设测试管路的测试壳体，测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，两个壁面均与水平面倾斜或垂直。本实用新型采用测试壳体的两个壁面与水平存在一定的角度，从而使得测试壳体的两个壁面在有水汽凝结时，所凝结的水汽能够掉落到测试壳体中，避免了两个壁面由于水汽凝结而影响超声波换能器的超声波信号穿过测试壳体壁面的效果，提高了监测精度。
附图说明
图1是本实用新型超声波流量监测模块的结构示意图；
图2是本实用新型基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。
本实用新型的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备的实施例
本实用新型的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备如图2所示，包括超声波流量监测模块和堵塞检测控制模块，其中超声波流量监测模块如图1所示，包括用于穿设测试管路的测试壳体，测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，两个壁面均与水平面倾斜或垂直。将该监测模块安装到束管上时，由于测试壳体的两个壁面与水平存在一定的角度，从而使得测试壳体的两个壁面在有水汽凝结时，所凝结的水汽能够掉落到测试壳体中，避免了两个壁面由于水汽凝结而影响超声波换能器的超声波信号穿过测试壳体壁面的效果，提高了监测精度。
其中测试壳体可采用直管的形式，两个壁面均垂直于直管，如图1所示，在将该超声波流量监测模块连接到待测束管上时，超声波换能器端面与水平面垂直，能够有效防止水汽凝结而影响正常工作，本实施例中2只超声波换能器的端面距离为8cm。测试壳体1上开设用于连接待测束管的进气口5和出气口6，为了提高测试精度，使超声波穿过更多的气体，本实施例将用于穿设待测束管7的进气口5和出气口6靠近测试壳体两个壁面4设置。为了使超声波换能器发射的超声波信号尽可能全部穿过测试壳体，第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。在将该监测模块安装到束管上时，测试壳体也可由现场的束管改造而成，例如，可将现场束管的一部分改造成如图1所示的直管形状。
堵塞检测控制模块包括CPU控制电路、驱动电路、信号调理电路、切换控制电路和提示告警电路，其中第一超声波换能器和第二超声波换能器均通过切换控制电路连接至驱动电路和信号调理电路，驱动电路由CPU控制电路控制，信号调理电路的输出端与CPU控制电路连接，CPU控制电路的输出端控制连接提示告警电路，切换控制电路使驱动电路和信号调理电路循环与第一超声波换能器和第二超声波换能器连接，控制第一超声波换能器和第二超声波换能器的信号发射和接收处理，信号调理电路的输出端与CPU控制电路连接，CPU控制电路根据采集到超声波信号进行堵塞判断。
下面以采用直管的超声波流量监测模块为例对本实用新型的煤矿束管堵塞检测设备的工作过程进行说明。该煤矿束管堵塞检测设备现场时，如图2所示，将超声波流量监测模块中的直管穿设在待测煤矿束管上，即通过直管的两个开口连接到待测束管上，气体在测试壳体中的流向是从左到右，具体的检测过程如下：
1.测量顺流的传播时间，此时第一超声波换能器为发射超声波换能器，第二超声波换能器为接收超声波换能器，切换控制电路选择接收第二超声波换能器的信号，同时屏蔽第一超声波换能器的信号，CPU控制电路控制驱动电路驱动第一超声波换能器发射超声波信号，所发射的超声波信号经过测试壳体到达其壁面的第二超声波换能器，第二超声波换能器将接收到超声波信号传输信号调理电路，并通过信号调理电路发送给CPU控制电路，CPU控制电路根据接收到的信号计算出超声波在测试壳体的顺流时间。
2.通过切换第一超声波换能器和第二超声波换能器的状态，即让第一超声波换流器作为接收超声波换流器，第二超声波换能器作为发射超声波换能器，重复步骤1的过程，即可测量出超声波逆流的传播时间。
3.CPU控制电路计算顺流时间和逆流时间的时间差、根据气体流速与时间差的关系直接拟合得到的气体流速。
4.CPU控制电路根据流速大小对束管内的堵塞情况进行判断，当束管存在堵塞但不完全堵塞时给出提示信息，当束管完全堵塞时给出报警信息。本实施例中流速测量下限为0.15m/s，即当气体的流速大于流速测量下限时，说明束管正常，当气体的流速小于流速测量下限时，说明束管发生堵塞，此时，CPU控制电路控制指示告警电路工作，以提醒相关操作人员。
CPU控制电路既可以根据流速判断堵塞，也可以通过流量监测束管堵塞。基于流量的检测过程如下：设备首次运行时，记录束管内的初始流量Q0，并把Q0作为流量基准；2)对束管内的流量进行连续监测，并对实测流量Q与流量基准Q0进行实时比较，当束管内的实测流量(Q0-Q)/Q0<30％且持续30min(时间可设定)时认为束管轻微堵塞，给出提示信息；当束管内的实测流量30％<(Q0-Q)/Q0<60％且持续30min(时间可设定)时认为束管中度堵塞，给出提示信息；当束管内的实测流量60％<(Q0-Q)/Q0<90％且持续30min(时间可设定)时认为束管严重堵塞，给出提示信息；当束管内的实测流量(Q0-Q)/Q0>95％且持续30min(时间可设定)时认为束管完全堵塞，给出报警信息。
本实用新型超声波流量监测模块的实施例
本实施例中的超声波流量监测模块如图1所示，包括用于穿设测试管路的测试壳体1，测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器2和第二超声波换能器3，测试壳体1位于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，测试壳体1包括有供超声波穿过的两个壁面4，两个壁面均与水平面倾斜或垂直，将该监测模块安装到束管上时，由于测试壳体的两个壁面与水平存在一定的角度，从而使得测试壳体的两个壁面在有水汽凝结时，所凝结的水汽能够掉落到测试壳体中，避免了两个壁面由于水汽凝结而影响超声波换能器的超声波信号穿过测试壳体壁面的效果，提高了监测精度。
其中测试壳体可采用直管的形式，两个壁面均垂直于直管，如图1所示，在将该超声波流量监测模块连接到待测束管上时，超声波换能器端面与水平面垂直，能够有效防止水汽凝结而影响正常工作，本实施例中2只超声波换能器的端面距离为8cm。测试壳体1上开设用于连接待测束管的进气口5和出气口6，为了提高测试精度，使超声波穿过更多的气体，本实施例将用于穿设待测束管7的进气口5和出气口6靠近测试壳体两个壁面4设置。为了使超声波换能器发射的超声波信号尽可能全部穿过测试壳体，第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。在将该监测模块安装到束管上时，测试壳体也可由现场的束管改造而成，例如，可将现场束管的一部分改造成如图1所示的直管形状。该监测模块的工作原理已在上个实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
Claims (10)
1.一种基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，该堵塞检测设备包括超声波流量监测模块和堵塞检测控制模块，所述超声波流量监测模块包括用于穿设测试管路的测试壳体，所述测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，所述测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，所述的两个壁面均与水平面倾斜或垂直。
2.根据权利要求1所述的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，所述的测试壳体为一直管，所述的两个壁面均垂直于直管。
3.根据权利要求2所述的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，所述的第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，所述测试壳上用于穿设测试管路的两个开口分别靠近相应壁面设置。
5.根据权利要求4所述的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，所述的堵塞检测控制模块包括CPU控制电路、驱动电路、信号调理电路和切换控制电路，所述第一超声波换能器和第二超声波换能器均通过切换控制电路连接至驱动电路和信号调理电路，所述切换控制电路用于控制驱动电路和信号调理电路的切换，使驱动电路和信号调理电路循环与第一超声波换能器和第二超声波换能器连接，控制第一超声波换能器和第二超声波换能器的信号发射和接收处理，信号调理电路的输出端与CPU控制电路连接，CPU控制电路根据采集到超声波信号进行堵塞判断。
6.根据权利要求5所述的基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备，其特征在于，所述的堵塞检测控制模块还包括指示告警电路，该指示告警电路与CPU控制电路连接，用于在CPU控制电路检测出管路出现堵塞进行指示或报警。
7.一种超声波流量监测模块，其特征在于，包括用于穿设测试管路的测试壳体，所述测试壳体上相对设置有用于测量流体流速的第一超声波换能器和第二超声波换能器，所述测试壳***于第一超声波换能器和第二超声波换能器之间，所述测试壳体包括有供超声波穿过的两个壁面，所述的两个壁面均与水平面倾斜或垂直。
8.根据权利要求7所述的超声波流量监测模块，其特征在于，所述的测试壳体为一直管，所述的两个壁面均垂直于直管。
9.根据权利要求8所述的超声波流量监测模块，其特征在于，所述的第一超声波换能器和第二超声波换能器分别对应贴设在两个壁面上。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的超声波流量监测模块，其特征在于，所述测试壳上用于穿设测试管路的两个开口分别靠近相应壁面设置。
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| CN201521128505.2U CN205449181U (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | 基于超声波的煤矿束管堵塞检测设备及其流量监测模块 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106442721A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-02-22 | 山东胜伟园林科技有限公司 | 一种滤料波管堵塞定位装置及定位方法 |
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