礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，屬于煤巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。該監(jiān)測(cè)儀包括實(shí)時(shí)嵌入式控制器、FPGA模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊、信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、隔離變換模塊和液晶顯示屏；實(shí)時(shí)嵌入式控制器分別與液晶顯示屏、FPGA模塊相連，F(xiàn)PGA模塊分別與信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊相連，隔離變換模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。本監(jiān)測(cè)儀整機(jī)功耗低，能夠?qū)γ簬r體、混凝土結(jié)構(gòu)中的聲發(fā)射事件數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、能量等特征參數(shù)進(jìn)行全天候的連續(xù)采集監(jiān)測(cè)，并通過(guò)分配IP地址及執(zhí)行工作指令實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步并行通信、存儲(chǔ)、處理分析、聲音報(bào)警、信息反饋工作以及工作狀態(tài)顯示，既可以掛接在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)上，也可以單獨(dú)運(yùn)行工作。
【專利說(shuō)明】礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤巖體聲發(fā)射監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采的深度不斷增加、開(kāi)采強(qiáng)度加大，礦井深水平礦山壓力日益顯現(xiàn)，以地應(yīng)力瓦斯及煤體結(jié)構(gòu)為控制因素的煤礦動(dòng)力災(zāi)害，深部水平與淺部開(kāi)采時(shí)各控制因素對(duì)動(dòng)力災(zāi)害的主導(dǎo)作用以及各控制因素之間的耦合關(guān)系也越來(lái)越復(fù)雜。目前常規(guī)單一靜態(tài)預(yù)測(cè)方法，只能反映煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害的某一因素的指標(biāo)及其變化，而聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)正是對(duì)主控因素及其這一結(jié)果的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，它可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)超前預(yù)測(cè)及預(yù)警，而這一動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)也正是礦井瓦斯動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]盡管目前市面上存在的聲發(fā)射裝備相對(duì)成熟，但是受井下條件復(fù)雜、工作環(huán)境與地面相對(duì)惡劣很多的影響，適用條件十分苛刻，造成了原本在地面上相對(duì)成熟的聲發(fā)射裝備難以應(yīng)用到井下環(huán)境中。而且在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)由于計(jì)算機(jī)水平及采集板卡等性能的限制，造成了聲發(fā)射設(shè)備數(shù)據(jù)處理能力低下、不能多通道并行采集及處理、通信、數(shù)據(jù)量龐大、難以掛接監(jiān)控系統(tǒng)、濾噪技術(shù)、分析處理軟件針對(duì)性差等一系列問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，該自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀采用自動(dòng)連續(xù)式全波多通道實(shí)時(shí)并行采集，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信、分析處理、工作狀態(tài)顯示以及聲音報(bào)警，對(duì)礦井動(dòng)力災(zāi)害實(shí)現(xiàn)超前預(yù)測(cè)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]一種礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，包括實(shí)時(shí)嵌入式控制器、FPGA模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊、信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、隔離變換模塊和液晶顯示屏；實(shí)時(shí)嵌入式控制器分別與液晶顯示屏、FPGA模塊相連，F(xiàn)PGA模塊分別與信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊相連，隔離變換模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。
[0007]進(jìn)一步，所述實(shí)時(shí)嵌入式控制器采用多線程嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)模塊控制、時(shí)鐘控制、看門狗定時(shí)器、數(shù)據(jù)分析及緩存、上位機(jī)指令執(zhí)行和信息反饋。
[0008]進(jìn)一步，所述采集模塊，包括聲發(fā)射信號(hào)采集模塊、多通道高精度電流采集模塊，內(nèi)置抗混疊濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道高精度高速同步采樣。
[0009]進(jìn)一步，所述實(shí)時(shí)嵌入式控制器采用多線程嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)模塊控制、時(shí)鐘控制、看門狗定時(shí)器、數(shù)據(jù)分析及緩存、TCP/IP以太網(wǎng)通信、上位機(jī)指令執(zhí)行和信息反饋。
[0010]進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于將前端傳感器采集到的數(shù)據(jù)及自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的配置信息、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息進(jìn)行本地存儲(chǔ)，并通過(guò)TCP/IP或RS485通信模塊傳送至地面上位機(jī)，該存儲(chǔ)模塊支持大容量SD卡和U盤連續(xù)高速率讀寫(xiě)。
[0011]進(jìn)一步，所述通信模塊采用RS485通信模塊。
[0012]進(jìn)一步，所述信號(hào)同步模塊，是指生成一個(gè)同步參考時(shí)鐘，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信使自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀(主機(jī)與各分機(jī))接收同步參考時(shí)鐘，采用重采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確同步采集。
[0013]進(jìn)一步，所述液晶顯示屏采用大尺寸彩色液晶屏，顯示自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的工作狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器、報(bào)警工作狀態(tài)顯示。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本監(jiān)測(cè)儀整機(jī)功耗低，能夠?qū)γ簬r體、混凝土結(jié)構(gòu)中的聲發(fā)射事件數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、能量等特征參數(shù)進(jìn)行全天候的連續(xù)采集監(jiān)測(cè)，并通過(guò)分配IP地址及執(zhí)行工作指令實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步并行通信、存儲(chǔ)、處理分析、聲音報(bào)警、信息反饋工作以及工作狀態(tài)顯示，既可以掛接在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)上，也可以單獨(dú)運(yùn)行工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0016]圖1為本自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0018]圖1為本自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀包括實(shí)時(shí)嵌入式控制器、FPGA模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊、信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、隔離變換模塊和液晶顯示屏；實(shí)時(shí)嵌入式控制器分別與液晶顯示屏、FPGA模塊相連，F(xiàn)PGA模塊分別與信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊相連，隔離變換模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。作為進(jìn)一步改進(jìn)，本自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀還包括遙控接收模塊和遙控器，遙控接收模塊與采集模塊相連，遙控接收模塊和遙控器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的遠(yuǎn)程遙控控制。
[0019]實(shí)時(shí)嵌入式控制器采用多線程嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)模塊控制、時(shí)鐘控制、看門狗定時(shí)器、數(shù)據(jù)分析及緩存、以太網(wǎng)通信、上位機(jī)指令執(zhí)行、信息反饋等功能操作。
[0020]采集模塊包含聲發(fā)射信號(hào)采集模塊和多通道高精度電流采集模塊，實(shí)現(xiàn)多通道高精度高速同步采樣模擬輸入，內(nèi)置抗混疊濾波器。
[0021]FPGA模塊，采用百萬(wàn)門級(jí)可重新配置FPGA核心，運(yùn)算速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)控制邏輯、輸入/輸出、定時(shí)、觸發(fā)和同步設(shè)計(jì)。
[0022]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)及自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的配置信息、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息進(jìn)行本地存儲(chǔ)，并通過(guò)TCP/IP或RS485協(xié)議通信給地面上位機(jī)，支持大容量SD卡和U盤連續(xù)高速率讀寫(xiě)。
[0023]液晶顯示屏，為大尺寸彩色液晶屏，顯示自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的工作狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器、報(bào)警工作狀態(tài)顯示，人機(jī)交互方便、可視性好。
[0024]信號(hào)同步模塊，是指生成一個(gè)同步參考時(shí)鐘，使自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀(主機(jī)與各分機(jī))接收同步參考時(shí)鐘，采用重采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確同步采集，支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通訊。
[0025]信號(hào)隔離變換模塊，是將聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行電流與電壓轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大，且保證正常信號(hào)通行，隔離不正常信號(hào)起到保護(hù)主機(jī)安全運(yùn)行的目的。
[0026]每一臺(tái)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀上均有I個(gè)電源開(kāi)關(guān)，控制自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的運(yùn)行。遙控接收模塊以及遙控器，屬于本質(zhì)安全設(shè)備，可以對(duì)監(jiān)測(cè)儀(主監(jiān)測(cè)儀和分監(jiān)測(cè)儀)上的液晶顯示屏顯示進(jìn)行控制以及設(shè)置傳感器的運(yùn)行通道個(gè)數(shù)，對(duì)所述的遙控器指令進(jìn)行接收，并執(zhí)行指令。
[0027]該監(jiān)測(cè)儀的工作方式為:通過(guò)監(jiān)測(cè)儀上的電源開(kāi)關(guān)控制主機(jī)運(yùn)行及與系統(tǒng)其它部分的連接，通過(guò)傳感器、信號(hào)采集模塊、信號(hào)同步模塊進(jìn)行同步信號(hào)采集，然后經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后經(jīng)FPGA模塊、實(shí)時(shí)嵌入式控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，經(jīng)TCP/IP或RS485通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸給地面上位機(jī)，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行井下數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。地面上位機(jī)指令執(zhí)行、模塊控制及運(yùn)行、監(jiān)測(cè)主機(jī)配置信息、監(jiān)控主分機(jī)及傳感器的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息、數(shù)據(jù)通信、信息反饋等功能均由實(shí)時(shí)嵌入式控制器整體控制操作。由設(shè)備上的液晶顯示屏顯示監(jiān)測(cè)儀的工作狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器、報(bào)警工作狀態(tài)顯示。并通過(guò)遙控器可以對(duì)監(jiān)測(cè)儀上的液晶顯示屏顯示進(jìn)行控制以及設(shè)置傳感器的運(yùn)行通道個(gè)數(shù)。
[0028]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:包括實(shí)時(shí)嵌入式控制器、FPGA模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊、信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、隔離變換模塊和液晶顯示屏；實(shí)時(shí)嵌入式控制器分別與液晶顯示屏、FPGA模塊相連，F(xiàn)PGA模塊分別與信號(hào)同步模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、采集模塊相連，隔離變換模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀還包括遙控接收模塊和遙控器，遙控接收模塊與采集模塊相連，遙控接收模塊和遙控器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的遠(yuǎn)程遙控控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述采集模塊，包括聲發(fā)射信號(hào)采集模塊、多通道高精度電流采集模塊，內(nèi)置抗混疊濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道高精度高速同步采樣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述實(shí)時(shí)嵌入式控制器采用多線程嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)模塊控制、時(shí)鐘控制、看門狗定時(shí)器、數(shù)據(jù)分析及緩存、TCP/IP以太網(wǎng)通信、上位機(jī)指令執(zhí)行和信息反饋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于將前端傳感器采集到的數(shù)據(jù)及自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的配置信息、運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息進(jìn)行本地存儲(chǔ)，并通過(guò)TCP/IP或RS485通信模塊傳送至地面上位機(jī)，該存儲(chǔ)模塊支持大容量SD卡和U盤連續(xù)高速率讀寫(xiě)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述通信模塊采用RS485通信模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述信號(hào)同步模塊，是指生成一個(gè)同步參考時(shí)鐘，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信使自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀接收同步參考時(shí)鐘，采用重采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確同步采集。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井聲發(fā)射實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，其特征在于:所述液晶顯示屏采用大尺寸彩色液晶屏，顯示自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的工作狀態(tài)，包括監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器、報(bào)警工作狀
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【文檔編號(hào)】E21F17/18GK103557031SQ201310596120
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】胡千庭, 文光才, 李建功, 李柏均, 楊娟, 楊慧明, 鄒銀輝, 劉勝, 趙旭生, 劉虎, 呂貴春, 蔡慶凱, 常宇, 李秋林, 任文賢, 林雪峰, 劉紅, 隆清明, 馬代輝, 張憲尚, 胡杰, 岳建平 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司