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专利号: 2013104525729
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种矿井粉尘浓度测量装置,包括敏感元件(1),其特征在于:还包括与敏感元件(1)依次相连的控制电路模块(6)和上位机(24),其中:所述敏感元件(1)包括金属屏蔽罩(4)、绝缘管(2)、左密封环(12)、右密封环(13)、金属电极(11)、风机外罩(8)、风机(7)、电路盒(5)和金属支架(9),所述金属屏蔽罩(4)和绝缘管(2)均呈圆筒形,所述金属屏蔽罩(4)的左端和绝缘管(2)的左端通过所述左密封环(12)扣合相连接,所述金属屏蔽罩(4)的右端和绝缘管(2)的右端通过所述右密封环(13)扣合相连接,所述绝缘管(2)外壁与所述金属屏蔽罩(4)内壁之间形成一个密闭的屏蔽空间(10),所述绝缘管(2)的内壁构成直通式风道(3),所述风机外罩(8)呈喇叭形,固定连接在所述金属屏蔽罩(4)的右端,所述风机(7)安装在所述风机外罩(8)内;

所述金属电极(11)呈圆环形,所述绝缘管(2)的内壁中部设有电极凹槽,所述金属电极(11)位于所述电极凹槽中;

所述金属支架(9)设有屏蔽接地,所述金属屏蔽罩(4)安装在所述金属支架(9)上,所述电路盒(5)安装在所述金属屏蔽罩(4)上方,所述电路盒(5)内腔中安装有控制电路模块(6),所述电路盒(5)的前方设有窗口,所述窗口处安装有数码管显示模块,所述金属屏蔽罩(4)的上壁和电路盒(5)的下壁分别设有通孔,所述金属电极(11)的连接导线(14)穿过两通孔与所述控制电路模块(6)电相连;

控制电路模块(6)包括测量电路(20)、信号调理电路(21)、A/D转换电路(22)和微处理器(23),所述敏感元件(1)在金属电极(11)上产生微电荷信号,微电荷信号由测量电路(20)转换为微电压信号,微电压信号经信号调理电路(21)后去除噪声并经A/D转换电路(22)送到微处理器(23)进行实时处理,然后将信息传送到所述上位机(24),所述上位机(24)进行信息预处理、特征提取并建立软测量模型,然后输出粉尘浓度测量信号。

2.根据权利要求1所述的矿井粉尘浓度测量装置,其特征在于:其中所述测量电路(20)为电荷转换电路,采用型号为OPA129的超低偏置电流差动运算放大器芯片构成,信号调理电路(21)采用型号为LMC6001的超低输入电流放大器芯片构成,A/D转换电路(22)采用型号为CS5360的芯片构成,微处理器(23)采用型号为MSP430F249的芯片构成。

3.根据权利要求1或2所述的矿井粉尘浓度测量装置,其特征在于:其中所述风机(7)采用型号为AFB0924VH的抽风式风机。

4.根据权利要求3所述的矿井粉尘浓度测量装置,其特征在于:其中所述微处理器(23)通过USB通信方式将信息传送到所述上位机(24)。

5.一种矿井粉尘浓度测量的方法,该方法设置敏感元件(1)、控制电路模块(6)和上位机(24),该方法包括:步骤1,敏感元件(1)采用金属电极(11),安装抽风式风机(7),控制电路模块(6)进行包括去噪、信号放大、滤波、去除噪声的微电压信息预处理;

步骤2,对预处理后的微电信号在时域内提取有效值、短时均值、整流值均值三个特征参数,在频域内提取短时频谱、短时自相关、短时能量三个特征参数,用这些值顺序组成特征值向量,作为识别信息的输入量;

步骤3,建立基于RBF的神经网络软测量模型,包括设定神经网络隐含层神经元个数,然后在对采集的待处理样本信息进行神经网络训练识别,将误差逐渐缩小至所要求范围之内。

步骤4,将误差最小的识别结果用“0”表示,其余的识别结果用“1”表示,输出误差最小的信号即为所需的信号。

6.根据权利要求5所述的矿井粉尘浓度测量方法,其特征在于:其中所述步骤3中,对采集的待处理料样本图像进行神经网络训练识别的步骤是:

1)制定网络的拓扑结构,将网络设置为三层;

2)设定网络的参数,包括分类精度、循环次数和样本特征值向量的各个常数因子,对网络进行初始化设置;

3)计算各层网络输入矩阵的权值系数和输出,判断该网络的输出精度是否达到要求,首先判断某一样本的输出误差是否达到了预先设定的误差要求,若否,则修改权值系数后返回重新计算;若是,则继续判断全部样本的输出误差是否在要求的范围之内;若全部样本的输出误差在误差要求范围内则继续向下执行,判断循环次数是否超过设定的最大循环次数,若是,则该网络没有实现预期效果,需要修正网络的参数。

4)以修正后的网络参数对各层网络输入矩阵进行上述计算,直到对比实际输出和期望输出后,样本信息识别归为输出误差最小的一类。