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专利号: 2021102815365
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:

1.一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于,采用高精度风流测量仪,所述高精度风流测量仪包括第一传感器、第二传感器、温度测定模块和控制单元;第一传感器活动连接有第一固定座,第一传感器上设置有第一超声波发射探头、第一超声波接收探头、第一激光定位发射器和第一激光定位接收端;第二传感器活动连接有第二固定座,第二传感器上设置有第二超声波发射探头、第二超声波接收探头、第二激光定位发射器和第二激光定位接收端;控制单元经信号线缆连接第一超声波发射探头、第一超声波接收探头、第二超声波发射探头、第二超声波接收探头和温度测定模块;

所述方法包括如下步骤:

步骤1、第一传感器经第一固定座布置于巷道的一侧,第二传感器经第二固定座布置于巷道的另一侧,第一传感器和第二传感器的连线斜穿巷道;

步骤2、调节第一传感器相对于第一固定座的摆动姿态,调节第二传感器相对于第二固定座的摆动姿态,使第一激光定位发射器发射出的激光线对准第二激光定位接收端,使第二激光定位发射器发射出的激光线对准第一激光定位接收端;

步骤3、控制单元触发第一超声波发射探头发射超声波,控制单元经第二超声波接收探头接收来自第一超声波发射探头的超声波,控制单元记录由第一超声波发射探头发射超声波至第二超声波接收探头接收超声波的时间tAB;

同时,

控制单元触发第二超声波发射探头发射超声波,控制单元经第一超声波接收探头接收来自第二超声波发射探头的超声波,控制单元记录由第二超声波发射探头发射超声波至第一超声波接收探头接收超声波的时间tBA;

同时,

控制单元经温度测定模块测得巷道空气温度T;

步骤4、控制单元计算得到巷道内风速,计算过程如下:令巷道的风流方向为X轴,垂直于巷道的风流方向为Y轴;

由公式1、2、3可得:

由公式4、5可得:

当巷道空气温度为T时,

C=331.45+0.607T…………………………………………………………………公式7由公式6、7可得:

其中,

L为第一传感器与第二传感器之间的距离,单位为m;

C为超声波在巷道内的传输速度,单位为m/s;

v(y)为沿Y轴的风速分布,单位为m/s;

α为第一传感器、第二传感器连线与X轴的夹角,单位为°;

vm为第一传感器、第二传感器连线上的平均风速,单位为m/s。

2.根据权利要求1所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:在步骤4中,控制单元比较tAB和tBA的大小;若tBA>tAB,则vm>0,巷道的风流方向为从第一传感器所在巷道截面朝向第二传感器所在巷道截面的方向;若tBA

3.根据权利要求1所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:所述高精度风流测量仪还包括压力测定模块,控制单元经信号线缆连接压力测定模块;步骤3中,控制单元经压力测定模块测得巷道内压力P。

4.根据权利要求1所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:一个传感器组包括一个第一传感器和一个第二传感器,高精度风流测量仪包括多个传感器组,巷道间隔设定距离定义巷道前截面和巷道后截面;每个传感器组的第一传感器位于巷道前截面,每个传感器组的第二传感器位于巷道后截面;

所述步骤4中,控制单元计算得到与传感器组数量相同的vm,并对多个vm取平均值得到巷道截面平均风速Vj。

5.根据权利要求4所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:高精度风流测量仪包括四个传感器组;第一个传感器组的第一传感器位于巷道前截面的左上方位置,第一个传感器组的第二传感器位于巷道后截面的右下方位置;第二个传感器组的第一传感器位于巷道前截面的左下方位置,第二个传感器组的第二传感器位于巷道后截面的右上方位置;第三个传感器组的第一传感器位于巷道前截面的右上方位置,第三个传感器组的第二传感器位于巷道后截面的左下方位置;第四个传感器组的第一传感器位于巷道前截面的右下方位置,第四个传感器组的第二传感器位于巷道后截面的左上方位置;

所述步骤4中,控制单元计算得到四个vm,并对四个vm取平均值得到巷道截面平均风速Vj。

6.根据权利要求4或5所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:高精度风流测量仪还包括截面面积测量装置;步骤3中,所述截面面积测量装置测得巷道截面面积为S,则在步骤4中,控制单元计算得到巷道风流流量Q=S·Vj。

7.根据权利要求6所述的一种矿井巷道高精度风流测量方法,其特征在于:所述截面面积测量装置包括步进电机,所述步进电机的转轴上设置有第三超声波发射探头和第三超声波接收探头,步进电机的转轴转动以带动第三超声波发射探头和第三超声波接收探头沿着巷道的截面转动,第三超声波发射探头和第三超声波接收探头位于转轴的轴线位置,第三超声波发射探头和第三超声波接收探头的朝向相同,所述控制单元经信号电缆连接步进电机、第三超声波发射探头和第三超声波接收探头;

步骤3中,步进电机每输入一个脉冲信号,步进电机的转轴转动角度为β,步进电机的转轴转动n个β角度完成360°转动;在步进电机的转轴每次转动前,控制单元触发第三超声波发射探头发射超声波,控制单元经第三超声波接收探头接收来自第三超声波发射探头并经巷道内壁反射的超声波,控制单元记录由第三超声波发射探头发射超声波至第三超声波接收探头接收超声波的时间

控制单元计算得到巷道截面面积S: