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专利号: 2023102682362
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种作业场所落尘沉积厚度监测装置,其特征在于,包括监测主体、云服务器及可视化客户端;

所述监测主体包括应变式位移传感器、温度及湿度传感器、超声波发射器、超声波接收器、沉积腔体、粉尘沉积平台和无线传输模块,所述沉积腔体上部为敞口,沉积腔体内底部设有缓冲材料,粉尘沉积平台装在缓冲材料上部、且处于敞口正下方;应变式位移传感器连接在粉尘沉积平台与缓冲材料之间,用于记录粉尘沉积平台受振动影响后的垂直位移;所述超声波发射器和超声波接收器均处于沉积腔体内靠近敞口的位置、且两者对称设置在敞口两侧,超声波发射器向粉尘沉积平台发射超声波、发射后被超声波接收器接收,用于对粉尘沉积平台上的粉尘厚度进行测量;所述温度及湿度传感器装在沉积腔体内,用于实时监测粉尘沉积平台内的温度及湿度;所述无线传输模块处于沉积腔体内,无线传输模块与应变式位移传感器、温度及湿度传感器、超声波发射器和超声波接收器连接,用于接收云服务器传来的控制指令使超声波发射器开始工作,并接收应变式位移传感器、温度及湿度传感器和超声波接收器反馈的数据,通过无线传输给云服务器;

所述云服务器包括数据传输模块和数据处理模块,数据传输模块用于接收无线传输模块反馈的监测数据,并传递给数据处理模块,数据传输模块对获取的监测数据进行分析处理后获得实时落尘沉积厚度,并传递给可视化客户端进行显示。

2.根据权利要求1所述作业场所落尘沉积厚度监测装置,其特征在于,所述可视化客户端设有报警器,当实时落尘沉积厚度大于设定阈值时,数据处理模块控制可视化客户端开始报警提示。

3.根据权利要求1所述作业场所落尘沉积厚度监测装置,其特征在于,还包括隔振装置,隔振装置装在粉尘沉积平台和沉积腔体内底部之间,且其上下端分别与粉尘沉积平台和沉积腔体内底部连接,用于降低粉尘沉积平台受振动的影响。

4.根据权利要求3所述作业场所落尘沉积厚度监测装置,其特征在于,所述隔振装置内部设有阻尼器。

5.一种根据权利要求1所述作业场所落尘沉积厚度监测装置的工作方法,其特征在于,具体步骤为:

S1、初始化数据:将作业场所落尘沉积厚度监测装置放置在所需监测的作业场所内,并对装置进行初始化数据;

S2、通过温度及湿度传感器采集当前环境的温湿度数据,并通过无线传输模块发送给云服务器,云服务器接收到温度数据T以及相对湿度数据Φ,按照下式计算当前环境中的声速:式中:T+273.15为湿空气的绝对温度;γ为空气的定压比热容和定容比热容之比;P0为湿空气的压强;Φ为湿空气的相对湿度,Psb为饱和水蒸气分压;

S3、云服务器发出指令使超声波发射器发送超声波波形并且同时利用超声波接收器接收超声波回波波形;

S4、云服务器接收到回波后采用误差模型进行校正与补偿;

S5、云服务器按照下式计算超声波发送波形以及回波的互相关系数:

其中,r是互相关系数,N是波形的采样点数,x(i)和y(i)分别是发送波形和接收波形在第i个采样点的值,μx和μy分别是发送波形和接收波形的均值,σx和σy分别是发送波形和接收波形的标准差;

S6、依据S5计算出来的发送波形与回波的互相关系数以识别互相关系数中的峰值,并且计算峰值横坐标,假定互相关系数峰值对应的横坐标依次是Xi,i=1,2,3…M;其中M为识别的峰值个数,则Xi则代表相对延迟;超声波发射器发送的波形有些会在测量腔体内不进行反射直接被超声波接收器接收到,近似的认为其在互相关系数r=0的位置,因此利用Xj=Xj‑X1,j=2,3…,M来计算绝对延迟,采用下式进行绝对距离的计算:S7、设沉积腔体内初始时刻的超声波发射器到粉尘沉积平台计算后的垂直距离为S0,在进行落尘沉积监测的某一时刻t计算后的垂直距离为S(j|T),应变位移传感器在t时刻的位移数据为 该位移数据是由于作业场所本身的振动引起的粉尘沉积平台与粉尘沉积腔体之间的相对垂直位移,因此在计算时考虑该因素的影响,根据下式计算作业场所在t时刻的沉积粉尘厚度D(T);

S8、设定时间段,并在该时间段内重复步骤S2至S7多次,能计算该时段内连续采集的沉积粉尘厚度,并将该时间段内采集的沉积粉尘厚度进行平均值处理后获取粉尘厚度确定值H,最后将该数据传递给可视化客户端进行实时显示;

S9、设定报警阈值,将步骤S8获得的粉尘厚度与报警阈值比较,若超过报警阈值,则客户端自动发出报警提示;若未超过,则重复步骤S8进行下一时间段的监测。

6.根据权利要求5所述作业场所落尘沉积厚度监测装置的工作方法,其特征在于,所述步骤S9比较的具体过程为:若设定时间段内获得的粉尘厚度确定值H超过报警阈值,并且在该时间段内每次监测的粉尘厚度值均超过报警阈值,则客户端进行报警提示;若在该时间段内任意一次监测的粉尘厚度值未超过报警阈值,则客户端不发出报警提示,并重复步骤S8进行下一时间段的监测。

7.根据权利要求5所述作业场所落尘沉积厚度监测装置的工作方法,其特征在于,在作业场所内分布放置多个作业场所落尘沉积厚度监测装置,并对每一监测装置进行编号,每个监测装置均重复步骤S1至S9的监测过程,从而获得作业场所各个位置的粉尘沉积厚度测量值H,当任一粉尘沉积厚度测量值H满足步骤S9的要求时,则客户端发出报警提示并且显示超过阈值的监测装置编号。