阅读说明：本技术 一种矿用的风速测量装置及其测量方法 (Mining wind speed measuring device and measuring method thereof ) 是由 文新国 张星 张乃毅 于 2020-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矿用的风速测量装置及其测量方法,所述风速测量装置包括伸缩杆以及连接于伸缩杆的测风部和数据线,所述测风部设有风速传感器,所述伸缩杆内部有贯穿的空腔,数据线穿过空腔与伸缩杆内设置的电路板的一端连接,电路板的另一端与风速传感器电联接。测量风速时,本风速测量装置需与主机仪器配套使用。工作人员通过调节伸缩杆的长度调节到合适的测风高度,风速传感器将气体流量信号转换为电信号,通过电路板转换处理,数据线的另一端连接主机仪器,从主机的显示屏上实时显示风速数值；本发明所述的测量方法通过电位器对风速的零点基准的精确调试,分段多次测量风速值,提高风速测量的精度。(The invention discloses a mining wind speed measuring device and a measuring method thereof. When measuring wind speed, this wind speed measuring device needs to use with the host computer instrument supporting. The working personnel adjust to a proper wind measuring height by adjusting the length of the telescopic rod, the wind speed sensor converts a gas flow signal into an electric signal, the electric signal is converted and processed by the circuit board, the other end of the data line is connected with a host instrument, and a wind speed value is displayed on a display screen of the host in real time; the measuring method provided by the invention measures the wind speed value for multiple times in a segmented manner through the accurate debugging of the potentiometer on the zero point reference of the wind speed, and improves the wind speed measuring precision.)

一种矿用的风速测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于矿井环境风速检测领域，具体涉及一种矿用的风速测量装置及其测量方法。

背景技术

矿工作业中，需要实时对井底环境中的风速进行监测，保证空气流动顺畅，来保证工人的人身安全。现在市面上的风速测量装置多为手持便携式风速测量仪，依照机械风扇式转动测量风速。上述测风速方法有以下不足：第一，当仪器采集数据时，仪器风扇探头必须迎风放置，矿井下风向变化复杂，需要频繁调整位置；第二，在矿井恶劣环境下，手持式的仪器测量高度、角度受限。第三，测量装置易受多风向干扰，导致风速测量不准。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种矿用的风速测量装置及其测量方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明所述的矿用的风速测量装置，包括伸缩杆以及连接于伸缩杆的测风部和数据线，测风部设有风速传感器，伸缩杆内部有贯穿的空腔，数据线穿过空腔与伸缩杆内设置的电路板的一端连接，电路板的另一端与风速传感器电联接。

进一步地，所述测风部包括T型三通、风速传感器和第三连接头，第三连接头的末端与电路板左端通过紧固螺钉固定于伸缩杆，T型三通通过紧固螺钉固定在第三连接头的前端。

进一步地，所述风速传感器的顶端设有风速传感器探头，风速传感器的末端连接第三连接头。

进一步地，所述风速传感器探头为片状。

进一步地，所述伸缩杆包括手持部和伸缩部，所述手持部包括第一连接头和手持杆。

进一步地，所述数据线一端从手持部末端进入伸缩杆空腔，通过第一连接头卡紧，数据线的另一端连接转接插头。

进一步地，所述伸缩部包括第二连接头、电路板和至少一个伸缩结构。

进一步地，所述伸缩结构为前端直径小的杆段能够缩进后端直径大的杆段中，同时前端直径小的杆段末端直径大于后端杆段的前端直径。

进一步地，所述第二连接头内设有固定圈和垫圈，所述电路板与数据线的连接端通过固定圈固定于第二连接头，所述垫圈套接在数据线上，电路板的另一端通过紧固螺钉固定于第三连接头。

另一方面，本发明基于矿用的风速测量装置的测量方法，采用矿用的风速测量装置进行测量，包括以下步骤：

步骤1：设备启用前首先将风速传感器外接稳压电源调至4V，将所述风速传感器与电路板上的放大模块U2A、U2B的输入端连接；

步骤2：用微型螺丝刀调试电路板上电位器PR1,用数字万用表的红表笔和黑表笔接电路板上AOUT、GND，电位器调至数字万用表电压显示零点基准2.9V为准；

步骤3：将调好的风速传感器和电路板按照原装置连接，转接插头连接主仪器，开机；

步骤4：调节伸缩杆至合适的测量高度，使T型三通两端任意一端迎风静置，并与风向夹角不超过15°；

步骤5：在主仪器风速测量范围内至少均布8个测点，递增风速，顺次测量，每个测点应在风速稳定后同时测取实际风速值和主仪器示值，每次测量时间不少于1min，每个测点连续测量2次，相邻两次测量的差值即为重复性误差：在每个测点的测量时间内测量3次，取其平均值；

步骤6：操作主仪器对所得数据进行计算并显示，保存。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所述矿用的风速测量装置结构轻巧，便于携带，可供矿井工人随时使用。通过可调节长度的伸缩杆调节测风部的高度，用于矿井下不同高度的风速测量。

T型三通内风的风速和风向相对稳定，可减小风向对裸露的风速传感器探头的影响，降低测量误差，还可通过改变T型三通的朝向，对不同风向的风进行测速，实时显示井下风速值。

本发明基于矿用的风速测量装置的测量方法，通过电位器对风速的零点基准的精确调试，分段多次测量风速值，提高风速测量的精度。在易燃易爆可燃性气体混合物的煤矿井下、冶金化工现场、环保及气象等环境，进行风速监测，具有广泛的应用价值。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为电路板中电位器控制模块和放大模块的电路图；

图3为电路板中升压模块的电路图；

图4为本发明的测量方法的流程图。

其中：1、第一连接头；2、伸缩杆；3、第二连接头；4、固定圈；5、第三连接头；6、风速传感器；7、测风部；8、紧固螺钉；9、电路板；10、垫圈；11、转接插头；12、数据线；13、风速传感器探头；14、手持部；15、伸缩部；16、T型三通；17、伸缩结构；18、手持杆

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶端”、“末端”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或部件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种矿用的风速测量装置及其测量方法，包括伸缩杆2以及连接于伸缩杆2的测风部7和数据线12。

伸缩杆2包括手持部14和伸缩部15，内部有贯穿的空腔，其中手持部14包括第一连接头1和手持杆18，第一连接头1螺纹旋紧或套接在手持部14末端，数据线12从手持部14末端进入伸缩杆2空腔，通过第一连接头1卡紧。手持杆14上有防滑结构，可以是橡胶、螺纹或其他类似结构。

伸缩部15包括第二连接头3、电路板9和若干个伸缩结构17。伸缩结构17为前端直径小的杆段能够缩进后端直径大的杆段中，同时前端直径小的杆段末端直径大于后端杆段的前端直径；也可以采用带有锁紧功能的接头，例如螺旋接头、卡扣接头进行伸缩限位。

第二连接头3内设有固定圈4和用于匝线的垫圈10，数据线12穿过伸缩杆2的空腔与电路板9连接，线芯焊接在电路板9的焊点上，电路板9与数据线12的连接端通过固定圈4固定于第二连接头3，电路板9的另一端通过紧固螺钉8固定于第三连接头5。垫圈10套接在数据线12上，防止伸缩杆2伸缩时损坏数据线12接头。

如图2和图3所示，电路板9上包括风速传感器模块FS5、放大模块U2B和U2A、电位器控制模块和升压模块。风速传感器6将获得的气流信息通过风速传感器模块FS5转换为电压信号，经过放大模块U2A、U2B放大，AOUT调节基准，最终通过BOUT输出至主机。

测风部7包括T型三通16、风速传感器6和第三连接头5，T型三通16是一根在直通管中部垂直焊接另一直通管并与其连通设置的三开口管接头，其中两开口的直通管为主管，另一为支管，支管上有与紧固螺钉8对应的螺孔。经过DZS-1型低速风洞实验室模拟数据，其主管内径为10mm，外径为12mm为本发明最佳尺寸。

风速传感器6采用热模式原理风速传感器，设置在T型三通16的支管内，风速传感器6的顶端设有风速传感器探头13。风速传感器探头13是片状的，位于主管和支管中心线的交点，其片状表面平行于主管的两个开口面，使风能够垂直穿过，提高测量准确度。

第三连接头5内部有空腔，风速传感器6末端螺纹旋紧或套接在第三连接头5顶端，导线穿过空腔连接电路板9和风速传感器6。第三连接头5的末端与电路板9左端通过紧固螺钉8固定于伸缩杆2，T型三通16通过紧固螺钉8固定在第三连接头5的前端。

数据线12优选为带屏蔽航空电缆线，通过转接插头11连接主机，风速传感器、电路板、主机构成一个通路。

其工作原理是：T型三通16内的风速传感器探头13将采集到的气体流速信号转换为电压信号，经过放大模块U2A和U2B把电压信号放大，然后经过主仪器AD电路转换，将电压的模拟信号转为数字信号输出并显示。

本发明基于矿用的风速测量装置的风速测量方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1：设备启用前首先将风速传感器(6)外接稳压电源调至4V，将所述风速传感器(6)与电路板(9)上的放大模块U2A、U2B的输入端连接；

步骤2：用微型螺丝刀调试电路板上电位器PR1,用数字万用表的红表笔和黑表笔接风速传感器电路板上AOUT、GND，电位器调至数字万用表电压显示零点基准2.9V为准；

步骤3：将调好的风速传感器(6)和电路板(9)按照原装置连接，转接插头(11)连接主仪器，开机；

步骤4：调节伸缩杆(2)至合适的测量高度，使T型三通(16)两端任意一端迎风静置，并与风向夹角不超过15°(经过多次DZS-1型低速风洞实验室模拟数据对比，主管与风向夹角在15°以内不会带来较大的数值误差)；

步骤5：在主仪器风速测量范围内至少均布8个测点(例如：依次为0.4m/s、0.8m/s、1.2m/s、3m/s、6m/s、9m/s、12m/s、15m/s)递增风速，顺次测量，每个测点应在风速稳定后同时测取实际风速值和主仪器示值，每次测量时间不少于1min，每个测点连续测量2次，相邻两次测量的差值即为重复性误差：在每个测点的测量时间内测量3次，取其平均值；

步骤6：操作主仪器对所得数据进行计算并显示，保存。

所述步骤5中的实际风速值按式(1)计算：

式中

Vs——实际风速值，m/s；

N——第二、第一工作段风速比

P——实测动压值，Pa；

ρ——空气密度，kg/m3；

P₀——风洞室大气压力，Pa；

t——风洞室温度，℃；

ξ——皮托管系数。

主仪器风速基本误差的绝对值计算：

AV’_si＝|V_zi-V_si|.........(3)

式中

Vsi——各测点的实际风速值，m/s；

Vzi——各测点的主仪器示值，m/s。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。