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矿山压力监测系统编辑：山东恒安电子科技有限公司YHJ60型单体支柱工作阻力监测系统（矿用本安型数字压力计）矿山压力监测系统产品简介：YHJ60矿用本安型压力记录仪，是用于煤矿井下综采支架压力参数监测的智能仪表，是俗称“电脑圆图仪”的组成部分。
它具有体积小、操作方便、显示直观、数据处理功能强等特点，输出的报表格式通用性强。
它采用了红外无线数据通讯和改进的电池供电系统，大大提高了仪器的使用可靠性和电源的使用寿命，可长期在井下使用，无需维护，是传统的机械式圆图仪的理想替代产品。
一、主要技术指标1、工作电压：由4节额定电压1.5V的1号东芝R20S干电池串联,最大开路电压6.6V；最大短路电流不大于1.2A。
2、工作电流：<=55mA3、记录仪精确度等级：2.0级4、量程：0－60MPa。
5、引压孔直径Ø10。
6、显示方式：LED数字显示。
7、通信方式：红外无线通讯。
8、存储数据量：8Kbyter。
9、工作时间：每5分钟唤醒工作，其余时间进入休眠省电状态。
使用时间大于8个月。
二、工作原理及结构1、YHJ60矿用本安型压力记录仪、YHC1煤矿用本安型数据采集仪、数据传输适配器、计算机数据处理系统四部分组成数字综采压力监测系统记录仪具有一个压力测孔,测量通道数1点,连续记录在记录仪计内，一个工作面可布置1—16个分机，可使用一台采集器进行采集，采集器携带至井上后通过串口将数据自动地传送到PC计算机处理。
记录仪可现场通过按键唤醒，同时可增光照唤醒功能，唤醒后显示当前采集压力。
三、操作说明1、记录仪的安装记录仪可固定在综采支架的顶板下防护较好的位置，被测压力腔的液体通过高压油管引接到记录仪的测压孔上。
安装方式：掉挂或固定安装2、显示当前压力显示当前压力可以通过遥控器的显压功能实现，也可以通过记录仪上的按钮实现。
绿灯亮时，显示1号通道的压力（单位：MPa），红灯亮时，显示的即为2号通道的压力，3秒后自动关断电源。
论一种高精度矿用液压支柱无线监测的电路设计方法摘要：综合工作面是矿井生产的核心场所，液压支架在综合采矿工作面起着重要的支护作用。
为科学管理矿井煤矿生产安全、减少顶板事故，采煤现场需对综合工作面液压支架的支护状况进行监测。
目前有很多矿用液压支柱无线监测方法，文章仅探讨一种相对较高精度硬件电路设计方法。
文章所研究的监测系统以液压支架压力作为监测对象，由终端采集节点和路由节点两部分组成。
终端采集节点安装在每个液压支架上，用来监测支架压力，路由节点负责将收到的数据通过多跳的方式传给上位机。
对节点间的通信及终端节点的监测可靠性和功耗进行了测试，表明本系统具有运行稳定、体积小、成本低、测量精度高等特点。
可靠的监测降低了开采面事故发生，提高了人身设备安全，降低功耗提高了系统运行的稳定性和使用寿命。
关键词：液压支架；监测；电路设计1 液压支架监测系统模型的建立1.1 无线通信技术液压支架工作环境比较复杂，通信频率、巷道的倾斜程度和井下的导体等多种因素都会影响无线通信信号。
因此在设计矿井液压支架压力监测系统时必须要考虑到井下的特殊环境，考虑数据传输的可靠性。
通过对目前市场上常用的无线通信技术比较，本文将ZigBee短距离无线通信技术应用于矿井环境监测中。
ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率的双向无线通信技术，有自己的标准协议，可以在很多鞲衅骷浣行通信，具有很强的自适应性，主要应用于自动控制领域，同时可以实现系统定位，具有低功耗、近距离、短延迟、低速率、低成本、网络容量大、高安全性、工作频段灵活的特点。
1.2 液压支架监测系统组网模型液压支架会随着煤矿开采工作的推进而移动，但移动的距离很短。
液压支架的排列呈直线型，针对液压支架的这种物理排布情况，节点的分布也应是带状的。
采用星形与网状的混合网，网络中的路由节点与协调器组成网状结构，结构简洁、节点功耗减少，每个星形网络内的通信采用单跳通信，网状结构中的路由节点采用多跳通信。
YHY60煤矿用本安型数字压力计安装及使用说明1、概述YHY60煤矿用本安型数字压力计主要用于综采支架压力检测，其它液压设备的压力检测。
它采用电阻式压力传感器和微处理器控制的电子电路及干电池组成。
仪器采用一体化设计，具有防水、防爆、抗冲击、灵敏度高、使用寿命长等特点。
是传统的指针式压力表的理想替代产品。
2、结构特征3、技术指标量程：0--60MPa精度：2.5%电源：3.6V重量：1.6Kg4、安装及使用说明4.1、安装将测压表吊挂或固定安装在支架下面（根据不同的支架形式选择合适的位置），传感器通过Ф10mm 高压油管与立柱测压孔连接。
4.2、操作用矿灯照射指示窗口一次或按下启动键，两种方法均可使显示窗显示压力（单位：MPa ），5 秒后自动关断电源。
5、使用注意事项：1、测压表安装时要考虑到防护条件，应避免受挤压和剧烈冲击。
2、显示亮度变暗或显示不稳定时应首先考虑内部电池是否已达到使用寿命，更换电池（限使用生产厂提供的安全电池组）应在井上进行。
6、常见故障与分析数字压力计显示不稳，且显示很暗时，为电池电压不足，应更换电池。
7、包装、运输、贮存7.1 包装产品装箱运送。
包装应牢固可靠，并采取防潮措施，包装箱上应有“小心轻放”等标志。
7.2 运输包装好后的YHY60煤矿用本安型数字压力计在避免雨雪直接淋袭的前提下可以用于各种运输。
7.3 贮存产品在存贮时应放在空气干燥通风的地方，防止受潮和雨淋以及其它人为的损坏。
8、开箱及检查8.1 产品开箱时，应检查随机附件是否齐全。
a）产品合格证；b）产品使用说明书；c）煤安防爆证件8.2 开箱后应对照装箱单是否与物品名、数量相符。
8.3 开箱后应检查产品在运输、贮存过程中有无碰撞损坏。
基于无线通信的井下低功耗压力传感器设计潘长城;常青;王耀力【摘要】To compensate the flaws of the wired mine pressure monitoring system,a design method and implement circuit of mine-used wireless low-power pressure sensor were proposed in this paper.The hardware circuit,software process and system clock were optimized for low power in the study,MSP430 was used as the core of hardware circuit,the digital switch of the various func-tional sub-module and the method of interrupt scheduling were configured firstly,which effectively increased the sleep time of the core circuitry and saved the energy consumption;Secondly,to reduce the power consumption during CPU runtime,the main system clock source was deployed and clock frequency was reduced.Finally,the formal expression of the diffused silicon sensor input-out-put relationship and uncertainty were given in the paper.The range of the pressure sensor is0~70 MPa,the test result shows that the maximum error of pressure is 0.1 MPa.The digital sensor has the characteristics of small,strong anti-interference,easy mainte-nance,high safety and so on.%针对有线矿压监测系统存在的缺陷,提出了一种低功耗矿井无线压力传感器设计方法与实现电路。
第51卷第1期2020年1月Safety in Coal MinesVol.51 No.l Jan. 2020移动扫码阅读D O I: 10. 13347 /j . c n k i. m k a q. 2020.01.030马越豪，张文建，顾强，等.基于WaveMesh 的煤矿井下无线应力在线监测系统[J ].煤矿安 全，2020,51(1): 130-133.MA ^ uehao, ZHANG Wenjian, GU Qiang. et al. Underground Wireless Stress Monitoring System Based onWaveMesh[j . Safety in Coal Mines, 2020. 51(1): 130-133.基于WaveMesh 的煤矿井下无线应力在线监测系统马越豪\张文建、顾强2,于方舟、段秋雨1，邹立1(1.山东科技大学，山东青岛266590;2.济宁矿业集团安居煤矿，山东济宁272000)摘要：设计了基于WaveMesh 的井下无线应力在线监测系统；系统可在井下完成压力检测并现 场显示数据，与监测子站间通过WaveMesh 无线通讯技术，可显示每个测点的通讯和压力情况， 并将数据通过井下以太环网传送到地面中心站，最终通过监测分析软件实现实时监测和报警。
关键词：应力监测系统；以太网；无线通讯；W aveM esh ; Visual Basic 中图分类号:TD 676文献标志码：B文章编号：1003-496X (2020)0卜0130-04Underground Wireless Stress Monitoring System Based on WaveMeshMA Yuehao', ZHANG Wenjian1. GU Qiang2. YU Fangzhou1, DUAN Qiuyu1, ZOU Li1(\ .Shemdong University of Science and Technology, Qingdm 266590. China;2.Anju Coal Mine of Jining Mining Group,Jining 272000, China)Abstract: WaveMesh underground wireless online stress monitoring system is designed. The system can complete the pressure detection in the well an (】（lisplay the data on the spot. It can display the communication and pressure situation of each rneasuring point through WaveMesh wireless communication technology between the monitoring sub-stations, and transmit the data to the ground central station through ihe Ethernet ring network in the well. F inally, real -time monitoring and alarm can he realized through the 丨nonitoring analysis software.Key words ： stress monitoring system; Ethernet; wireless communication; WaveMesh; Visual Basic近年来随着经济的高速增长使我国认识到煤矿 安全健康生产的重要性"1。
KJ548无线矿山顶板动态监测系统技术方案陕西三位矿山安全设备有限公司警示:1、严禁改变系统中任一组成设备的本安电路和与本安电路有关的元器件的电气参数、规格和型号。
2、其他未经联检的设备严禁与系统使用联机。
执行标准:GB 3836-2010Q/SW05-2015目录第一章背景简介 (3)1.1 系统产生的背景 (3)第二章系统简介 (5)2.1 系统概述 (5)2.2 系统监测分析的内容 (5)2.3 系统实现的目标 (6)2.4 系统结构与组成 (7)第三章系统的主要技术指标 (9)3.1 使用环境 (9)3.2 系统综合技术指标 (9)3.3 KJ548-F矿用隔爆兼本安型数据传输分站 (10)3.4 GPD60W矿用本安型无线顶板压力传感器 (11)3.5 GUD1500W 矿用本安型无线顶板位移传感器 (12)3.6 GMY400W矿用本安型无线锚杆（索）应力传感器 (13)第四章系统的使用说明 (13)4.1 安装 (14)4.2 系统使用说明 (14)第一章背景简介1.1 系统产生的背景近年来煤矿开采过程中频繁发生的重大安全事故已经引起了党中央、国务院的高度重视,并引起社会的广泛关注。
在各类煤矿事故中,顶板事故仍居前位。
随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采转移,顶板安全等问题越来越凸现。
主要体现在三个方面：一是以锚杆支护为主要形式的巷道稳定性。
现有的支护参数到底有多大安全系数，需要监测手段进行评估及潜在的危险性预测；二是超前支承压力影响范围多大，压力集中程度多高，支承压力高峰位置在何处，支承压力前移速度是多少等等。
这些与超前支护和冲击地压密切相关因素监测问题；三是回采工作面支护稳定性和安全性。
回采工作面支架工作状态怎样，支护是否满足控制顶板的要求，回采工作面上覆岩层初次来压与周期来压步距多大，来压时对目前支护系统有多大影响等。
我国几乎所有煤矿都面临开采顶板安全问题，而这些问题往往由于局限于相对落后的监测手段和信息处理技术而被忽略。
![一种矿用本安型无线压力采集传输分站[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/f4cdfb531a37f111f0855b89.png)
专利名称：一种矿用本安型无线压力采集传输分站专利类型：实用新型专利
发明人：洪凌海,李竹洋,王琛,朱小平,张冰珏
申请号：CN201721007578.5
申请日：20170811
公开号：CN207233186U
公开日：
20180413
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型采用了一种矿用本安型无线压力采集传输分站，包括箱体，箱体包括前盖与底座，分站本体固定于底座内，前盖上设置有观察及操作按钮，底座两侧设置有电缆引入装置，底座设置有天线，分站本体由主板、BM200N集中器、MAS205交换机、OLED模块组成，BM200N集中器内置有WaveMesh协议，主板由MSP微控制器、存储模块、RS485模块、以太网转串口模块与ISO调制解调器模块组成，使用该WaveMesh通讯技术可有效解决若出现部分节点瘫痪网络矿用本安型无线压力采集传输分站仍可以正常工作，可适合井下恶劣的环境中使用；还可实现每个节点与节点之间可以建立点到点的路由，可以减少矿井下的无线路由设备，且其具体吞吐量大、数据传输延时低的优点，还可有效解决矿井下采集频率低的问题。
申请人：丰隆高科液压股份有限公司
地址：325600 浙江省温州市乐清市经济开发区纬十九路
国籍：CN
代理机构：北京天奇智新知识产权代理有限公司
代理人：万秀娟
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本质安全型无线压力传感器天线设计
刘鑫;常青
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2015(41)2
【摘要】提出了一种煤矿井下本质安全型无线压力传感器天线结构的设计方案,研究了金属外壳一侧开口时其参数及天线位置对天线增益的影响.仿真与实测结果表明,天线增益随金属外壳的开口长度和宽度的增大而增加,且增加幅度逐渐减小;天线增益随天线距开口的距离减少而增加;开口侧的金属外壳厚度每减少1 mm,天线增益增加约2 dB;金属外壳空间高度毫米级变化引起的天线增益变化基本可以忽略;当金属外壳的开口长度和宽度分别为天线波长的1/4与1/8,厚度为2 mm,空间高度为41 mm,天线位置距开口为1.4 mm时,天线辐射增益达到最佳,天线的传播距离约为14m.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】刘鑫;常青
【作者单位】太原理工大学信息工程学院,山西太原030024;太原理工大学信息工程学院,山西太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】TD67/655.3
【相关文献】
1.一种基于WIA-PA工业无线网络的本质安全型无线水表适配器 [J], 张健;张二鹏;赵健晖;
2.一种基于WIA-PA工业无线网络的本质安全型无线水表适配器 [J], 张健;张二鹏;赵健晖
3.基于dsPIC33F的矿用本质安全型智能压力传感器 [J], 龙先江
4.塑造本质安全型员工是打造本质安全型矿井的关键 [J], 李卫东
5.基于dsPIC33F的矿用本质安全型智能压力传感器 [J], 龙先江;
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矿山本安型无线压力计研发
井下支护安全直接影响煤矿井下的安全生产，早期发现支护设备缺陷及实现井下支护在线监测与预警，提高支护设备的可靠性和安全性，为煤矿井下生产提供安全而可靠地工作环境。
本研究将围绕单体液压支柱，利用无线传感网络技术和基于CC2530主控芯片的嵌入式技术，研发一种具有无线通信功能的矿山本安型无线压力计，实现准确而抗干扰的支护状态信息监测。
通过现场测试，充分验证该矿山本安型无线压力计的信息检测传输的有效性和可靠性。
标签：单体液压支柱；无线传感；承压在线监测；安全生产
1 概述
目前国内悬浮式单体液压支柱内压检测普遍采用传统的现场定期采压方式，部分产品借鉴液压支架的压力检测方式采用有线网络压力检测方式，但有线网络压力检测方式存在检测点少同时随开采工作面的推进、移架、升降架等操作导致系统布线复杂、系统布线容易被扯断等缺陷，很难得到广泛普及应用，给煤矿井下生产留下严重安全隐患，不能为煤矿井下安全生产提供保障。
为了有效地解决上述问题，亟待研制一种具有无线通信功能的悬浮式单体液压支柱内压监测装置即矿山本安型无线压力计，通过无线通信功能实时监测井下单体液压支柱的实际工作状况，早期发现并及时更换损坏单体液压支柱，从而实现井下单体液压支柱在线监测与预警，保证煤矿井下支护设备的安全运行和安全生产，为煤矿井下生产提供安全而可靠地工作环境。
2 设计思路
矿山本安型无线压力计主要用于煤矿井下支护支柱的压力检测、检测数据的汇聚和传送。
因此矿山本安型无线压力计必须符合煤矿井下设备的国家标准，包括GB3836.1-2010爆炸性环境设备通用要求、GB3836.4-2010爆炸性环境由本质安全性“i”保护的设备要求、以及GB4208-2008外壳保护等级（IP代码）等。
为此矿山本安型无线压力计包括压力无线检测模块、无线监测路由模块、无线监测网关模块。
2.1 压力无线检测模块
压力无线检测模块在整个无线传感网络中属于最前端终端设备，主要由CC2530（或CC2430）主控制器模块、电源管理模块、压力传感器、信号调理模块，以及时分复用模块组成，如图1所示。
2.2 无线监测路由模块
无线监测路由模块在设计上与压力无线检测模块类似，主控制器仍然采用CC2530（或CC2430）负责簇内若干个压力无线检测节点所检测的各个支护设备
所受的压力数值进行汇总，通过数据汇聚和多跳方式传送至无线网关（Sink）节点同时路由节点通过找寻、建立和修复网络报文的路由信息，还可以有效地延长网络的覆盖范围。
2.3 无线监测网关模块
无线监测网关模块在设计上与无线监测路由模块类似，增加CAN收发模块，仍采用具有较强的信息处理和通信功能的主控制芯片CC2530（或CC2430），通过无线传感网络和CAN收发模块将收集数据传送至工业以太网，如图2所示。
3 设计实现
矿山本安型无线压力计包括压力无线检测模块、无线监测路由模块、无线监测网关模块。
其中压力无线检测模块是采集数据终端，它直接决定着采集数据的准确性和稳定性，主要组成部分有压力传感器及其电路、井下用防爆电池、无线通信控制器芯片、新型三用阀取压接口和井下用防爆外壳等。
（1）PC10型压力传感器及其电路由南京沃尔科技有限公司定制，由前端承压弹片和后端调理电路组成，其量程为0～80MPa，非线性参数为-0.11%FS。
每个传感器调理电路在出厂时都已通过精密仪器与相应承压弹片进行校准。
（2）无线通信主控芯片采用TI公司生产的CC2530，内置51内核和无线通信模块，通信协议IEEE802.15.4，工作频率为2.4GHz，可选通信通道为16个，数据传输速率为250Kbps。
井下用防爆电池采用昊诚生产的防爆锂电池，单节电池电压为3.6V，电量为3400mAh。
（3）现有的三用阀是针对液压支柱而设计，基于安全增设压力无线监测模块不应改变现有的液压支柱结构。
为了增加压力无线模块的适用性，在现有的三用阀基础上，重新设计新型三用阀取压接口并通过螺旋安装直接接在柱体的三用阀上，安装到位后顶针将会顶开三用阀内单向阀，使柱体内的液体压力通过新型三用阀取压接口施加在压力传感器上，如图3所示。
新型三用阀取压接口包括取压接头本体、接头锁紧套、密封圈、顶针、通液孔、顶针座，接头锁紧套与取压接头本体螺纹连接，用于取压接头和三用阀的连接固定；密封圈位于三用阀与接头锁紧套之间，用于取压接头本体和三用阀之间的密封。
由上述的压力传感器及其电路、井下用防爆电池、无线通信控制器芯片、新型三用阀取压接口和井下用防爆外壳等模块组成的矿山本安型无线压力计如图4所示。
压力无线检测模块设计工作中最重要的两个衡量标准是压力测量的准确性和运行功耗。
测量压力值的准确与否直接决定系统的成败，而支柱一旦安装便不可能更换电池，运行功耗决定系统的监测时长。
测量的准确性主要通过现场测试进行。
在液压支柱的生产车间，通过打压机对液压支柱加压，待加压到40～50MPa 时，拆除打压机注液枪并换上压力无线检测节点。
通过测试专用的液压支柱压力
计接口获取腔内压力值，并與压力无线检测节点所测压力值进行比较；再通过三用阀的卸载阀降压，并记录压力计和压力无线检测节点的压力变化是否一致来测试压力无线检测节点压力测量的准确性。
4 实验结果
本文所设计的矿山本安型无线压力计现场测试环境如图5所示。
通过与物理压力计的测量比较，来验证无线压力计的测量有效性，目前正在进行测量误差分析与其优化补偿补正环节。
通过该模块电路中串联10欧姆电阻来测试该模块的运行功耗。
该模块采用嵌入式Contiki操作系统。
在CC2530芯片上Contiki操作系统的工作时钟为7.8ms，增加系统的工作时钟周期来进一步降低功耗，经实际测试平均能耗降低约一半。
图6中幅值相对较高的一段波形为该模块启动传感器电路采集数据，并进行发射的波形，幅值最高的一段时间为无线发射时间，持续约2ms。
通过万用表串联，可测得压力无线检测模块在每隔5秒发射一次数据的情况下，平均工作电流约为0.2mA。
选用3节3400mAh防爆电池并联供电，预计至少可工作5年。
利用C#语言开发承压信息监控的人机交互界面。
通过人机交互界面，可以观察煤矿井下工作面液压支柱的实时承压情况，以及可查询承压历史数据，如图7、图8所示。
5 结束语
根据煤矿井下设备的相关国家标准，以TI公司CC2530为主控芯片，设计出基于嵌入式操作系统Contiki3.0的矿山本安型无线压力计包括压力无线检测模块、无线监测路由模块、无线监测网关模块。
同时不改变液压支柱结构和三用阀结构为前提，设计出新型三用阀取压接口（取压接头），相连液压支柱与压力无线检测模块，实现液压支柱承压状态信息的检测。
再设计过程中，为了进一步降低硬件功耗，调整系统工作时钟周期和底层调用，延长了检测节点的使用寿命。
通过现场测试，充分验证矿山本安型无线压力计的信息检测与传输的有效性和可靠性。
参考文献
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