(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210722521.2 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 陕煤集团神木红柳林矿业有限公司 地址 719300 陕西省榆林市神木市滨河新 区街道办事处 红柳林村 申请人 安徽理工大 学 (72)发明人 苗彦平　刘欣　赵义元　刘宽　 高丰　郑晓亮　陈旭　 (74)专利代理 机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 专利代理师 王艳秋 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) H04Q 9/00(2006.01) (54)发明名称 基于多传感器融合的井下空气质 量在线监 测系统 (57)摘要 本发明公开了基于多传感器融合的井下空 气质量监测系统， 涉及空气质量监测预警技术领 域， 包括数据采集模块、 井下监测分站、 环网交换 机、 控制中心和执行模块， 数据采集模块的设计， 能够保证因地制宜， 因区而异， 在井下不同区域 采取不同的模块组合， 做到井下空腔全覆盖， 采 用环网交换机设计能够使得井下区域所有数据 采集模块和井下检测分站组建井下监测预警矩 阵， 实现了井下传感器海量数据的传输与控制通 信， 然后通过控制中心对于数据的集中控制判 定， 从而实现查询到对于造成井下空气质量差的 主要原因， 并且通过发送信号指令至执行模块进 行改变， 从而实现对于井下空气质量进行实时监 测并改进空气质量的功能。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115183813 A 2022.10.14 CN 115183813 A 1.基于多传感器 融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在于， 包括数据采集模块、 井下监测分站、 环网交换机、 控制中心和执行模块， 所述数据采集模块用于采集井下环境空 气质量数据， 并且将采集到的环境空气质量数据发送至井下监测分站； 所述井下监测分站在接收到数据采集模块发送的环境空气质量数据后， 根据相应的通 讯协议对数据采集模块发送的环境空气质量数据进行校验， 并且收到的环境空气质量数据 发送至液晶显示屏上进行显示， 显示出本站工作范围中所有传感器的数据； 所述环网交换机用于搭建工业环网为控制中心与井下监测分站提供通讯支持； 所述控制中心用于对井下监测分站通过环网交换机进行传输的数据进行集中控制判 定， 通过对接收的数据进 行标记并计算， 从而得出第一环境空气质量系数、 第二环境空气质 量系数、 第三环境空气质量系数、 第四环境空气质量系数和 第五环境空气质量系数， 并且进 行判定， 设定第一环境空气质量系数阈值， 第二环境空气质量系数阈值， 第三环境空气质量 系数阈值， 第四环 境空气质量系数阈值， 第五环 境空气质量系数阈值后， 通过计算得出第一 环境空气质量影响评 分、 第二环境空气质量影响评 分、 第三环境空气质量影响评 分、 第四环 境空气质量影响评 分和第五环境空气质量影响评分， 在 对五个环境空气质量影响评 分进行 优先级排序； 若第一环境空气质量影响评分优先级最高， 则控制中心发送降低空气浓度信号至执行 模块， 若第二环境空气质量影响评分优先级最高， 则控制中心发送调整温度信号至执行模 块， 若第三环境空气质量影响评 分优先级最高， 则控制中心发送调整湿度信号至执行模块， 若第四环境空气质量影响评分优先级最高， 则控制中心发送降低噪声信号至执行模块， 若 第五环境空气质量影响评分优先级最高， 则控制中心发送调整风速信号至执 行模块； 所述执行模块在接收到控制中心发送的控制信号后， 根据控制信号进行相应的执行调 整。 2.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述井下环境空气质量数据包括井下工作环境中产生的各类气体浓度参数、 工作环境 中的温度数据、 工作环境中的湿度数据、 工作环境中的噪音数据和工作环境中的风速 。 3.根据权利要求2所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述各类气体浓度包括： 氮氧化物、 碳氧化物、 碳氢化物、 氧气和粉尘。 4.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述数据采集模块包括参数采集单元、 数据分析单元、 数据显示单元， 按键控制单元、 通 讯单元和声光报警单 元。 5.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述井下监测分站包括串口转网口单元和 光电转换单元， 所述串口转网口单元用于将 串口数据转换为网口数据， 所述光电转换单元用于将接收到的网口数据转换为光信号或电 信号。 6.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述环网交换机包括光电转换节点， 所述光电转换节点用于对光信号和电信号进行相 互转换。 7.根据权利要求1所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 所述控制中心对接 收到的数据进行集中控制判定的过程包括以下步骤： 将井下工作环权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115183813 A 2境中产生的各类气体浓度参 数标记为Qi， 将工作环境中的温度数据标记为Ti， 将工作环境中 的湿度数据标记为Si， 将工作环境中的噪音数据标记为Di， 将工作环境中的风速标记为Zi， 其中i为采集次数的编号， 且i ＝1、 2、 3、 . .....、 n， n为采集次数总数； 通过公式 计算得出第一环境空气质量 系数G1， 式中T0为标准温度系数， S0为标准湿度系数， D0为标准噪音系数， Z0为标准风速系数， Q0为标准气体浓度， α 为气体浓度影响系数， β 为气体种类； 通过公式 计算得出第二环境空气质 量系数G2， 其中a为温度影响系数； 通过公式 计算得出第三环 境空气质量 系数G3， 其中b为湿度影响系数； 通过公式 计算得出第四环境空气质量 系数G4， 其中c为噪声影响系数； 通过公式 计算得出第五环境空气质量 系数G5， 其中d为 风速影响系数。 8.根据权利要求6所述的基于多传感器融合的井下空气质量在线监测系统， 其特征在 于， 将第一环 境空气质量系数G1、 第二环境空气质量系数G2、 第三环境空气质量系数G3、 第四 环境空气质量系数G4和第五环境空气质量系数G5进行判定， 过程包括： 设定第一环境空气质量系数阈值为G01， 第二环境空气质量系数阈值为G02， 第三环境空 气质量系数阈值为G03， 第四环境空气质量系数阈值为G04， 第五环境空气质量系数阈值为 G05； 通过公式 计算得出第一环境 空气质量影响评分Yx1， 其中f为第二影响系数， g为第三影响系数， h为第四影响系数， j为第 五影响系数； 通过公式 计算得出第二环境空 气质量影响评分Yx2， 其中e为第一影响系数； 通过公式 计算得出第三环境空权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115183813 A 3