用超聲波測(cè)量煤礦風(fēng)速風(fēng)向

風(fēng)速，作為通風(fēng)安全領(lǐng)域的核心參數(shù)，對(duì)于精確掌握井巷風(fēng)量分布、精細(xì)化制定控風(fēng)方案以及科學(xué)決策應(yīng)急救援具有舉足輕重的意義。然而，受到當(dāng)前傳感器技術(shù)的局限以及巷道風(fēng)流速度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性影響，風(fēng)速監(jiān)測(cè)的精度常常受到較大誤差的困擾，這嚴(yán)重阻礙了礦井通風(fēng)系統(tǒng)向智能化方向的發(fā)展。

在巷道斷面內(nèi)，風(fēng)流分布呈現(xiàn)出一種特有的規(guī)律：風(fēng)速在中心點(diǎn)處達(dá)到最大，然后隨著向巷道四壁逐漸靠近而逐漸減小。為了更準(zhǔn)確地測(cè)量風(fēng)速，測(cè)風(fēng)員通常采用四線法或六線法進(jìn)行連續(xù)測(cè)風(fēng)。這些方法的應(yīng)用，旨在通過(guò)增加測(cè)量點(diǎn)和優(yōu)化測(cè)量策略，提高風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全監(jiān)控和智能化管理提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持。

目前，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)廣泛采用的方式是在頂板定點(diǎn)懸掛“差壓風(fēng)速傳感器”或“二維超聲波風(fēng)速傳感器”來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)速，然而，這種方式無(wú)法精確地捕捉到平均風(fēng)速的真實(shí)情況。此外，測(cè)風(fēng)員常用的機(jī)械式風(fēng)表線路法雖然能夠測(cè)定風(fēng)速，但由于受到測(cè)風(fēng)員身高和測(cè)風(fēng)經(jīng)驗(yàn)的影響，尤其是在大斷面巷道中，其測(cè)量結(jié)果的可靠性往往較低。

當(dāng)超聲波在空氣中傳播固定距離時(shí)，順風(fēng)和逆風(fēng)傳播會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差與待測(cè)風(fēng)速之間存在線性關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，我們選用一對(duì)超聲波收發(fā)一體換能器，其中一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)射信號(hào)，另一個(gè)負(fù)責(zé)接收信號(hào)。在固定的距離下，發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間存在時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差與距離的比值包含了靜態(tài)介質(zhì)聲速和介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度，也就是風(fēng)速。

為了更準(zhǔn)確地測(cè)量風(fēng)速，我們將這對(duì)換能器的收發(fā)功能互換，這樣可以得到另一個(gè)距離與時(shí)間差的比值。通過(guò)兩次測(cè)量的差值運(yùn)算，我們可以排除介質(zhì)本身聲速的影響，從而得到純粹的風(fēng)速值。這種方法提高了風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性，為煤礦安全監(jiān)控和其他相關(guān)領(lǐng)域提供了更為可靠的數(shù)據(jù)支持。

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