高精度礦用超聲波風速測量儀設計

李秉芮， 劉娜， 井上雅弘

(山東科技大學 安全與環境工程學院， 山東 青島 266500)

0 引言

通風智能化是指通過動態采集通風信息實現通風狀態分析、故障診斷和風量調控，是礦井通風的主流發展方向[1-2]。信息采集是通風智能化的基礎，然而目前井下風速測量常用的機械式風表、壓差式和超聲波渦街式風速監測傳感器的測量范圍大多為0.3～15 m/s，誤差為±0.2 m/s[3]，啟動風速幾乎都大于0.3 m/s[4-8]。《煤礦安全規程》第一百三十六條規定：輸送機巷，采區進、回風巷，采煤工作面，掘進中的煤巷和半煤巖巷的最低允許風速為0.25 m/s；掘進中的巖巷和其他通風人行巷道的最低允許風速為0.15 m/s。現有風速傳感器難以滿足《煤礦安全規程》的風速測量要求，同時也難以滿足通風系統異常診斷及智能調控的需要，是通風智能化需要解決的技術難題之一[9-10]。

超聲波風速測量儀可以適應惡劣環境，具有較高的精度和較寬的測量范圍，因而被廣泛應用于氣象、軍事、礦山等領域[6,11-13]。利用超聲波測風速有渦街法和時差法2種技術途徑。之前煤礦普遍使用的超聲波風速傳感器多采用渦街法，如GFW15型礦用風速傳感器[5]，但渦街法對風流穩定性及安裝精度要求較高。時差法不破壞風流流場，無壓力損失，幾乎不受風流溫度、壓力等因素影響，是未來礦井風速測量技術的發展方向。國外生產的風流監測設備如Accutron MAQS和Zephyr AQSTM均采用超聲波時差法。國內早期開發的基于超聲波時差法的礦用風速測量儀使用2對超聲波換能器，通過交替發射與接收超聲波信號實現風速測量[14]。……