一种矿用传感器供电装置的使用方法与流程

本发明属于矿用传感器供电，尤其是涉及一种矿用传感器供电装置的使用方法。

背景技术：

1、矿井通风对于煤矿安全来说显得尤为重要，在回风巷中，布置有众多矿用本安型传感器，给这些仪器提供工作电源是一项消耗成本且复杂的工作，据数据显示，矿井回风巷风速一般可达到6m/s～9m/s，说明这些风流还有着非常大的潜能。

2、目前矿用本安型传感器，主要通过蓄电池和供电线路供电，蓄电池需要经常更换，而供电线路供电则存在漏电导致瓦斯爆炸的安全隐患，而对于回风巷中的风能利用程度不是很高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿用传感器供电装置的使用方法，能够利用矿井回风巷中风流的剩余能量，将风能转换成电能后，给矿用传感器直接供电或先储存到磷酸铁锂电池组中再间接供电，解决矿用传感器供电困难的问题；采用了模拟退火算法对装置构件的工作参数进行优化，能够获得最大的输出功率，最大程度利用风能和解决矿用传感器用电需求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

3、步骤一、确定矿用传感器供电装置在供电处的理论发电功率，过程如下：

4、步骤101、确定矿井回风巷中的供电位置，并将矿用传感器供电装置移动至该供电位置处；

5、步骤102、根据连续性方程a1·v1＝a2·v2，得到喇叭型集风器出风端的风速即矿用传感器供电装置中的扇叶处的风速v2；其中，a1是喇叭型集风器迎风端的面积，单位为m2；a2是喇叭型集风器出风端的面积，单位为m2；v1是喇叭型集风器迎风端的风速，单位为m/s；v2是喇叭型集风器出风端的风速即扇叶处风速，单位为m/s；

6、步骤103、根据风力发电功率公式得到理论发电功率p0；其中，ρ是巷道空气密度，单位为kg/m3；a是扇叶扫风面积，单位为m2；cp是风力转化系数，无单位，且通常选取0.25到0.45之间的数值；η是永磁交流发电机效率值；

7、步骤二、确定矿用传感器供电装置在供电处的实际发电功率：矿用传感器供电装置在供电处的实际发电功率p＝p0-p1-p2-p3-p4；其中，p为实际输出功率；p1为稳压模块的功率消耗；p2为数据采集模块功率消耗；p3为电控装置的功率消耗；p4为显示模块的功率消耗；

8、步骤三、优化矿用传感器供电装置的工作参数，过程如下：

9、步骤301、利用模拟退火算法优化矿用传感器供电装置内部构件的其它参数，目标函数为永磁交流发电机的发电功率pt，约束条件如下：

10、nmin≤nt≤n·120％

11、9≤ut≤24

12、dmin≤dt≤dmax

13、1:1≤i≤1:6

14、其中，nmin为永磁交流发电机转速nt的最小值，n为永磁交流发电机的额定转速，ut为输出电压，单位为v；dmin为喇叭型集风器迎风端口径dt的最小值，dmax为喇叭型集风器迎风端口径dt的最大值，i为齿轮增速箱传动比；所述矿用传感器供电装置内部构件的其它参数包括喇叭型集风器的口径dt、扇叶的桨距角α、以及齿轮增速箱传动比i；

15、步骤302、设定初始温度为t0，退火系数为β且β为0～1之间的常数，结合所述矿用传感器供电装置内部构件的其它参数，在约束条件范围内随机生产一组初始解x0，并计算对应的发电功率pt；

16、步骤303、在初始解x0的邻域范围内产生一个新解y0，计算x0和y0的目标函数值pt(x0)和pt(y0)，得到目标函数差值δpt＝pt(y0)-pt(x0)；当δpt＜0时，则新解y0被接受为初始解；当δpt＞0时，则以概率新解y0为初始解；

17、步骤304、对初始温度t0以指数退温法进行迭代，缓慢降温，迭代公式为tk＝β·tk-1，并在迭代过程中不断产生新解；

18、步骤305、重复步骤303和步骤304，直至达到一定的迭代次数或者目标函数值的收敛，停止迭代过程，输出找到的最优解，即具有最佳性能的参数配置，此时能达到约束范围内的最大发电功率pt；

19、步骤四、调整矿用传感器供电装置的工作参数并储能供电，过程如下：

20、步骤401、根据步骤305中得到的优化后的结果，调整矿用传感器供电装置的工作参数；

21、步骤402、启动喇叭型集风器，发电仓进行发电，经过稳压模块后输出稳定的直流电，数据采集模块采集稳压后的电压、电流、发电仓内的温度信号并显示在显示屏上；

22、步骤403、经过稳压模块后输出的稳定直流电，一部分通过充电口直接对矿井回风巷中的传感器供电，另一部分经过充电装置给磷酸铁锂电池组充电，对电能进行存储。

23、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述矿用传感器供电装置包括仓体，其一侧面设有与所述仓体可拆卸连接的喇叭型集风器，另一侧设有与所述喇叭型集风器相对的通风口，所述通风口上滑动设有仓门板，所述仓门板顶部设有电磁吸条；所述仓体的外侧面上还设置有显示屏和充电口；

24、风力发电装置，其风力收集构件靠近所述喇叭型集风器，其电能转换机构与所述风力收集构件连接；

25、充电仓，位于所述仓体的靠近所述通风口一侧的顶部，其内部设有电控装置，所述电控装置与所述电磁吸条和声光报警器连接，所述电控装置外部设有与磷酸铁锂电池组连接的充电装置。

26、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述电能转换机构包括发电仓，其与所述仓体内顶部通过两根连接柱固定连接；

27、齿轮增速箱，其一端和设于所述发电仓的一端且与所述喇叭型集风器相对的扇叶通过叶轮轴连接；

28、永磁交流发电机，其与所述齿轮增速箱另一端通过永磁交流发电机轴连接；

29、稳压模块，其输入端与所述永磁交流发电机通过矿用阻燃电线另一端连接。

30、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述电控装置内设有数据采集模块，与所述稳压模块电连接，用于对电路中的电流、电压、及所述充电仓内的温度值进行采集；

31、plc控制器，其输入端与所述数据采集模块输出端电连接；

32、第一继电器，其输入端与所述plc控制器第一输出端电连接，所述第一继电器输出端与所述电磁吸条电连接；

33、第二继电器，其输入端与所述plc控制器第二输出端电连接，所述第二继电器输出端与声光报警器电连接；

34、第三继电器，其输入端与所述plc控制器第三输出端电连接，所述第三继电器输出端与所述充电装置电连接；

35、lora无线传输模块，与所述plc控制器电连接，用于将采集到的电流、电压、及所述充电仓内的温度值进行远程无线传输。

36、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述充电装置，其输出端与所述磷酸铁锂电池组电连接。

37、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述通风口顶部两侧分别设有两个导向槽，两个所述导向槽位于所述充电仓的外侧壁上，两个所述导向槽底部设有两个仓门滑槽，所述仓门板底部两侧设有两个凸块，两个所述凸块分别滑动设于两个所述仓门滑槽内，所述仓门板的两侧滑动设于导向槽内。

38、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述充电仓与所述仓体共顶面，所述充电仓的顶部一侧设有条形散热孔，所述条形散热孔的一侧设有声光报警器，所述条形散热孔的另一侧设有电磁吸条，所述电磁吸条位于所述仓门板的正上方，所述充电仓的底部设有电池滑槽。

39、上述的一种矿用传感器供电装置的使用方法，其特征在于：所述仓体的底部设有万向轮。

40、本发明与现有技术相比具有以下优点：

41、1、本发明能够利用矿井回风巷中风流的剩余能量，将风能转换成电能后，给矿用传感器直接供电或先储存到磷酸铁锂电池组中再间接供电，解决矿用传感器供电困难的问题。

42、2、本发明在矿井中使用时，由于矿井生产过程需要时刻保持通风状态，不同于常规风力发电装置易受自然风力条件的影响，因此风源稳定，能保证本发明时刻保持工作，提供稳定的发电效率。

43、3、本发明在发电过程中的工作状态通过显示模块实时可视化，同时还利用lora传输技术最终汇入地面监测终端，使装置在井下使用更加安全。

44、4、本发明采用了模拟退火算法对装置构件的工作参数进行优化，能够获得最大的输出功率，最大程度利用风能和解决矿用传感器用电需求。

45、综上所述，本发明能够利用矿井回风巷中风流的剩余能量，将风能转换成电能后，给矿用传感器直接供电或先储存到磷酸铁锂电池组中再间接供电，解决矿用传感器供电困难的问题；采用了模拟退火算法对装置构件的工作参数进行优化，能够获得最大的输出功率，最大程度利用风能和解决矿用传感器用电需求。

46、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。