井下传感器校准方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及传感器校准领域，具体涉及矿井下气体传感器的校准方法。

背景技术

为了实时监控煤矿井下的环境变化，煤矿井下会安装瓦斯、一氧化碳、氧气、硫化氢等多种气体传感器，井下气体传感器随着使用时间的推移以及井下工作环境的影响，气体传感器的监测数据精度和有效性会不断变弱，对煤矿井下的生产安全带来严重的隐患。按照相关规定要求，工作人员需要定期对井下的气体传感器进行调校，减小气体传感器日常监测的误差。现有的井下气体传感器的调教方法是利用标准气样和空气气样对井下传感器进行调校，工作人员需要携带气瓶下井，发现的不合格的传感器需要进行维修或者更换，非常不便捷。由于煤矿井下安装的气体传感器数量较多，且调校过程需要使用标准气样进行操作，购买标准气样产生的费用以及井下人工调校所消耗的大量人力，对煤矿而言产生了不小的日常维护负担。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的所要解决的技术问题在于提供一种操作方便，可以自动校准的井下传感器校准方法。

第一方面，本发明提供了井下传感器校准方法，包括以下步骤：

S101：将便携式多参数气体监测装置与井下某一气体传感器建立无线通信连接；

S102：将所述便携式多参数气体监测装置在所述气体传感器所在的位置处采集的气体浓度作为第一监测数据；所述便携式多参数气体监测装置向所述气体传感器发送读取所述气体传感器实时监测数据的指令，所述便携式多参数气体监测装置接收所述气体传感器传送的第二监测数据；

S103：设定采集时间，在所述采集时间内获取的所述第一监测数据与所述第二监测数据为若干组，将同一时刻采集到的所述第一监测数据与所述第二监测数据进行一一比较，分别记录两者之间的误差值，计算所有所述误差值的误差平均值；

S104：将所述误差平均值的相反数作为所述气体传感器的零点修正值，所述便携式多参数气体监测装置向所述气体传感器发送修正零点值的指令，所述气体传感器接收该指令后对输出的监测数据进行修正校准。

通过采用上述方法，可以实现井下气体传感器的自动校准修正，从而快速验证井下气体传感器数据采集的正确性，减少需要人工参与调校的过程，降低人力、物力成本。

在本发明提供的一实施例中，在所述步骤S101中，所述便携式多参数气体监测装置同时只能与一个所述井下气体传感器建立无线通信连接，且两者的之间距离为1米内。

通过采用上述方法，可以使得便携式多参数气体监测装置与井下气体传感器的测量环境相同，提高传感器校准的准确性。

在本发明提供的一实施例中，在所述步骤S103中，采集时间设置为1-10分钟范围内。

通过采用上述方法，设置采集时间至少为1分钟是为了使数据采集过程更加稳定可靠，如果时间过短会导致采集到的数据样本太少，不能全面反映出传感器的实际工作状态，同时考虑到井下工作人员的时间成本，默认最长采集时间为10分钟，具体的采集时间可以进行自由设定。

在本发明提供的一实施例中，在所述步骤S103中，所述第一监测数据与所述第二监测数据的误差值为ΔVn，所述误差平均值为ΔV＝(ΔV1+ΔV2+ΔV3+ΔV4+ΔV5+...+ΔVn)÷n。

通过采用上述技术方法，可以保证第一监测数据与第二监测数据是在同一时间维度、同一空间维度进行的，计算出的误差值更加符合实际需求，校准可以更准确。

在本发明提供的一实施例中，所述校准方法还包括：

S105：所述气体传感器将校准后的零点值及对应的校准时刻发送给上位机进行显示及存储。

在本发明提供的一实施例中，所述校准方法还包括：

S106：将所述便携式多参数气体监测装置与所述井下某气体传感器建立无线通信连接，在所述便携式多参数气体监测装置的显示界面选择“报警测试”或者“断电测试”功能；

S107：通过所述便携式多参数气体监测装置读取所述气体传感器的报警配置信息或者断电配置信息，并根据配置信息向所述气体传感器发送报警模拟数据或者断电模拟数据；

S108：所述气体传感器接收所述模拟数据后，触发所述气体传感器自身的报警机制或者断电机制进行验证。

第二方面，本发明提供了一种井下传感器校准装置，包括：

通信模块，用于将便携式多参数气体监测装置与井下某一气体传感器建立无线通信连接；

采集模块，其与所述通信模块连接，所述采集模块用于将所述便携式多参数气体监测装置在所述气体传感器所在的位置处采集的气体浓度作为第一监测数据；所述便携式多参数气体监测装置向所述气体传感器发送读取所述气体传感器实时监测数据的指令，所述便携式多参数气体监测装置接收所述气体传感器传送的第二监测数据；

比较模块，其与所述采集模块连接，所述比较模块用于设定采集时间，将同一时刻采集到的所述第一监测数据与所述第二监测数据进行一一比较，分别记录两者之间的误差值，在所述采集时间内获取的所述第一监测数据与所述第二监测数据为若干组，计算所有所述误差值的误差平均值；

修正模块，其与所述比较模块连接，所述修正模块用于将所述误差平均值的相反数作为所述气体传感器的零点修正值，所述便携式多参数气体监测装置向所述气体传感器发送修正零点值的指令，所述气体传感器接收该指令后对输出的监测数据进行修正校准。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上所述的井下传感器校准方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的井下传感器校准方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的井下传感器校准方法的流程图；

表1为本发明实施例提供的在1分钟内采集的数据列表；

图2为本发明实施例提供的一种井下传感器校准装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种便携式多参数气体监测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

附图标记：

通信模块41，采集模块42，比较模块43，修正模块44；

显示模块51，电路模块52，多探头模块53；

存储器61，处理器62。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了井下传感器校准方法。本方法包括以下步骤：

S101：将便携式多参数气体监测装置与井下某一气体传感器建立无线通信连接。

需要说明的是，便携式多参数气体监测装置是工作人员下井时一起携带下井的，在便携式多参数气体监测装置携带下井之前，工作人员已经采用标准气样对其进行了校准。当工作人员到达井下某一气体传感器的位置时，便携式多参数气体监测装置与该气体传感器建立无线通信连接，例如可以是蓝牙连接，建立无线通信连接后，便携式多参数气体监测装置可以保存对应的连接，便于下一次校准时可以自动建立连接。具体地，当便携式多参数气体监测装置打开蓝牙模式时，会显示有多个蓝牙设备可以进行连接，工作人员选择需要校准的气体传感器进行蓝牙配对后建立无线通信连接。便携式多参数气体监测装置同时只能与一个井下气体传感器建立无线通信连接，且两者的之间距离优选为1米内，这样可以使得两者所处的气体环境相同，提高传感器校准的准确性。

S102：将便携式多参数气体监测装置在气体传感器所在的位置处采集的气体浓度作为第一监测数据；便携式多参数气体监测装置向气体传感器发送读取气体传感器实时监测数据的指令，便携式多参数气体监测装置接收气体传感器传送的第二监测数据。

需要说明的是，第一监测数据V

S103：设定采集时间，在采集时间内获取的第一监测数据与第二监测数据为若干组，将同一时刻采集到的第一监测数据与第二监测数据进行一一比较，分别记录两者之间的误差值，计算所有误差值的误差平均值。

需要说明的是，采集时间至少为1分钟，最多不超过10分钟，在采集时间内获取的第一监测数据与第二监测数据为若干组，将同一时刻采集到的第一监测数据V

S104：将误差平均值的相反数作为气体传感器的零点修正值，便携式多参数气体监测装置向气体传感器发送修正零点值的指令，气体传感器接收该指令后对输出的监测数据进行修正校准。

需要说明的是，在步骤S103中得到的误差平均值的相反数作为气体传感器的零点修正值，传感器的零点值默认设置为0。如果误差平均值为0，则表明该气体传感器测量结果是基本准确的，不需要校准。若误差平均值为正数，则表明该气体传感器的测量值小于实际值，校准时，需要将零点减小。若误差平均值为负数，则表明该气体传感器的测量值大于实际值，校准时，需要将零点增大。最终在该气体传感器的显示界面上输出的数据为校准后的数据。

请参阅表1，以井下一氧化碳传感器为例，设置采集时间为1分钟，便携式多参数监测装置与一氧化碳传感器分别采集到13组数据，同一时刻的采集到的第一监测数据V

请继续参阅图1，本发明提供的井下传感器校准方法还可以包括：

S105：气体传感器将校准后的零点值及对应的校准时刻发送给上位机进行显示及存储。

可以理解的是，气体传感器可以通过其上传数据的网络通道，将接收到的零点值的修正信息以及对应的修正校准时刻上传至上位机，上位机显示界面上可以自动弹出对应的校准信息提示地面用户井下发生的传感器数据校准信息，同时上位机可以自动保存相关修正校准信息便于日后查询。

请继续参阅图1，本发明提供的井下传感器校准方法还可以包括：

S106：将便携式多参数气体监测装置与井下某气体传感器建立无线通信连接，在便携式多参数气体监测装置的显示界面选择“报警测试”或者“断电测试”功能；

S107：通过便携式多参数气体监测装置读取该气体传感器的报警配置信息或者断电配置信息，并根据配置信息向气体传感器发送报警模拟数据或者断电模拟数据；

S108：气体传感器接收模拟数据后，触发气体传感器自身的报警机制或者断电机制进行验证。

需要说明的是，传感器的报警机制可以是声光报警，工作人员可以通过观察传感器是否发出声光报警判断传感器的报警功能是否正常。传感器的断电功能是指当传感器监测到气体浓度达到断电值时，自动向传感器关联的电源设备发送断电指令，切断相关电源，避免引起爆炸事故。

请参阅图2，本发明还提供了一种井下传感器校准装置，包括通信模块41、采集模块42、比较模块43及修正模块44，通信模块41与采集模块42连接，采集模块42与比较模块43连接，比较模块43与修正模块44连接。通信模块41用于将便携式多参数气体监测装置与井下某一气体传感器建立无线通信连接，例如可以是蓝牙连接。采集模块42用于将便携式多参数气体监测装置在气体传感器所在的位置处采集的气体浓度作为第一监测数据；便携式多参数气体监测装置向气体传感器发送读取气体传感器实时监测数据的指令，便携式多参数气体监测装置接收气体传感器传送的第二监测数据。比较模块43用于设定采集时间，在采集时间内获取的第一监测数据与第二监测数据为若干组，将同一时刻采集到的第一监测数据与第二监测数据进行一一比较，分别记录两者之间的误差值，计算所有误差值的误差平均值。修正模块44用于将误差平均值的相反数作为气体传感器的零点修正值，便携式多参数气体监测装置向气体传感器发送修正零点的指令，气体传感器接收该指令后对输出的监测数据进行修正校准。

在一实施例中，比较模块43中采集时间至少为1分钟，最多不超过10分钟，第一监测数据V

请参阅图3，在一实施例中，便携式多参数气体监测装置可以包括显示模块51、电路模块52及多探头模块53，显示模块51与电路模块52连接，电路模块52与多探头模块53连接。显示模块51可以用于数据信息显示以及用户交互操作，电路模块52用于控制计算，多探头模块53用于采集井下气体环境中的相关参数。便携式多参数气体监测装置可以实时采集、测量并显示井下环境气体中的瓦斯、一氧化碳气体等气体的浓度，当其与井下气体传感器建立无线连接后，可以自动获取所连接的气体传感器的种类，并根据无线连接的气体传感器的种类自动启动数据比对流程，例如，无线连接的是井下的一氧化碳传感器，则自动将便携式多参数气体监测装置自身采集到的一氧化碳气体浓度和一氧化碳传感器实时监测值进行比校准。本实施例所采用的便携式多参数气体监测装置是针对煤矿井下甲烷、一氧化碳等气体监测需求进行开发设计的，可以同时采集煤矿井下环境气体中的甲烷、一氧化碳等气体的浓度，也可以自动校准井下甲烷、一氧化碳等传感器数据采集的准确性。

请参阅图4，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器61及处理器62，存储器61与处理器62通过总线或其他方式连接，其中，处理器62用于控制该计算机的整体操作，以完成上述的井下传感器校准方法中的全部或部分步骤。存储器61用于存储各种类型的数据以支持在该计算机设备的操作，该存储器61可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Ac cess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Progra mmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-O nly Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。计算机设备60可以被一个或多个应用专用集成电路(Applica tion Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programm able Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的数据篡改快速识别方法。

例如，本发明还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述井下传感器校准方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器61，上述程序指令可由计算机设备的处理器62执行以完成上述的数据篡改快速识别方法。

本发明实施例提供的一种井下传感器校准装置、计算机设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明请参见本发明实施例提供的井下传感器校准方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明通过工作人员作业时将便携式多参数气体监测装置携带下井，与井下气体传感器建立无线通信连接，便携式多参数气体监测装置读取相关气体传感器的第二监测数据，并与便携式多参数气体监测装置采集的同一时刻的第一监测数据进自动比对，计算误差平均值。根据误差平均值自动修正传感器的零点值，实现自动快速校准井下气体传感器的测量准确性。本发明采用自动校准的方式可以减少人工参与而产生的误差，减少传统调校方法所需要耗费的大量人力和物力投入，只需要通过便携式多参数气体监测装置进行调校操作，简化了井下调校的繁杂操作，提高了调校的效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。