CN101155213A - 移动式矿工安全信息通讯终端 - Google Patents

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CN101155213A CNA2007101344497A CN200710134449A CN101155213A CN 101155213 A CN101155213 A CN 101155213A CN A2007101344497 A CNA2007101344497 A CN A2007101344497A CN 200710134449 A CN200710134449 A CN 200710134449A CN 101155213 A CN101155213 A CN 101155213A
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郭建国
邵正贤
张叶红
顾金良
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Guo Jian
Mao Xingyuan
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Abstract

移动式矿工安全信息通讯终端,该装置中设有有害气体检测电路板,该有害气体检测电路板上包括有害气体传感器、温度传感器及与两者连接的检测微处理器电路,特征是有害气体检测电路板的输出与移动电话终端连接;移动电话终端以无线通讯方式通过有害气体监测无线通讯网桥与地面监测系统连接;有害气体检测电路板设置在矿灯内;移动电话终端安装在蓄电瓶上。有害气体检测电路板、移动电话移动电话终端电路以及矿灯的照明电路均是通过DCPL总线连接;DCPL总线中的供电线路与矿工所携带的蓄电池连接。本发明克服了现有技术的不足,回到地面环境能自适应校准气敏传感器,极大减少气敏传感器的钝化,可以为煤矿井下有害气体突出快速预测。

Description

移动式矿工安全信息通讯终端
技术领域
本发明涉及一种煤矿安全设备,是一种探测设备与通讯设备结合在一起的通讯终端,具体涉及一种移动式矿工安全信息通讯终端SPS(Safetycommunication Personal Station)。
背景技术
我国煤矿安全生产的形势非常严峻,瓦斯灾害事故频繁,瓦斯爆炸等重特大事故时有发生。虽然我国煤矿的瓦斯灾害防治技术,如煤矿瓦斯突出预测,以及防灾抗灾的安全仪表和装备有所提高,但“煤矿矿井瓦斯监控系统”中的初级仪表技术水平及系统校验管理方法较为落后,致使监测瓦斯数据的准确性和可靠性不足。造成煤矿矿井瓦斯监控系统管理方式,主要是由管理人员凭主观意识和经验进行工作。这种管理模式,由于受管理人员的知识、经验和责任心的限制,很难适应矿井瓦斯灾害事故的复杂多变条件,这也是瓦斯灾害事故多发的原因之一。
目前有害气体检测初级仪表中气敏传感器长期在矿井环境下,因诸多因素极容易失效。以及带来煤矿矿井瓦斯监控系统初级仪表需经常井下校验,而且靠人工井下校验管理方法目前尚无办法提高,致使监测瓦斯及有害气体的数据准确性和可靠性不足。因为现有传统的井下瓦斯报警器是长期在井下恶劣环境(潮湿、有害气体、粉尘等)安装,无法经常拆装瓦斯报警器回到井上进行效验,所以只能每天靠安全员下井进行检查、效验大量的瓦斯报警器。而瓦斯报警器中初级仪表气敏传感器在井下长期固定安装,非常容易出现中毒现象。所以传统的井下固定式瓦斯报警器,无法解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明的目的是提供一种移动式矿工安全信息通讯终端SPS(Safety communication Personal Station)(简称为“矿灯信息装置”)。该装置是一种便携式的、具有矿灯照明的、有害气体检测的、无线通讯终端装置。该移动式矿工安全信息通讯终端SPS中的初级仪表气敏传感器校准是以矿工井上、井下工作周期及环境变化,进行井下有害气体检测,井上仪表回到地面环境能自适应校准气敏传感器,极大减少气敏传感器的钝化(即中毒现象),使移动式矿工安全信息通讯终端SPS可以为煤矿井下有害气体突出快速预测、灾害防治、人员救助等起到强有力支撑作用。
完成上述发明任务的技术方案是:移动式矿工安全信息通讯终端,该装置中设有有害气体检测电路板,该有害气体检测电路板上包括有害气体传感器、温度传感器及与两者连接的检测微处理器电路,其特征在于,该有害气体检测电路板的输出与移动电话终端连接;该移动电话终端以无线通讯方式通过有害气体监测无线通讯网桥与地面监测系统连接;所述的有害气体检测电路板设置在矿灯内;移动电话终端均安装在蓄电瓶上;所述的有害气体检测电路板、移动电话移动电话终端电路以及矿灯的照明电路均是通过DCPL总线连接;该DCPL总线中的供电线路与矿工所携带的蓄电池连接(DCPL总线是矿工携带的蓄电池及移动电话与矿灯信息装置连接的供电线路,也是与移动电话进行数字通讯的总线。也就是说DCPL总线是一种供电线路与通讯线路共享的两线制总线)。
以上方案中的有害气体传感器、温度传感器与检测微处理器电路,组成微型化有害气体探测初级仪表。
以上方案中所述的移动电话终端PS(Personal Station)可以采用现有技术中的移动电话电路:“小灵通”或SCDMA无线通讯手机电路,或其他移动电话电路。本申请推荐采用“小灵通”电路。
以上方案所涉及的DCPL总线在03132268.9号中国发明专利:“网络智能表计量终端的DCPL现场总线及网络预收费网桥”中有详细叙述。本发明所述的DCPL总线采用供电线路与数字通讯线路共享总线的两线制工作方式。
本发明的移动式矿工安全信息通讯终端有以下优化方案:
1、所述的移动式矿工安全信息通讯终端内设有粉尘滤除和防水的气体泵微循环室,被检测的气体是通过进气螺盖、过滤芯、及离心叶轮与微型电机组成气体离心泵,进入该粉尘滤除和防水的气体微循环室;
2、采用有害气体探测初级仪表的校准与矿工工作周期相适应的方案,也就是说:所述的有害气体检测电路板上的有害气体检测传感器(检测电路)与检测电路板上的ICI微处理器双向连接;有害气体检测电路板上的ICI微处理器中设有自动校准气敏传感器零点的程序。这样,“矿灯信息装置”内有害气体检测电路板上的有害气体检测传感器,可以通过“矿灯信息装置”每天回到井上,有害气体检测电路板上的微处理器通过程序自动校准气敏传感器零点。本优化方案的矿灯安全信息装置由矿工携带在井下环境进行有害气体检测;而矿工回到井上以后,该有害气体检测电路板上的有害气体检测传感器处于地面环境的空气中,可以智能化地自适应自我校准,可以自动校准有害气体探测传感器的零点。就能解决一直困扰有害气体探测初级仪表可靠应用的难题。避免了现有煤矿井下长期安装的有害气体检测仪表容易钝化(即中毒)的现象,就能解决一直是困扰有害气体探测初级仪表可靠应用的难题。
3、所述的有害气体传感器分别是CH4气体传感器、CO2气体传感器或CO气体传感器,或是其中的两种或多种。
以上方案中所述的有害气体监测无线通讯网桥(RP/CS基站)、基站控制器(RPC/CSC)、局端设备RT/Gateway可以采用现有技术中移动电话的通讯系统的对应方案,并与以上方案中所述的移动电话终端PS相一致。本发明推荐:当方案中的移动电话终端PS采用“小灵通”时,有害气体监测无线通讯网桥(RP/CS基站)、基站控制器(RPC/CSC)、局端设备RT/Gateway同时采用小灵通(PHS-Personal Handyphone System)个人便携电话通讯系统。
本发明的移动式矿工安全信息通讯终端SPS是将矿灯信息装置与移动电话终端PS,结合煤矿特定环境进一步创新设计,解决有害气体探测以及安全信息,是通过(PHS)个人便携电话通讯系统及时传输到地面事故突发监控中心。
本发明所述“移动式矿工安全信息通讯终端SPS”是矿工自身配备的综合功能数字化装备;是一种适应矿井环境下高粉尘、高湿度、耐冲击、本质安全型的,矿工移动式有害气体探测、安全信息通讯及井下照明的数字化装置。
采用本发明,矿工可有效在掘采工作面、矿井巷道进行有害气体的快速检测,突水、顶板事故及救灾信息,通过无线通讯快速反应到地面事故突发监控中心。
本发明克服了现有技术的不足,提供了一种便携式的、具有矿灯照明的、有害气体检测的、无线通讯终端装置。该终端的初级仪表气敏传感器校准是以矿工井上、井下工作周期及环境变化,进行井下有害气体检测,井上仪表回到地面环境能自适应校准气敏传感器,极大减少气敏传感器的钝化(即中毒现象),使移动式矿工安全信息通讯终端SPS可以为煤矿井下有害气体突出快速预测、灾害防治、人员救助等起到强有力支撑作用。
附图说明
图1为移动式矿工安全信息通讯终端SPS组成结构图;
图2为移动式有害气体探测矿灯信息装置结构图;
图3为移动式有害气体探测矿灯信息装置结构放大图;
图4为移动式有害气体探测矿灯信息装置电路原理图;
图5为移动式矿工安全信息通讯终端SPS电路结构原理框图;
图6为移动式矿工安全信息通讯终端SPS在煤矿井下应用图。
具体实施方式
实施例1,移动式矿工安全信息通讯终端,该装置中设有有害气体检测电路板,该有害气体检测电路板上包括有害气体传感器、温度传感器及与两者连接的检测微处理器电路。该有害气体检测电路板的输出与移动电话终端连接;该移动电话终端以无线通讯方式通过有害气体监测无线通讯网桥与地面监测系统连接;所述的有害气体检测电路板与移动电话终端均设置在矿灯内;所述的有害气体检测电路板、移动电话移动电话终端电路以及矿灯的照明电路均是通过DCPL总线连接;该DCPL总线中的供电线路与矿工所携带的蓄电池连接。参照图1:移动式矿工安全信息通讯终端SPS是由矿工安全帽1.1、有害气体检测电路板1.2、移动电话终端PS1.3、蓄电池1.4、DCPL总线1.5、耳机1.6、麦克1.7,七大部分所组成。其中有害气体传感器、温度传感器与检测微处理器电路,组成微型化有害气体探测初级仪表,并在矿灯内设计有粉尘滤除、防水的、气体泵微循环室。微型化有害气体探测初级仪表的气体传感器,可以选择探测CH4、CO2或CO有害气体探测传感器。
参照图2:在本发明所述“移动式有害气体探测矿灯信息装置”由有害气体检测电路板1、矿灯罩盖2、高亮度LED发光管3、透镜窗4、反光罩5、气敏传感器6、矿灯本体7、进气螺盖8、过滤芯9、离心叶轮10、微型电机11、内底板12、DCPL总线13、防水键盘14所组成。
参照图4:在本发明所述移动式有害气体探测矿灯信息装置电路原理是由DCPL-Bus(II)电路;U1泵电源稳压器;U2温/湿度检测芯片;U3微处理器;U4放大器;U5复位芯片;QJC气体检测电路;AJ防水键盘;矿灯等外围电路所组成。
DCPL-Bus(II)电路部分:是由比较器UE2、二极管DC2、电容CC7、电阻RC3、RC4、RC5、RC6、RC9组成数字信号接受转换电路。而三极管TC1、TC2、电阻RC2、RC7、RC8组成数字信号发送转换电路。蓄电池正负级与DCPL-Bus对应端口P+、P-连接,通过二极管DC1、电容CC1、CC2给U1泵电源稳压器供电。其中KD与TC0是高亮度LED矿灯与开关MOS管。
泵电源稳压器电路部分:是由泵电源稳压器U1、电阻RC1、开关K1、电容CC3、CC4、CC5、CC6所组成泵电源形式的稳压电路。也就是在蓄电池工作过程中电压较低情况下(小于3V),泵电源稳压器电路能稳定输出3.3V的稳定电压。
温/湿度检测芯片部分:温/湿度检测芯片U2是一个有数字接口的温度、湿度半导体芯片,完成环境温/湿度检测。
微处理器电路部分:是由微处理器U3、复位芯片U5、晶振ZC、电阻RC10、电容CC8、CC9所组成。完成气体检测A/D转换信息、温/湿度检测信息的采集与数据处理;气体检测与温/湿度检测控制、高亮度LED矿灯控制、防水键盘操作控制;DCPL-Bus通讯等功能。
放大器电路部分:是由放大器U4、电阻RC12、电容CC12所组成一个高精度、低漂移、低功耗的气体检测放大电路。
气体检测电路部分:是由气敏传感器RQ、微型电机MC与控制开关管TC3、TC4所组成。完成可控型的有害气体检测一次仪表。
防水键盘电路部分:是由电话摘机/挂机键、呼叫/转接键、矿灯开/关键、检测开/关键;电阻RC13、RC14所组成。其中电话摘机/挂机键、呼叫/转接键是将蓄电池上的移动电话终端PS部分键盘功能,通过DCPL-Bus与微处理器电路迁移到矿灯信息装置中,提高矿工的可操作性(因为电话的耳机与麦克在安全帽中)。矿灯开/关键、检测开/关键是完成矿灯的开与关,有害气体检测、效验的开与关等功能。
参照图5:移动式矿工安全信息通讯终端SPS电路原理框图。
其中,移动电话终端PS是采用小灵通手机改造而成,电路部分主要由:IC101射频功率放大器;XF101、XF102、XF104带通滤波器;IC102中频处理芯片;U201微处理器芯片;U404受话音频放大器;U408送话音频放大器;U301字库芯片;U304暂时存储器;U302写码芯片;防水型显示器与键盘;IC1微处理器芯片;IC2泵电源稳压器;IC3环境温/湿度检测芯片;IC4复位芯片;DCPL-Bus(I)电路,以及外围电路所组成。
其中,矿灯电路部分主要由:DCPL-Bus(II)电路;U1泵电源稳压器;U2温/湿度检测芯片;U3微处理器;U4放大器;U5复位芯片;QJC气体检测电路;防水键盘;矿灯等外围电路所组成。
所述的移动电话终端PS电路系统中,无线通讯器件可采用现有PHS(个人手持电话系统)系统器件。
其中的有害气体检测传感器(检测电路)以及温度、湿度检测电路与检测电路板上的ICI微处理器双向连接;ICI微处理器中设有自动校准气敏传感器零点的程序。有害气体检测电路板上的有害气体检测传感器通过矿灯信息装置每天回到井上处于地面环境的空气中,微处理器通过程序自动校准气敏传感器零点。
参照图6:为本发明所述“移动式矿工安全信息通讯终端SPS”在煤矿专用PAS/iPAS系统组成《煤矿井下有害气体浓度监测及安全信息应急通讯平台》中的应用。

Claims (9)

1.一种移动式矿工安全信息通讯终端,该装置中设有有害气体检测电路板,该有害气体检测电路板上包括有害气体传感器、温度传感器及与两者连接的检测微处理器电路,其特征在于,该有害气体检测电路板的输出与移动电话终端连接;该移动电话终端以无线通讯方式通过有害气体监测无线通讯网桥与地面监测系统连接;所述的有害气体检测电路板设置在矿灯内;移动电话终端安装在蓄电瓶上。所述的有害气体检测电路板、移动电话移动电话终端电路以及矿灯的照明电路均是通过DCPL总线连接;该DCPL总线中的供电线路与矿工所携带的蓄电池连接。
2.根据权利要求1所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的移动电话终端采用“小灵通”电路。
3.根据权利要求1所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的DCPL总线采用供电线路与数字通讯线路共享总线的两线制工作方式。
4.根据权利要求1或2或3所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的移动式矿工安全信息通讯终端内设有粉尘滤除和防水的气体泵微循环室,被检测的气体是通过进气螺盖、过滤芯、及离心叶轮与微型电机组成气体离心泵,进入该粉尘滤除和防水的气体微循环室。
5.根据权利要求4所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的有害气体检测电路板上的有害气体检测传感器与检测电路板上的ICI微处理器双向连接;有害气体检测电路板上的微处理器中设有自动校准气敏传感器零点的程序。
6.根据权利要求5所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的有害气体传感器分别是CH4气体传感器、CO2气体传感器或CO气体传感器,或是其中的两种或多种。
7.根据权利要求6所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的矿灯内各装置的具体结构是:移动式有害气体探测矿灯信息装置由有害气体检测电路板1、矿灯罩盖2、高亮度LED发光管3、透镜窗4、反光罩5、气敏传感器6、矿灯本体7、进气螺盖8、过滤芯9、离心叶轮10、微型电机11、内底板12、DCPL总线13、防水键盘14所组成;有害气体检测电路板与移动电话终端是通过DCPL总线连接进行数字通讯,DCPL总线也是蓄电池给移动式有害气体探测矿灯信息装置供电的线路。
8.根据权利要求6所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的有害气体检测电路板1,是由DCPL-Bus(II)电路;U1泵电源稳压器;U2温/湿度检测芯片;U3微处理器;U4放大器;U5复位芯片;QJC气体检测电路;AJ防水键盘;矿灯等外围电路所组成。
9.根据权利要求6所述的移动式矿工安全信息通讯终端,其特征在于,所述的移动电话终端PS电路部分是采用小灵通手机电路是由:IC101射频功率放大器;XF101、XF102、XF104带通滤波器;IC102中频处理芯片;U201微处理器芯片;U404受话音频放大器;U408送话音频放大器;U301字库芯片;U304暂时存储器;U302写码芯片;防水型显示器与键盘;IC1微处理器芯片;IC2泵电源稳压器;IC3环境温/湿度检测芯片;IC4复位芯片;DCPL-Bus(I)电路所组成。其中,矿灯电路部分主要由:DCPL-Bus(II)电路;U1泵电源稳压器;U2温/湿度检测芯片;U3微处理器;U4放大器;U5复位芯片;QJC气体检测电路;防水键盘;矿灯电路等外围电路所组成。
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