CN102926806A

CN102926806A - 激光甲烷传感器

Info

Publication number: CN102926806A
Application number: CN2011102259977A
Authority: CN
Inventors: 白薇; 李幼安; 陈玖英; 宁小玲; 戴云海
Original assignee: ANHUI ZHONGKE HANHAI OPTO-ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ANHUI ZHONGKE HANHAI OPTO-ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种激光甲烷传感器，适于煤矿井下甲烷监测，包括壳体、ARM控制器、信号处理模块、光谱信息获取模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块、光报警模块、扬声器、报警指示灯；在壳体的表面设有浓度显示屏、速率显示窗和报警指示灯；ARM控制器分别与信号处理模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块和光报警模块连接，光谱信息获取模块与信号处理模块连接，声音报警模块与扬声器连接，光报警模块与报警指示灯连接。本发明激光甲烷传感器以TDLAS技术为核心，具有浓度和速率实时显示及声光预警、报警功能，可实现甲烷气体浓度的快速、高灵敏、远程监测。

Description

激光甲烷传感器

[技术领域]

本发明涉及激光甲烷传感器，尤其涉及一种用于煤矿瓦斯监测的激光甲烷传感器。

[背景技术]

为解决瓦斯(主要成分为甲烷，下文称为甲烷)突出及爆炸等问题，需要加强对甲烷的监控，而用于监测甲烷的主要器件就是气体传感器。

目前矿用甲烷传感器主要以催化燃烧式检测原理为主，其中关键元件(黑白元件)主要依赖进口，而且黑白元件的寿命只有半年到1年，该结构采用圆形金属泡沫挡住黑白元件实现透气防尘，这种结构金属泡沫很容易被灰尘堵住，需要每天定时清理，工作量很大。此外，催化元件测量高浓度甲烷时，因甲烷挤占了空气中的氧气，使催化反应不但没有加强，反而随着浓度增加而下降，浓度越高测量值反而越小。实际应用中这种特性存在着极大危险，这就是长期困扰人们的二值性误测问题。

以可调谐半导体激光吸收光谱技术(简称TDLAS技术)为理论基础的气体检测技术原理是，物质对不同频率的电磁波有不同的吸收，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度可以确定分子的成分和浓度。由于多数有机和无机污染成分在可见和红外波段都具有吸收线，利用这些吸收线可以定量分析各种污染成分。TDLAS技术以可调谐半导体激光器作为光源，具有很高的光谱分辨率和可调谐性，利用这些特点对待测气体分子在该光谱范围内的一条振转线的光谱吸收进行测量，从而实现气体浓度的探测。

TDLAS技术中最关键的是可调谐半导体激光器的窄线宽和可调谐特性，可调谐半导体激光器的线宽通常为几十MHz，这使得TDLAS可以通过扫描分子的单根吸收线实现气体浓度的探测。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种基于TDLAS技术的激光甲烷传感器，适于煤矿井下甲烷监测，实现甲烷气体浓度的快速、高灵敏、远程监测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种激光甲烷传感器，适于煤矿井下甲烷监测，包括壳体、ARM控制器、信号处理模块、光谱信息获取模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块、光报警模块、扬声器、报警指示灯；ARM控制器、信号处理模块、光谱信息获取模块、通信模块、声音报警模块、光报警模块和扬声器装在壳体内部；浓度显示屏、速率显示窗和报警指示灯设在壳体的表面；ARM控制器分别与信号处理模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块和光报警模块连接，光谱信息获取模块与信号处理模块连接，声音报警模块与扬声器连接，光报警模块与报警指示灯连接。

作为优选，还包括光缆接口，光缆接口与光谱信息获取模块连接。

作为优选，还包括电缆接口，电缆接口与通信模块连接。

作为优选，声音报警模块连接有扬声器。

作为优选，光报警模块连接有报警指示灯。

本发明的有益效果是：

激光甲烷传感器以TDLAS技术为核心，具有浓度和速率实时显示及声光预警、报警功能，可实现甲烷气体浓度的快速、高灵敏、远程监测。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明激光甲烷传感器实施例的内部结构示意图。

图2是本发明激光甲烷传感器实施例的外部结构示意图。

图3是本发明激光甲烷传感器实施例的方框图。

图1和图2中，1-壳体，2-ARM控制器，3-光谱信息获取模块，4-信号处理模块，5-通信模块，6-声音报警模块，7-光报警模块，8-光缆接口，9-电缆接口，10-提手，11-扬声器，12-浓度显示屏，13-速率显示窗，14-报警指示灯，15-电源指示灯。

[具体实施方式]

在图1中，一种适于煤矿井下甲烷监测的激光甲烷传感器，ARM控制器2、光谱信息获取模块3、信号处理模块4、通信模块5、声音报警模块6以及光报警模块7全部装在壳体1内，其中ARM控制器2、信号处理模块4、通信模块5、声音报警模块6和光报警模块7装在主控板上。扬声器11装在壳体1的内侧壁。光谱信息获取模块3单独装在壳体1内上端，用来获取甲烷气体的激光吸收光谱信息。

壳体1的下端设有光缆接口8，光缆接口8与光谱信息获取模块3连接，光谱信息获取模块3通过光纤与地面上监测主机连接，光谱信息获取模块通过光缆接收地面主机发出的用以检测甲烷的激光束。

壳体1的下端设有电缆接口9，电缆接口9与通信模块5连接，通信模块5通过电缆与地面主机连接，用以接收通过CAN总线传输的地面主机的指令，同时通过CAN总线将浓度数据和速率上传给地面主机。

在壳体1的上端装有提手10，提手10上设有2个挂环，安装牢固。提手10既可方便提携，又可挂起使用。壳体1的内腔用后盖板封闭。

在图2中，在壳体1的表面设有浓度显示屏12和速率显示窗13，通过浓度显示屏和速率显示窗可以观察所显示的浓度数据和速率变化信息。

壳体1的表面还设有电源指示灯15和报警指示灯14。电源指示灯15用于显示整个激光甲烷传感器的工作状态。报警指示灯14受光报警模块控制，可发出不同闪烁频率的报警红光。

壳体1内设有扬声器11，扬声器与声音报警模块6相连，当传感器进入报警状态时发出声音报警信号。

在图3中，ARM控制器分别与信号处理模块、通信模块、声音报警模块、光报警模块、浓度显示屏和速率显示窗连接。光谱信息获取模块与信号处理模块连接，声音报警模块与扬声器连接，光报警模块与报警指示灯连接。

ARM控制器是以ARM9为核心的微处理器。因此，本实施例能够完成以下功能：

1.基本功能

(1)浓度数据的采集、计算、显示功能；

(2)速率数据的计算、定性显示功能；

(3)电源、故障状态显示功能；

2.预警、报警功能

实时监测本地的甲烷浓度和速率信息，当监测到甲烷浓度超过默认或设置的浓度报警门限时，发出声光报警信号；如果检测浓度低于报警门限时，自动撤销报警。当监测到速率超过预警门限时，速率显示窗变红，发出预警信号；当速率高于预警门限的中值而小于预警门限时，速率显示灯为黄色；当速率低于预警门限的中值时，速率显示灯为绿色，撤销预警信号。

3.存储功能

激光甲烷传感器可保存系统设置数据。

4.通信功能

实时将甲烷浓度数据和速率数据上传。

Claims

1.一种激光甲烷传感器，适于煤矿井下甲烷监测，其特征在于，包括壳体、ARM控制器、信号处理模块、光谱信息获取模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块、光报警模块、扬声器、报警指示灯；所述的ARM控制器、信号处理模块、光谱信息获取模块、通信模块、声音报警模块、光报警模块和扬声器装在壳体内部；所述的浓度显示屏、速率显示窗和报警指示灯设在壳体的表面；所述的ARM控制器分别与信号处理模块、通信模块、浓度显示屏、速率显示窗、声音报警模块和光报警模块连接，光谱信息获取模块与信号处理模块连接，声音报警模块与扬声器连接，光报警模块与报警指示灯连接。

2.根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，还包括光缆接口，所述的光缆接口与光谱信息获取模块连接。

3.根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，还包括电缆接口，所述的电缆接口与通信模块连接。

4.根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述的声音报警模块连接有扬声器。

5.根据权利要求1所述的激光甲烷传感器，其特征在于，所述的光报警模块连接有报警指示灯。