CN107143376A - 基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，主要由1压电微悬臂梁、2信号调整电路、3微型单片机、4触摸式LED显示屏、5微型振动电机、6ZigBee发射模块和7高能锂电池构成，其中1～6模块均由7高能锂电池供电，仪器有强续航能力。当1压电微悬臂梁表面有瓦斯时，导致谐振频率降低，频率信号经信号调整电路2处理后传输给微型单片机3，经处理后在需要时传送给触摸式LED显示屏4，启动微型振动电机5振动并经ZigBee发射模块6发射数据。当环境瓦斯浓度高于设定值，触摸式LED显示屏4亮屏显示浓度且微型振动电机5不断振动；若瓦斯浓度低于设定值，则触摸式LED显示屏4不亮，微型振动电机5不振动；触摸触摸按钮10亦能显示当前瓦斯浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯浓度报警仪，具体为基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪。
背景技术
煤炭是我国一次能源的主体。长期以来，煤炭工业为国家经济建设和社会发展做出了重要贡献。但是在煤炭开采过程中会产生瓦斯，煤矿瓦斯是从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，而瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，并会在空气中的瓦斯含量为5％～16％时，遇火会引起爆炸，而矿井一旦发生瓦斯爆炸，就会造成一系列极其严重的危害。据统计，煤矿开采中导致死亡人数10人以上的重大事故中，由煤矿瓦斯引起的占70％以上。
传统的煤矿瓦斯监测技术主要有两种，其一是由专职的安全检查员携带手持式瓦斯探测仪定期下井检测，但是这种手持式瓦斯探测仪体积大，价格高，无法达到下井人员每人携带一个。其二是装备有线的瓦斯监测系统，但是这种防范措施受有线的限制，不可能达到任意点布置，与采矿进度的实时推进及矿井下复杂的地形及环境变化不相适应。
综上所述，为了提高煤矿生产安全的灵活性与可靠性，急需一种无线、灵巧、便携式的瓦斯浓度报警仪，让所有下井人员便于佩戴并可以随时查看井下瓦斯浓度。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，对井下瓦斯浓度进行实时监测，解决了传统矿井瓦斯监测所存在的缺陷。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，其原理电路由(1)压电微悬臂梁、(2)信号调整电路、(3)微型单片机、(4)触摸式LED显示屏、(5)微型振动电机、(6)ZigBee发射模块和(7)高能锂电池构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.压电微悬臂梁是一种集体积小、成本低、灵敏度高、结构简单以及易于集成等众多优点于一身的微型器件。目前它广泛应用于化学、生物和环境监测等众多领域。当压电微悬臂梁表面吸收了被测瓦斯气体后，微悬臂梁质量增加了，将引起谐振频率的降低，压电式微悬臂梁测得的频率信号经信号调整电路，传输给微型单片机，经微型单片机处理后在需要的时候传送给触摸式LED显示屏、微型振动电机和ZigBee发射模块。当环境瓦斯浓度高于设定值(设定值可以人为设定)时，启动微型振动电机不断振动以提示佩戴人，且触摸式LED显示屏亮屏显示瓦斯浓度，同时ZigBee发射模块发射瓦斯浓度数据。若瓦斯浓度低于设定值，则触摸式LED显示屏不亮屏，微型振动电机不振动，ZigBee发射模块也不发射瓦斯浓度数据。
2.对仪器所处环境瓦斯浓度进行实时不间断采样，在人为触摸LED显示屏时亦能亮屏显示瓦斯浓度。
3.灵巧、便携、经济，可实现下井人员人人佩戴一个腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪。
附图说明
图1是本发明基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪的原理图。
图2是本发明基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪的结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图1图2，进一步阐述本发明。
具体实施方式如下：
如图1所示，本发明基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪的原理电路，由(1)压电式微悬臂梁、(2)信号调整电路、(3)微型单片机、(4)触摸式LED显示屏、(5)微型振动电机、(6)ZigBee发射模块和(7)高能锂电池构成，压电微悬臂梁(1)测得的瓦斯浓度信号经信号调整电路(2)处理后，传输给微型单片机(3)，经微型单片机(3)处理后，在需要时传送给触摸式LED显示屏(4)、启动微型振动电机(5)和经ZigBee发射模块(6)发射数据。
如图2所示,本发明基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪的结构部分由进气孔(9)、LED显示屏(8)、触摸按钮(10)、硬件放置盒(13)、腕带(14)、腕带孔(11)、腕带扣(12)组成。瓦斯由进气孔(9)进入接触压电微悬臂梁(1)。硬件放置盒(13)中是图1所示的各模块电路。
当瓦斯浓度高于设定值(设定值可以人为设定)时，微型振动电机(5)不断振动以提示佩戴人且触摸式LED显示屏(4)就会亮屏显示其所处环境的瓦斯浓度，同时ZigBee发射模块(6)发射瓦斯浓度数据。当瓦斯浓度低于设定值时，触摸式LED显示屏(4)不亮屏、微型振动电机(5)不振动，且ZigBee发射模块(6)也不发射数据。触摸式LED显示屏(4)在人为触摸触摸按钮(10)时亦能亮屏显示当前环境下的瓦斯浓度。
其中(1)压电微悬臂梁、(2)信号调整电路、(3)微型单片机、(4)触摸式LED显示屏、(5)ZigBee发射模块和(6)微型振动电机均由(7)高能锂电池供电，以保证仪器具备较强的续航能力。
本发明基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，在煤矿生产安全中可以起到很好的警示作用，在煤矿瓦斯浓度达到设定值时，腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪立刻亮屏振动发出预警信号，以便及时采取应对措施，这将极大的减少煤矿瓦斯安全事故。
以上实施例只是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，任何不脱离本发明的工作原理，在此发明基础上进行的更改变形，应均落入本发明权利要求书确定的保护范围。
Claims (4)
1.基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，由(1)压电微悬臂梁、(2)信号调整电路、(3)微型单片机、(4)触摸式LED显示屏、(5)微型振动电机、(6)ZigBee发射模块和(7)高能锂电池构成，其特征是压电微悬臂梁(1)测得的频率信号经信号调整电路(2)处理后，传输给微型单片机(3)，数据经微型单片机处理后在需要时传送给触摸式LED显示屏(4)、微型振动电机(5)和ZigBee发射模块(6)。
2.根据权利要求1所述的基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，其特征在于当瓦斯浓度值高于设定值时，微型振动电机(5)不断振动提示佩戴人且触摸式LED显示屏(4)就会亮屏显示当前环境下的瓦斯浓度，同时通过ZigBee发射模块(6)发射井下瓦斯浓度数据给井下接收基站，再传送到地面监控室。当瓦斯浓度值低于设定值时，触摸式LED显示屏(4)不亮屏、微型振动电机(5)不振动，且ZigBee发射模块(6)也不发射数据。
3.根据权利要求1所述的基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，其特征在于对井下瓦斯浓度进行不间断采样，触摸式LED显示屏(4)在人为触摸时亦能亮屏显示其所处环境下的瓦斯浓度同时通过ZigBee发射模块(6)发射瓦斯浓度数据给井下接收基站，再传送到地面监控室。
4.根据权利要求1所述的基于压电微悬臂梁的腕式煤矿瓦斯浓度超限报警仪，其特征在于(1)压电微悬臂梁、(2)信号调整电路、(3)微型单片机、(4)触摸式LED显示屏、(5)ZigBee发射模块和(6)微型振动电机均由(7)高能锂电池供电,以保证本腕式浓度超限仪具备较强的续航能力。
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