CN108709870A - 一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，包括TDLAS激光检测器、报警仪、中央处理器和显示屏，所述TDLAS激光检测器设置在检测甲烷的区域内，TDLAS激光检测器的输出端连接中央处理器，中央处理器的输出端连接报警仪和显示屏，所述TDLAS所述激光检测器内设置的吸收光谱为附近无其他气体组成成分，所述中央处理器包括电源电路和CPU处理电路，所述电源电路为整个系统提供电源，所述CPU处理电路用于处理TDLAS激光检测器传递过来的信号，解决背景气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰严重，导致检测的结果误差大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光检测报警仪，具体涉及一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器。
背景技术
目前的煤矿用甲烷检测报警仪，主要采用热催化的方式进行环境甲烷气体浓度的检测。催化燃烧检测技术原理介绍：催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，催化原件中的铂电阻与环境中的易燃易爆气体发生无焰燃烧，燃烧产生温度的变化，引起电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，使之输出稳定的差分电压信号，再经过后级电路的放大、稳定和采样处理，以得到采样的电压值，而采样电压值与被测气体的浓度基本成线性关系，最终可测得气体的浓度。但由于是消耗型检测方式，寿命短，零点漂移严重，长期稳定性差，需定期标校，受硫、硅化物等气体而“中毒”，受震动而断丝，都将导致传感器直接损坏，更换费用高，量程范围有限，法完全实现对单一气体的准确测量，只能实现“点”测量，目前，市场上的催化燃烧技术的煤矿用甲烷检测报警仪受其检测原理固有的特性制约，不能有效满足煤矿对于甲烷气体检测的需求，主要表现背景气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰严重，导致检测的结果误差大。
发明内容
本发明目的在于提供一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，解决零点漂移、寿命短、抗振动性差、稳定性差、量程范围有限、受水汽、粉尘、以及其他干扰气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰等问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，包括TDLAS激光检测器、报警仪、中央处理器和显示屏，所述TDLAS激光检测器设置在检测甲烷的区域内，TDLAS激光检测器的输出端连接中央处理器，中央处理器的输出端连接报警仪和显示屏，所述TDLAS所述激光检测器内设置的吸收光谱为附近无其他气体组成成分，所述中央处理器包括电源电路和CPU处理电路，所述电源电路为整个系统提供电源，所述CPU处理电路用于处理TDLAS激光检测器传递过来的信号。
本发明专利将利用基于TDLAS可调谐激光技术，利用参考光在穿透甲烷气体不被吸收，以及检测光穿透甲烷气体时，随其浓度的大小而吸收程度不一样的原理，把甲烷气体的浓度转换成电信号，从而达到测量甲烷气体浓度的目的，所选吸收谱线波长附近无其他气体组分的吸收谱线，避免了背景气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰，对甲烷气体有高度选择性。同时由于激光检测是非消耗型，以及其激光波长的唯一选择性，因此解决了寿命短、零点漂移，长期稳定性差，需定期标校，受硫、硅化物等气体而“中毒”，受震动而断丝，更换费用高，量程范围有限，受水汽影响大等一系列问题。
进一步的，所述报警仪包括报警灯和蜂鸣器，所述报警灯和蜂鸣器并联连接，采用报警灯与蜂鸣器双重报警提示，使得报警效果更佳的完善。
进一步的，所述显示屏包括液晶显示处理器，所述液晶显示处理器的的VCC端连接电源输入，电源与VCC之间连接有电容C11和电容C12，所述电容C11和电容C12并连接，所述电容是起到滤波的作用，保证进入显示屏内的交流变少，保护显示器的使用寿命。
进一步的，所述激光检测器采用DFB激光器，所述DFB激光器上输入有余弦波调制信号。由于利用电流调制激光器输出频率进行扫频，激光器的输出功率指标也同时被调制，存在剩余幅度调制，因此采用二次谐波与一次谐波比值的方式来排除剩余幅度调制的干扰。同时也可以消除光接收效率和非电流调制导致的激光器自身功率波动对最终检测带来的影响，起到降噪的作用，最终实现对于微弱信号的有效采集。
进一步的，还包括按键输出模块，所述按键输入模块包括按键S1、按键S2、按键S3、按键S4，所述按键S1、按键S2、按键S3、按键S4并联连接。所述按键分别并联设置，互不干扰，设置按键方便控制。
进一步的，对于报警仪的设计，要求做到灵敏度非常高，为保证其性能，需要最大限度地抑制系统噪声。影响报警仪灵敏度的噪声包括光学散粒噪声(包括量子噪声和暗电流噪声，来自探测器)、热噪声(来自光源和探测器)、过量噪声(可近似看作1/f噪声，来自光源)、光纤端面反射及光纤后向散射形成的干涉噪声、电路系统噪声。主要通过加大信号调制幅度、选用低暗电流的探测器、选择差分探测方式、滤波等方法来抑制噪声，提高系统性能。
进一步的，甲烷气体的实际浓度是随温度变化的，在报警仪使用过程中，外界的温度是不可控的，因而会影响浓度的精密检测。为此，采用气体动力学方式，同时考虑激光器和接收器的温度依存性，对最终结果进行了相应的校正，从而大大提高了报警仪的精度。
进一步的，报警仪的使用环境存在瓦斯爆炸危险性，因此就需要将报警仪设计成本质安全型。根据GB 3836.4-2010的要求，本质安全型设备的短路火花能量需控制在0.425J以下，具体到传感器本身的设计，需严格控制其工作电流及功耗。而激光传感测量原理中，功耗最大的部分是确保激光器恒温的制冷器。因此，实现本质安全性的低功耗设计为报警仪重要研究内容之一。针对环境参数的不同，采用不同的控制算法，综合分配各部件的供电电流、供电周期及供电持续时间，有效降低功耗，最终满足本质安全的性能。
进一步的，通过设计小型化的激光气室、且气室前端增加了粉末冶金片，在能通过被测气体的同时，有效遮挡粉尘进入，且小型化的气室还能便于安装在便携式报警仪上，携带方便。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，解决零点漂移、寿命短、抗振动性差、稳定性差、量程范围有限、受水汽、粉尘、以及其他干扰气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰等问题，可实现0～100％全浓度范围测量，而催化、电化学、半导体的测量范围窄；
2、本发明一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，加大仪器的使用寿命，稳定性强，不怕跌落震动，催化方式受震动撞击，会断丝、断线，导致损坏；
3、本发明一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，控制方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明电源电路示意图；
图2为本发明液晶显示电路示意图；
图3为本发明按键输入电路示意图
图4为本发明激光探头检测电路示意图；
图5为本发明CPU处理电路
图6为本发明结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1-6所示，本发明一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，包括包括TDLAS激光检测器、报警仪、中央处理器和显示屏，所述TDLAS激光检测器设置在检测甲烷的区域内，TDLAS激光检测器的输出端连接中央处理器，中央处理器的输出端连接报警仪和显示屏，所述TDLAS所述激光检测器内设置的吸收光谱为附近无其他气体组成成分，所述中央处理器包括电源电路和CPU处理电路，所述电源电路为整个系统提供电源，所述CPU处理电路用于处理TDLAS激光检测器传递过来的信号，所述报警仪包括报警灯和蜂鸣器，所述报警灯和蜂鸣器并联连接，所述显示屏包括液晶显示处理器，所述液晶显示处理器的的VCC端连接电源输入，电源与VCC之间连接有电容C11和电容C12，所述电容C11和电容C12并连接，所述激光检测器采用DFB激光器，所述DFB激光器上输入有余弦波调制信号，还包括按键输出模块，所述按键输入模块包括按键S1、按键S2、按键S3、按键S4，所述按键S1、按键S2、按键S3、按键S4并联连接。
本发明专利将利用基于TDLAS可调谐激光技术，利用参考光在穿透甲烷气体不被吸收，以及检测光穿透甲烷气体时，随其浓度的大小而吸收程度不一样的原理，把甲烷气体的浓度转换成电信号，从而达到测量甲烷气体浓度的目的，所选吸收谱线波长附近无其他气体组分的吸收谱线，避免了背景气体组分对甲烷气体的交叉吸收干扰，对甲烷气体有高度选择性，所述报警灯和蜂鸣器并联连接，采用报警灯与蜂鸣器双重报警提示，使得报警效果更佳的完善，所述电容是起到滤波的作用，保证进入显示屏内的交流变少，保护显示器的使用寿命，同时由于激光检测是非消耗型，以及其激光波长的唯一选择性，因此解决了寿命短、零点漂移，长期稳定性差，需定期标校，受硫、硅化物等气体而“中毒”，受震动而断丝，更换费用高，量程范围有限，受水汽影响大等一系列问题。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，其特征在于，包括TDLAS激光检测器、报警仪、中央处理器和显示屏，所述TDLAS激光检测器设置在检测甲烷的区域内，TDLAS激光检测器的输出端连接中央处理器，中央处理器的输出端连接报警仪和显示屏，所述TDLAS所述激光检测器内设置的吸收光谱为附近无其他气体组成成分；
所述中央处理器包括电源电路和CPU处理电路，所述电源电路为整个系统提供电源，所述CPU处理电路用于处理TDLAS激光检测器传递过来的信号。
2.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，其特征在于，所述报警仪包括报警灯和蜂鸣器，所述报警灯和蜂鸣器并联连接。
3.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，所述显示屏包括液晶显示处理器，所述液晶显示处理器的的VCC端连接电源输入，电源与VCC之间连接有电容C11和电容C12，所述电容C11和电容C12并连接。
4.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，所述激光检测器采用DFB激光器，所述DFB激光器上输入有余弦波调制信号。
5.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，还包括按键输出模块，所述按键输入模块包括按键S1、按键S2、按键S3、按键S4，所述按键S1、按键S2、按键S3、按键S4并联连接。
6.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，还包括低暗电流的探测器、选择差分探测方式、滤波等方法来抑制噪声。
7.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，还包括温度传感器，对激光器温度进行采集。
8.根据权利要求1所述的一种高精度高稳定性的煤矿用甲烷检测报警器，还包括小型化设计的激光气室进行、且气室前端包括了粉末冶金片。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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