CN109215297A - 一种分时复用光纤可燃气体报警装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种分时复用光纤可燃气体报警装置，包括：报警控制器，所述报警控制器被配置为接收并显示可燃气体浓度的测量数据，和根据可燃气体浓度的测量结果判断是否超过报警阈值，若是，则进行报警和风机开关控制；变送器，所述变送器被配置为驱动红外光源产生光信号，通过多路光开关进行通道切换，按测量顺序分时将光信号发送至相应的探头，并接收探头反射回来的光信号，进行可燃气体浓度计算；和若干探头，所述探头被配置为接收变送器传输的光信号，使光信号在其内部的开放光路与可燃气体相互作用，并将光信号传输回变送器。本公开利用多路光开关实现单个光源的分时复用，实现了多通道远距离可燃气体检测。
Description
技术领域
本公开涉及安全监控领域，尤其涉及一种分时复用光纤可燃气体报警装置及方法。
背景技术
在光纤可燃气体检测领域，光谱吸收方法是最常见的检测技术。该方法利用特定波长的光在气体中透射或者反射时光强的衰减来检测气体的浓度。每一种气体都有自己的特征吸收谱线，当光源发出的光波长与气体的吸收谱线重合时，会产生光吸收现象，光强会发生一定程度的衰减，衰减量与气体的浓度有关。
在煤矿、管廊、隧道等可燃气体监测应用场所，探头与主机距离通常可达数公里。光源发出的光信号经过长距离传输，以及数量众多的连接器，强度衰减非常明显，严重降低光强检测信号的信噪比，对可燃气体检测精度造成不利影响。且当对多个场所进行可燃气体监测时，需设置多个光源及检测路径，大大浪费了资源。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种分时复用光纤可燃气体报警装置及方法，利用多路光开关实现单个光源的分时复用，实现了多通道远距离可燃气体检测，利用红外光信号的强度变化检测可燃气体的浓度，解决了多路长距离下光纤可燃气体检测存在的光强衰减过大、检测精度差的问题。
为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：
一种分时复用光纤可燃气体报警装置，包括：
报警控制器，所述报警控制器被配置为接收并显示可燃气体浓度的测量数据，和根据可燃气体浓度的测量结果判断是否超过报警阈值，若是，则进行报警和风机开关控制；
变送器，所述变送器被配置为驱动红外光源产生光信号，通过多路光开关进行通道切换，按测量顺序分时将光信号发送至相应的探头，并接收探头反射回来的光信号，进行可燃气体浓度计算；和
若干探头，所述探头被配置为接收变送器传输的光信号，使光信号在其内部的开放光路与可燃气体相互作用，并将光信号传输回变送器。
进一步的，所述报警控制器包括数据接收模块、显示模块、按键模块、继电器模块、声光报警模块和电源模块，所述数据接收模块用于接收变送器发送的可燃气体浓度测量数据并判断是否进行报警，所述显示模块用于显示可燃气体浓度值、报警阈值、报警和故障信息，所述按键模块用于设置报警阈值，所述继电器模块用于根据报警控制器的工作状态，进行电源灯、运行灯和故障灯的亮灭控制，以及外围声光报警器和风机的开关控制，所述电源模块用于为报警控制器和变送器供电。
进一步的，所述变送器包括处理器、驱动模块、红外光源、光耦合器、多路光开关、光电转换器、电信号调理模块和模数转换器；
所述处理器用于控制驱动模块产生合适的驱动电流信号，和接收模数转换器发送的数字信号，进行可燃气体浓度值计算；
所述驱动模块用于在处理器的控制下，产生驱动光源所需要的电流信号；
所述红外光源用于在驱动模块的激励下，产生光信号，并传输给光耦合器；
所述光耦合器用于接收红外光源的光信号，并通过多路光开关传输给探头，同时将探头反射回来的光信号传输给光电转换器；
所述多路光开关用于控制单个光源和多个探头之间的通道切换，将光信号分时传输至相应的探头；
所述光电转换器用于接收探头反射回来的光信号，并转换成微弱电流信号，输出到电信号调理模块；
所述电信号调理模块用于将微弱电流信号转换并放大为电压信号，输出到模数转换器；
所述模数转换器用于将放大后的电压信号转换为数字信号，并传输给处理器。
进一步的，所述变送器还包括温控模块，所述温度控制模块用于控制红外光源的温度，使红外光源温度恒定，避免光信号的波长和功率受到环境温度变化的影响。
进一步的，所述变送器还包括数据发送模块，所述数据发送模块用于将处理器计算得到的可燃气体浓度值传输给报警控制器。
进一步的，所述报警控制器和变送器封装在主机箱内，放置于应用场所的安全区域，所述探头放置于可燃气体易泄露区，用于近距离测量可燃气体浓度。
进一步的，所述探头与主机箱之间通过无源的长距离光纤进行连接。
一种分时复用光纤可燃气体报警装置的工作方法，包括如上所述的报警装置，具体包括：
步骤1)驱动红外光源产生光信号，控制多路光开关将光信号传输至第一探头；
步骤2)光信号在探头内的开放光路中，与可燃气体相互作用后返回；
步骤3)对返回的光信号进行处理，得到可燃气体浓度值并传输给报警控制器进行显示，完成第一探头的可燃气体浓度检测；
步骤4)控制多路光开关将光信号传输给第二探头，重复步骤2)和步骤3)，直到遍历所有探头。
进一步的，所述步骤3)还包括根据比尔朗伯定律进行可燃气体浓度值计算。
进一步的，所述步骤3)还包括判断可燃气体浓度值是否超过报警阈值，当超过时，报警控制器进行报警显示，并控制声光报警器报警以及风机工作。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开的一种分时复用光纤可燃气体报警装置及方法，利用多路光开关实现单个光源的分时复用，解决了多路长距离下光纤可燃气体检测存在的光强衰减过大、检测精度差的问题。
2、本公开的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，使用红外光信号对可燃气体浓度进行测量。其信号传输媒介(光纤)和探头完全是无源的，无需供电，不存在升温或者燃烧现象，可以放置在靠近可燃气体的危险位置，解决了传统可燃气体报警装置安全性与监测需求的固有矛盾。
3、本公开的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，利用红外光信号的强度变化实现可燃气体浓度检测，不存在探头中毒的情况，延长了工作寿命，降低了维护成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开分时复用光纤可燃气体报警装置系统结构示意图；
图2为本公开控制器系统结构示意图；
图3为本公开变送器系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1所示，一种分时复用光纤可燃气体报警装置，包括：
报警控制器，所述报警控制器被配置为接收并显示可燃气体浓度的测量数据，和根据可燃气体浓度的测量结果判断是否超过报警阈值，若是，则进行报警和风机开关控制；
变送器，所述变送器被配置为驱动红外光源产生光信号，通过多路光开关进行通道切换，按测量顺序分时将光信号发送至相应的探头，并接收探头反射回来的光信号，进行可燃气体浓度计算；和
若干探头，所述探头被配置为接收变送器传输的光信号，使光信号在其内部的开放光路与可燃气体相互作用，并将光信号传输回变送器。
如图2所示，所述报警控制器包括数据接收模块、显示模块、按键模块、继电器模块、声光报警模块和电源模块，所述数据接收模块用于接收变送器发送的可燃气体浓度测量数据并判断是否进行报警，所述显示模块用于显示可燃气体浓度值、报警阈值、报警和故障信息，所述按键模块用于设置报警阈值，所述继电器模块用于根据报警控制器的工作状态，进行电源灯、运行灯和故障灯的亮灭控制，以及外围声光报警器和风机的开关控制，所述电源模块用于为报警控制器和变送器供电。
所述显示模块可选用阵液晶显示模块；
所述继电器模块可选用24V继电器模块。
如图3所示，所述变送器包括处理器、驱动模块、红外光源、光耦合器、多路光开关、光电转换器、电信号调理模块和模数转换器；
所述处理器用于控制驱动模块产生合适的驱动电流信号，和接收模数转换器发送的数字信号，进行可燃气体浓度值计算；
所述驱动模块用于在处理器的控制下，产生驱动光源所需要的电流信号；
所述红外光源用于在驱动模块的激励下，产生光信号，并传输给光耦合器；
所述光耦合器用于接收红外光源的光信号，并通过多路光开关传输给探头，同时将探头反射回来的光信号传输给光电转换器；
所述多路光开关用于控制单个光源和多个探头之间的通道切换，将光信号分时传输至相应的探头；
所述光电转换器用于接收探头反射回来的光信号，并转换成微弱电流信号，输出到电信号调理模块；
所述电信号调理模块用于将微弱电流信号转换并放大为电压信号，输出到模数转换器；
所述模数转换器用于将放大后的电压信号转换为数字信号，并传输给处理器。
所述变送器还包括温控模块，所述温度控制模块用于控制红外光源的温度，使红外光源温度恒定，避免光信号的波长和功率受到环境温度变化的影响。
所述变送器还包括数据发送模块，所述数据发送模块用于将处理器计算得到的可燃气体浓度值传输给报警控制器。
所述报警控制器和变送器封装在主机箱内，放置于应用场所的安全区域，所述探头放置于可燃气体易泄露区，用于近距离测量可燃气体浓度。
所述探头与主机箱之间通过无源的长距离光纤进行连接。
由于装置的探头和光信号传输媒介(光纤)完全是无源的，无需供电，不存在升温或者燃烧现象。装置利用红外光信号的强度变化实现可燃气体浓度检测，不存在探头的中毒情况，延长了工作寿命，降低了维护成本。
具体实施中，所述处理器可选用德州仪器TMS320F2812处理器；
所述驱动模块可选用分布式反馈激光器驱动模块；
所述红外光源可选用波长为1654nm的分布式反馈激光器光源；
所述多路光开关可选用1XN多路光开关，型号为GSM18121L100；
所述光电转换器可选用PIN光电转换器；
所述模数转换器可选用ADS5424模数转换器；
所述探头可选用单次反射式光纤气体探头。
一种分时复用光纤可燃气体报警装置的工作方法，包括如上所述的报警装置，具体包括：
步骤1)驱动模块在处理器的控制下，产生驱动光源所需要的电流信号，使光源产生光信号，传输给光耦合器，多路光开关在处理器的控制下，将光耦合器的光信号传输至第一探头；
步骤2)光信号在探头内的开放光路中，与可燃气体相互作用后返回；
步骤3)变送器对返回的光信号进行处理，得到可燃气体浓度值并传输给报警控制器进行显示，完成第一探头的可燃气体浓度检测；
步骤4)控制多路光开关将光信号传输给第二探头，重复步骤2)和步骤3)，直到遍历所有探头。
所述步骤3)还包括根据比尔朗伯定律进行可燃气体浓度值计算。
根据比尔朗伯定律，可燃气体浓度越高，光信号经过开放光路时的衰减越大，并呈线性关系。因此，通过计算返回光信号的衰减量，可以得到可燃气体的浓度值。
所述步骤3)还包括判断可燃气体浓度值是否超过报警阈值，当超过时，报警控制器进行报警显示，并控制声光报警器报警以及风机工作。
所述探头总数优选为8。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，包括：
报警控制器，所述报警控制器被配置为接收并显示可燃气体浓度的测量数据，和根据可燃气体浓度的测量结果判断是否超过报警阈值，若是，则进行报警和风机开关控制；
变送器，所述变送器被配置为驱动红外光源产生光信号，通过多路光开关进行通道切换，按测量顺序分时将光信号发送至相应的探头，并接收探头反射回来的光信号，进行可燃气体浓度计算；和
若干探头，所述探头被配置为接收变送器传输的光信号，使光信号在其内部的开放光路与可燃气体相互作用，并将光信号传输回变送器。
2.如权利要求1所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述报警控制器包括数据接收模块、显示模块、按键模块、继电器模块、声光报警模块和电源模块，所述数据接收模块用于接收变送器发送的可燃气体浓度测量数据并判断是否进行报警，所述显示模块用于显示可燃气体浓度值、报警阈值、报警和故障信息，所述按键模块用于设置报警阈值，所述继电器模块用于根据报警控制器的工作状态，进行电源灯、运行灯和故障灯的亮灭控制，以及外围声光报警器和风机的开关控制，所述电源模块用于为报警控制器和变送器供电。
3.如权利要求1所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述变送器包括处理器、驱动模块、红外光源、光耦合器、多路光开关、光电转换器、电信号调理模块和模数转换器；
所述处理器用于控制驱动模块产生合适的驱动电流信号，和接收模数转换器发送的数字信号，进行可燃气体浓度值计算；
所述驱动模块用于在处理器的控制下，产生驱动光源所需要的电流信号；
所述红外光源用于在驱动模块的激励下，产生光信号，并传输给光耦合器；
所述光耦合器用于接收红外光源的光信号，并通过多路光开关传输给探头，同时将探头反射回来的光信号传输给光电转换器；
所述多路光开关用于控制单个光源和多个探头之间的通道切换，将光信号分时传输至相应的探头；
所述光电转换器用于接收探头反射回来的光信号，并转换成微弱电流信号，输出到电信号调理模块；
所述电信号调理模块用于将微弱电流信号转换并放大为电压信号，输出到模数转换器；
所述模数转换器用于将放大后的电压信号转换为数字信号，并传输给处理器。
4.如权利要求3所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述变送器还包括温控模块，所述温度控制模块用于控制红外光源的温度，使红外光源温度恒定。
5.如权利要求3所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述变送器还包括数据发送模块，所述数据发送模块用于将处理器计算得到的可燃气体浓度值传输给报警控制器。
6.如权利要求1所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述报警控制器和变送器封装在主机箱内，放置于应用场所的安全区域，所述探头放置于可燃气体易泄露区，用于近距离测量可燃气体浓度。
7.如权利要求6所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置，其特征在于，所述探头与主机箱之间通过无源的长距离光纤进行连接。
8.一种分时复用光纤可燃气体报警装置的工作方法，包括如权利要求1-7任一所述的报警装置，其特征在于，包括：
步骤1)驱动红外光源产生光信号，控制多路光开关将光信号传输至第一探头；
步骤2)光信号在探头内的开放光路中，与可燃气体相互作用后返回；
步骤3)对返回的光信号进行处理，得到可燃气体浓度值并传输给报警控制器进行显示，完成第一探头的可燃气体浓度检测；
步骤4)控制多路光开关将光信号传输给第二探头，重复步骤2)和步骤3)，直到遍历所有探头。
9.如权利要求8所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置的工作方法，其特征在于，所述步骤3)还包括根据比尔朗伯定律进行可燃气体浓度值计算。
10.如权利要求8所述的一种分时复用光纤可燃气体报警装置的工作方法，其特征在于，所述步骤3)还包括判断可燃气体浓度值是否超过报警阈值，当超过时，报警控制器进行报警显示，并控制声光报警器报警以及风机工作。
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