CN110907397A - 基于arm的井下激光多气体束管采样系统 - Google Patents
基于arm的井下激光多气体束管采样系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110907397A CN110907397A CN201911317688.5A CN201911317688A CN110907397A CN 110907397 A CN110907397 A CN 110907397A CN 201911317688 A CN201911317688 A CN 201911317688A CN 110907397 A CN110907397 A CN 110907397A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- gas
- beam tube
- arm
- main control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 44
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 35
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 20
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 13
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 8
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010223 real-time analysis Methods 0.000 abstract 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 106
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 18
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 12
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2205—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling with filters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/24—Suction devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0162—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation using microprocessors for control of a sequence of operations, e.g. test, powering, switching, processing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述多路进气束管一端与采样气体接触，多路进气束管另一端依次经过滤尘滤水单元(1‑3)和抽气执行机构后与多通道电磁阀控制模块(1‑8)连接，所述通道预抽排气单元(1‑14)通过单路束管与多通道电磁阀控制模块(1‑8)连通，所述多通道电磁阀控制模块(1‑8)与预检测模块(1‑10)通过单路束管连接，所述预检测模块(1‑10)与激光多气体分析模块(1‑12)通过单路束管连接，ARM主控处理单元(1‑1)通过电缆分别与抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块(1‑8)、预检测模块(1‑10)和激光多气体分析模块(1‑12)电连接。采用激光检测技术实现井下实时检测和分析判断，精度高耗时短，提高了气体分析的实时性、快速性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下气体监测技术领域，具体涉及基于ARM的井下激光多气体束管采样系统。
背景技术
为保障煤矿安全生产和职工人身安全，防止煤矿事故，根据国家煤矿安监局的规定，开采容易自燃的煤层时，必须针对易燃、有毒有害气体制定相应的防、灭火方案。在防、灭火设计中，要求煤矿必须设计安设束管防、灭火自动监测系统。
近年来，在煤矿的实际应用中，煤矿束管监测系统并未发挥其有效监测作用，究其原因有很多方面，一部分原因是因为这些年我国煤矿开采深度和开采强度的不断增加，导致矿井越挖越深，敷设束管的线路越来越长，从井下采空区抽出来气体分析实时性差，而且长距离的抽气，很难保证延续束管线路没有漏气，分析的气体未必是采空区内真实气体；另一部分原因目前我国主要的束管控制系统大多是井上固定式系统，气体分析时间长，系统操作复杂，需要专业技术人员培训才能操作，系统监测实时性差。
在当前的生产过程中，急需一种监测装置，能够直接在井下对多种标志性气体就地检测并快速得到结果进行分析判断，实现对灾害隐患的实时监测判断，解决传统束管监测系统需要在井上分析的弊端，提高气体分析的实时性、快速性和准确性。
发明内容
针对上述提出的问题，本发明提供基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，直接在井下实时分析采空区内多种标志性气体，避免长距离束管传输漏气不准确、检测延迟问题；采用可调谐激光光谱吸收技术对气体进行检测，测量精度高、耗时短；基于ARM架构的主控处理单元能够控制多个通道检测并收集采空区内多种标志性气体浓度数值，实时判断异常数据。
为了实现上述技术目的，本发明的技术解决方案如下：
基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，包括电源模块、控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件，所述电源模块为控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯模块提供电能，所述气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件分别与控制器连接，所述控制器包括ARM主控处理单元，所述气体采集部件包括多路进气束管、滤尘滤水单元、抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块和通道预抽排气单元，所述多路进气束管一端与采样气体接触，所述多路进气束管另一端依次经过滤尘滤水单元和抽气执行机构后与多通道电磁阀控制模块连接，所述通道预抽排气单元与多通道电磁阀控制模块连通，所述气体分析部件包括预检测模块和激光多气体分析模块，所述多通道电磁阀控制模块与预检测模块通过单路束管连接，所述预检测模块与激光多气体分析模块通过单路束管连接，所述ARM主控处理单元通过电缆分别与抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块、预检测模块和激光多气体分析模块电连接。
通过提出上述方案，将本发明直接安装在在井下，实时采集分析采空区内多种标志性气体，多路进气束管可用于抽取分析多个区域的气体状况，具体由ARM主控处理单元控制多通道电磁阀控制模块切换抽气区域，避免井上监测带来的长距离束管传输漏气不准确、检测延迟问题；激光多气体分析模块采用可调谐激光光谱吸收技术对气体进行检测，测量精度高、耗时短；基于ARM架构的主控处理单元能够控制多个通道检测并收集采空区内多种标志性气体浓度数值，实时检测判断异常数据。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述抽气执行机构包括防爆真空抽气泵和防爆真空磁启动器驱动模块，所述多路进气束管依次经过滤尘滤水单元和防爆真空抽气泵后与多通道电磁阀控制模块连接，所述ARM主控处理单元和防爆真空抽气泵间连接有防爆真空磁启动器驱动模块。所述ARM主控处理单元和防爆真空磁启动器驱动模块间还连接有光电隔离模块。抽气执行机构选择具有防爆功能的防爆真空抽气泵和防爆真空磁启动器驱动模块，再加上光电隔离模块，保证了控制信号由ARM主控处理单元发送至防爆真空磁启动器驱动模块以及防爆真空磁启动器驱动模块驱动防爆真空抽气泵进行动作的两个过程中，不会有电火花与气体接触，同时，光电隔离模块也避免了ARM主控处理单元受到异常电信号冲击干扰的风险，实现电气隔离，更加稳定。
同样，在所述ARM主控处理单元和多通道电磁阀控制模块间也连接了类似的光电隔离驱动模块，以避免ARM主控处理单元受到异常电信号干扰，做到电气隔离。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述ARM主控处理单元和预检测模块间连接有ADC采集模块；所述预检测模块包括流量计、温湿度采集模块和压力采集模块。ADC采集模块连接流量计、温湿度采集模块和压力采集模块，监测束管中的流量、温湿度、压力，保证激光多气体分析模块在正常条件分析气路中气体参数。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述ARM主控处理单元和激光多气体分析模块间连接有隔离型RS485通讯模块，所述激光多气体分析模块通过单路束管连接有样气排气单元，所述样气排气单元与通道预抽排气单元连通。采用隔离型RS485通讯模块同样是为了避免在数据传输过程中的干扰，样气排气单元与通道预抽排气单元连通后，可将检测后的气体一同安全处理。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述电源模块包括三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块，所述三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块依次连接。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述数据通讯部件包括网络通讯模块和存储模块，所述网络通讯模块通过本安隔离模块与井下环网连接，所述存储模块与ARM主控处理单元连接。通过网络通讯模块实现了ARM主控处理单元与井下环网的数据交互，存储模块可对数据进行备份。
如上所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，所述ARM主控处理单元连接人机交互模块和语音报警模块，所述人机交互模块包括防爆键盘和液晶显示器。通过人机交互模块实时获取监测信息以及调整某些测试参数，语音报警模块可在监测到异常气体状况时及时发出警报。
本发明相对于现有技术所取得的有益效果在于：
本发明提供了一种更适合煤矿采空区发火监测需求的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，实时采集分析采空区内多种标志性气体，多路进气束管可用于抽取分析多个区域的气体状况，具体由ARM主控处理单元控制多通道电磁阀控制模块切换抽气区域，避免井上监测带来的长距离束管传输漏气不准确、检测延迟问题；激光多气体分析模块采用可调谐激光光谱吸收技术对气体进行检测，测量精度高、耗时短；基于ARM架构的主控处理单元能够控制多个通道检测并收集采空区内多种标志性气体浓度数值，实时检测判断异常数据；多处增加隔离模块，提升了控制器的抗干扰能力；抽气执行机构选择了具有防爆功能的防爆真空抽气泵和防爆真空磁启动器驱动模块，避免了电火花与易燃气体的接触；利用样气排气单元与通道预抽排气单元，可将检测后的气体一同作安全处理，防止气体泄露；还可将监测数据存储或通过网口与井下环网交互，并设置了人机交互模块和语音报警模块，更加方便和人性化。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为本实施例1的一种结构框图。
图中各附图标记所代表的组件为：
1-1、ARM主控处理单元，1-2、人机交换模块，1-3、滤尘滤水单元，1-4、光电隔离模块，1-5、防爆真空磁启动器驱动模块，1-6、防爆真空抽气泵，1-7、光电隔离驱动模块，1-8、多通道电磁阀控制模块，1-9、ADC采集模块，1-10、预检测模块，1-11、隔离型RS485通讯模块，1-12、激光多气体分析模块，1-13、样气排气单元，1-14、通道预抽排气单元，1-15、电源模块，1-16、语音报警模块，1-17、网络通讯模块，1-18、本安隔离模块，1-19、存储模块。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
参见图1，图1是本实施例1的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统的结构框图，包括电源模块1-15、控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件，所述电源模块1-15为控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯模块提供电能，所述气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件分别与控制器连接，所述控制器包括ARM主控处理单元1-1，所述气体采集部件包括多路进气束管、滤尘滤水单元1-3、抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块1-8和通道预抽排气单元1-14，所述多路进气束管一端与采样气体接触，所述多路进气束管另一端依次经过滤尘滤水单元1-3和抽气执行机构后与多通道电磁阀控制模块1-8连接，所述通道预抽排气单元1-14通过与多通道电磁阀控制模块1-8连通，所述气体分析部件包括预检测模块1-10和激光多气体分析模块1-12，所述多通道电磁阀控制模块1-8与预检测模块1-10通过单路束管连接，所述预检测模块1-10与激光多气体分析模块1-12通过单路束管连接，所述ARM主控处理单元1-1通过电缆分别与抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块1-8、预检测模块1-10和激光多气体分析模块1-12电连接。
矿用束管或称管缆，具有一定的拉伸、耐压强度和抗冲击性。当前广泛应用在石化系统的气动控制、煤矿井下气体监测用途的束管监测系统。多通道电磁阀控制模块1-8的每一通道对应控制一路进气束管的开闭，因此进气束管的数目应不多于多通道电磁阀控制模块1-8的通道数，本实施例中将其设计为16路进气束管和16通道电磁阀控制模块，其数量可根据现场情况决定。
具体的，进气束管先进入滤尘滤水单元1-3将水和粉尘过滤掉，再进入抽气执行机构。所述抽气执行机构由防爆真空抽气泵1-6和防爆真空磁启动器驱动模块1-5组成，所述多路进气束管依次经过滤尘滤水单元1-3和防爆真空抽气泵1-6后与多通道电磁阀控制模块1-8连接，所述ARM主控处理单元1-1和防爆真空抽气泵1-6间连接有防爆真空磁启动器驱动模块1-5。
所述ARM主控处理单元1-1和防爆真空磁启动器驱动模块1-5间还连接有光电隔离模块1-4，光电隔离在矿用防爆设备中十分常见，通过电-光-电这种转换,利用“光”这一环节完成隔离功能,使输入和输出在电气上是完全隔离的，其目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使测控装置与现场仅保持信号联系,而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断,从而达到隔离现场干扰的目的。
抽气执行机构选用具有防爆功能的防爆真空抽气泵1-6和防爆真空磁启动器驱动模块1-5，由于ARM主控处理单元1-1发出的控制信号不足以直接驱动防爆真空抽气泵1-6，故加入防爆真空磁启动器驱动模块1-5接收ARM主控处理单元1-1发出的控制信号并驱动防爆真空抽气泵1-6正常运行，再加上光电隔离模块1-4，能够保证控制信号由ARM主控处理单元1-1发送至防爆真空磁启动器驱动模块1-5以及防爆真空磁启动器驱动模块1-5驱动防爆真空抽气泵1-6进行动作的两个过程中，不会有电火花与气体接触，避免爆炸风险，同时，光电隔离模块1-4也避免了ARM主控处理单元受到异常电信号冲击干扰的风险，实现电气隔离，更加稳定。
同样，在所述ARM主控处理单元1-1和多通道电磁阀控制模块1-8间也连接了类似的光电隔离驱动模块1-7，以避免ARM主控处理单元1-1受到异常电信号干扰，做到电气隔离，同时光电隔离驱动模块1-7具备了一定的驱动能力，能够驱动多通道电磁阀控制模块1-8执行切换动作。多通道电磁阀控制模块1-8接收ARM主控处理单元1-1的控制信号，控制电磁阀，使其在任意时刻至多只有一路进气束管的气体进入预检测模块1-10，其他路进气束管内的气体进入通道预抽排气单元1-14妥善处理。
所述ARM主控处理单元1-1和预检测模块1-10间连接有ADC采集模块1-9，ADC即模拟数字转换器(Analog-to-digital converter)，是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。ADC的作用是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，真实世界的模拟信号，例如温度、湿度、压力、流量、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。所述预检测模块1-10包括流量计、温湿度采集模块和压力采集模块。ADC采集模块1-9连接流量计、温湿度采集模块和压力采集模块，监测束管中的流量、温湿度、压力，保证激光多气体分析模块1-12在正常条件分析气路中气体参数。上述流量计、温湿度采集模块和压力采集模块的选型和应用可根据具体场景灵活选择，由流量计、温湿度采集模块和压力采集模块等传感器采集生成的模拟信号发送至ADC采集模块1-9继而转换为转换为数字信号，再发送给ARM主控处理单元1-1的过程，对本领域内的技术人员来说是容易实现的，既可使用市面上成熟的模块也可自行设计电路。
所述ARM主控处理单元1-1和激光多气体分析模块1-12间连接有隔离型RS485通讯模块1-11，隔离型RS485通讯模块1-71采用新型RS485通讯协议，并具备电气隔离功能，能够避免电磁干扰，将激光多气体分析模块1-7的数据完整传输至ARM主控处理单元1-1。
所述激光多气体分析模块1-12通过束管连接有样气排气单元1-13，所述样气排气单元1-13与通道预抽排气单元1-14连通，可将检测后的气体一同作安全处理，废气最终汇总至通道预抽排气单元1-14进行处理。
激光多气体分析模块1-12采用可调谐激光光谱吸收技术，不受背景气体影响，相比传统光谱吸收技术，激光光谱采用单线吸收光谱技术,单色性好,并且激光波长扫描范围仅覆盖被测气体的吸收光谱,从而避免了气体分析中的交叉干扰,保证了测量的准确性；不受粉尘和视窗污染的影响，采用激光光谱分析气质组份时,气体的浓度是由投射光强的二次谐波信号与直流信号的比值决定的，因此,当激光在传输过程中遇到粉尘或视窗脏污时,二次谐波信号与直流信号会同比下降,不会对气体浓度的测量造成影响；自动修正温度、压力对测量的影响，对于某些被测过程气体,其温度和压力变化较大,这样会导致二次谐波信号波形的幅值与形状发生相应的变化,影响测量准确度。可调谐激光光谱吸收技术可以接受外部输入的温度和压力信号,进行温度和压力补偿计算,自动修正温度和压力变化对气体浓度测量的影响。
所述电源模块1-15包括三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块，所述三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块依次连接。
所述数据通讯部件包括网络通讯模块1-17和存储模块1-19，所述网络通讯模块1-17通过本安隔离模块1-18与井下环网连接，所述存储模块1-19与ARM主控处理单元1-1连接。通过网络通讯模块1-17实现了ARM主控处理单元1-1与井下环网的数据交互，存储模块1-19可对数据进行备份。
所述ARM主控处理单元1-1连接人机交互模块1-2和语音报警模块1-16，所述人机交互模块1-2包括防爆键盘和液晶显示器。通过人机交互模块1-2实时获取监测信息以及调整某些测试参数，语音报警模块1-16可在监测到异常气体状况时及时发出警报。
下面结合图1，说明基于ARM的井下激光多气体束管采样系统的工作原理及控制方法：电源模块1-15给整个控制器的各个单元、模块供电，通过人机交互模块1-2中的防爆键盘操作启动ARM主控处理单元1-1中的程序；ARM主控处理单元1-1通过I/O引脚将信号传输到光电隔离模块1-4进行信号光电隔离，信号经过光电隔离后驱动防爆真空磁启动器驱动模块1-5，从而驱动防爆真空抽气泵1-6；防爆真空抽气泵1-6开启后采空区的气体通过多路进气束管进入滤尘滤水单元1-3，将气体中粉尘、水蒸气进行过滤后再进入防爆真空抽气泵1-6，ARM主控处理单元1-1通过控制多通道电磁阀控制模块1-8选取某一路气体进入激光多气体分析模块1-12，其它气体通过通道预抽排气单元1-14排放出去。
本实施实例中为了保证激光多气体分析模块1-12分析气体的准确、稳定，设有预检测模块1-10，预检测模块1-10包括流量计、温湿度采集模块和压力采集模块，保证进入激光多气体分析模块1-12的气体流量、湿度、压力在合理范围，预检测模块1-10的信号通过ADC采集模块1-9将模拟信号转换成数字信号传输给ARM主控处理单元1-1；激光多气体分析模块1-12分析出来的实时气体浓度通过隔离型RS485通讯模块1-11传输给ARM主控处理单元1-1。
本实施实例中基于ARM的井下激光多气体束管采样系统具有语音报警模块1-16，当分析出来的气体浓度达到设定阈值，ARM主控处理单元1-1输出信号控制语音报警功能模块1-16进行井下报警。采集的实时气体浓度通过控制的存储模块1-19可保存一个月，通过网络通讯模块1-17与本安隔离模块1-18接入井下环网，将气体浓度实时上传到地面服务器。
电源模块1-15考虑了爆炸性环境设备通用要求进行设计，通过12V直流本安稳压电源输入，通过三重过压保护模块后进入隔离模块，考虑各个功能模块启动瞬间电流消耗较大，在隔离模块后端配有软启动模块，防止控制器启动瞬间冲击电流过大导致本安直流稳压电源保护；电压经过软启动模块后进入降压模块，通过降压模块将12V电压降压成两路，一路为3.6V给ARM主控处理单元1-1供电，另一路为5V给各个单元、模块供电。
在具体实施中，通过隔离型RS485通讯模块1-11与激光多气体分析模块1-12连接交换数据信息时，为了抑制矿井大型设备电磁信号对通讯质量的影响，也为了增强控制器对外部干扰的抗扰能力，可在RS485接口处增加EMC抗干扰电路进行抑制；作为较佳的实施方式，在ARM主控处理单元1-1的RX/TX通讯引脚处，除了连接传统的光电隔离器件，也可连接ADUM1201隔离模块，用ADUM1201代替传统的光电隔离器件，既降低了系统功耗，简化系统结构，又增加了控制器与激光多气体分析模块通讯的稳定性，提高了控制器的性能，此处可根据具体要求选择合适的隔离方案，并不局限于所述方案。
通过本实施例的方案，提供了一种更适合煤矿采空区发火监测需求的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，能够实时采集分析多个采空区域内多种标志性气体状况，由ARM主控处理单元1-1控制多通道电磁阀控制模块1-8切换抽气区域，避免井上监测带来的长距离束管传输漏气不准确、检测延迟问题；激光多气体分析模块1-12采用可调谐激光光谱吸收技术对气体进行检测，测量精度高、耗时短；基于ARM架构的主控处理单元能够控制多个通道检测并收集采空区内多种标志性气体浓度数值，实时检测判断异常数据；多处增加隔离模块，提升了控制器的抗干扰能力；抽气执行机构选择了具有防爆功能的防爆真空抽气泵1-6和防爆真空磁启动器驱动模块1-5，避免了电火花与易燃气体的接触；利用样气排气单元1-13与通道预抽排气单元1-14，可将检测后的气体一同作安全处理，避免气体泄漏；还可将监测数据存储或通过网络与井下环网交互，并设置了人机交互模块1-2和语音报警模块1-16，更加方便和人性化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，包括电源模块(1-15)、控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件，所述电源模块(1-15)为控制器、气体采集部件、气体分析部件和数据通讯模块提供电能，所述气体采集部件、气体分析部件和数据通讯部件分别与控制器连接，其特征在于，所述控制器包括ARM主控处理单元(1-1)，所述气体采集部件包括多路进气束管、滤尘滤水单元(1-3)、抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块(1-8)和通道预抽排气单元(1-14)，所述多路进气束管一端与采样气体接触，所述多路进气束管另一端依次经过滤尘滤水单元(1-3)和抽气执行机构后与多通道电磁阀控制模块(1-8)连接，所述通道预抽排气单元(1-14)与多通道电磁阀控制模块(1-8)连通，所述气体分析部件包括预检测模块(1-10)和激光多气体分析模块(1-12)，所述多通道电磁阀控制模块(1-8)与预检测模块(1-10)通过单路束管连接，所述预检测模块(1-10)与激光多气体分析模块(1-12)通过单路束管连接，所述ARM主控处理单元(1-1)通过电缆分别与抽气执行机构、多通道电磁阀控制模块(1-8)、预检测模块(1-10)和激光多气体分析模块(1-12)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述抽气执行机构包括防爆真空抽气泵(1-6)和防爆真空磁启动器驱动模块(1-5)，所述多路进气束管依次经过滤尘滤水单元(1-3)和防爆真空抽气泵(1-6)后与多通道电磁阀控制模块(1-8)连接，所述ARM主控处理单元(1-1)和防爆真空抽气泵(1-6)间连接有防爆真空磁启动器驱动模块(1-5)。
3.根据权利要求2所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述ARM主控处理单元(1-1)和防爆真空磁启动器驱动模块(1-5)间还连接有光电隔离模块(1-4)。
4.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述ARM主控处理单元(1-1)和多通道电磁阀控制模块(1-8)间连接有光电隔离驱动模块(1-7)。
5.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述ARM主控处理单元(1-1)和预检测模块(1-10)间连接有ADC采集模块(1-9)。
6.根据权利要求1或5所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述预检测模块(1-10)包括流量计、温湿度采集模块和压力采集模块。
7.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述ARM主控处理单元(1-1)和激光多气体分析模块(1-12)间连接有隔离型RS485通讯模块(1-11)，所述激光多气体分析模块(1-12)通过单路束管连接有样气排气单元(1-13)，所述样气排气单元(1-13)与通道预抽排气单元(1-14)连通。
8.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述电源模块(1-15)包括三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块，所述三重过压保护模块、隔离模块、软启动模块和降压模块依次连接。
9.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述数据通讯部件包括网络通讯模块(1-17)和存储模块(1-19)，所述网络通讯模块(1-17)通过本安隔离模块(1-18)与井下环网连接，所述存储模块(1-19)与ARM主控处理单元(1-1)连接。
10.根据权利要求1所述的基于ARM的井下激光多气体束管采样系统，其特征在于，所述ARM主控处理单元(1-1)连接人机交互模块(1-2)和语音报警模块(1-16)，所述人机交互模块(1-2)包括防爆键盘和液晶显示器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911317688.5A CN110907397A (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 基于arm的井下激光多气体束管采样系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911317688.5A CN110907397A (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 基于arm的井下激光多气体束管采样系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110907397A true CN110907397A (zh) | 2020-03-24 |
Family
ID=69826641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911317688.5A Pending CN110907397A (zh) | 2019-12-19 | 2019-12-19 | 基于arm的井下激光多气体束管采样系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110907397A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111928982A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-13 | 山东光安智能科技有限公司 | 一种矿用可视化光纤光栅大量程锚杆索应力监测传感器 |
| CN114646734A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种采空区气体原位监测装置及检测方法 |
| CN114791474A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-26 | 国能神东煤炭集团有限责任公司 | 车载式巷道气体测定系统、控制方法及电子设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2269477Y (zh) * | 1996-05-07 | 1997-12-03 | 中国人民解放军空军涿州航练器材厂 | 防爆油泵装置 |
| CN201953414U (zh) * | 2011-01-21 | 2011-08-31 | 谢晓莉 | 矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统 |
| CN104083841A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-10-08 | 电子科技大学 | 一种用于矿井和地下管网的火灾防控系统及方法 |
| CN205654379U (zh) * | 2016-05-16 | 2016-10-19 | 陕西派瑞智能科技有限公司 | 无源光纤传感及束管煤矿井下多气体在线监测预警系统 |
| CN106872403A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-20 | 西安科技大学 | 煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置 |
| CN207408175U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-05-25 | 新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所 | 一种煤矿采空区有害气体多点采集检测装置 |
-
2019
- 2019-12-19 CN CN201911317688.5A patent/CN110907397A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2269477Y (zh) * | 1996-05-07 | 1997-12-03 | 中国人民解放军空军涿州航练器材厂 | 防爆油泵装置 |
| CN201953414U (zh) * | 2011-01-21 | 2011-08-31 | 谢晓莉 | 矿井井下火灾及有毒有害气体正压束管监测系统 |
| CN104083841A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-10-08 | 电子科技大学 | 一种用于矿井和地下管网的火灾防控系统及方法 |
| CN205654379U (zh) * | 2016-05-16 | 2016-10-19 | 陕西派瑞智能科技有限公司 | 无源光纤传感及束管煤矿井下多气体在线监测预警系统 |
| CN106872403A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-20 | 西安科技大学 | 煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置 |
| CN207408175U (zh) * | 2017-10-17 | 2018-05-25 | 新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所 | 一种煤矿采空区有害气体多点采集检测装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111928982A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-13 | 山东光安智能科技有限公司 | 一种矿用可视化光纤光栅大量程锚杆索应力监测传感器 |
| CN111928982B (zh) * | 2020-07-27 | 2021-09-10 | 山东光安智能科技有限公司 | 一种矿用可视化光纤光栅大量程锚杆索应力监测传感器 |
| CN114646734A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-21 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种采空区气体原位监测装置及检测方法 |
| CN114791474A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-26 | 国能神东煤炭集团有限责任公司 | 车载式巷道气体测定系统、控制方法及电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110907397A (zh) | 基于arm的井下激光多气体束管采样系统 | |
| CN212781058U (zh) | 一种电力电缆智能故障预警管理系统 | |
| CN102496236A (zh) | 自检光源直射式火焰探测器及方法 | |
| EA201500696A1 (ru) | Способ и устройство дистанционной проверки угольной шахты на утечку | |
| CN208705227U (zh) | 一种煤矿井下红外气体监测分析装置 | |
| CN203883361U (zh) | 一种sf6开关室智能监控系统 | |
| CN211263180U (zh) | 一种井下激光多气体束管采样检测器 | |
| CN203915873U (zh) | 大型露天变压器区域火灾消防联动控制装置 | |
| CN103198604B (zh) | 一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的装置及方法 | |
| CN104111392A (zh) | 一种35kV电容器组在线监测预警装置 | |
| CN103334781A (zh) | 瓦斯抽采安全隐患监测系统 | |
| CN202853748U (zh) | 火炬长明灯火焰离子检测电路 | |
| CN111812278A (zh) | 基于数据融合的煤矿采空区气体监测预警系统及方法 | |
| CN201732056U (zh) | 六氟化硫气体泄漏监控报警装置 | |
| CN204594762U (zh) | 一种多用途集成式气载取样装置 | |
| CN110702625A (zh) | 基于光纤传感和激光光谱分析的煤矿防自然发火监测系统 | |
| CN103590856B (zh) | 矿井气体束管管路监测系统的监测方法 | |
| CN204086227U (zh) | 一种变压器油色谱及微水在线监测系统 | |
| CN105203490A (zh) | 变压器油中溶解气体智能在线监测系统 | |
| CN201945634U (zh) | 一种具有信号输出功能的相序贴 | |
| CN104482413A (zh) | 矿用瓦斯管道爆炸信号监控装置 | |
| CN103940965A (zh) | 气体变送设备检测装置及方法 | |
| CN111103514A (zh) | 一种环网柜放电检测装置 | |
| CN206038812U (zh) | 点火装置高压充放电路故障监测装置 | |
| CN212693068U (zh) | 一种用于矿井瓦斯通风管道的双红外火焰探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Building D12, CRRC Zhihui City, No. 3777 Chunxuan Road, High tech Zone, Jinan City, Shandong Province, 250000 Applicant after: Shandong Guang'an Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: Block B, physicochemical building, 3666 Century Avenue, high tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant before: Shandong Guang'an Intelligent Technology Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200324 |