CN202707146U - 瓦斯数字化监测报警系统 - Google Patents

Abstract

一种瓦斯数字化监测报警系统，由瓦斯浓度测定仪和计算机组成，其特征在于：瓦斯浓度测定仪由复合型防爆电器设备、传感器、电池组成，复合型防爆电器电路采用厚膜电路，主要包括与微处理器电路连接的数据采集运算放大电路、稳压电路、报警延时电路、通信控制电路及现场状态显示模块。本实用新型采用了先进的表面贴装技术和便于调零和维修的结构，本安试验、防爆检验、性能检验，设计合理，为本质安全电路，具有工作时间长、密封性能好、短路保护、性能稳定、报警准确可靠等特点。采用了新型的微控制器测控系统，在煤矿井下使用维护方便，起到有效避免瓦斯事故的作用，给煤矿安全生产提供重要保障。

Description

瓦斯数字化监测报警系统

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全技术，特别是瓦斯数字化监测报警系统。 

背景技术

在煤矿生产中, 瓦斯是有害气体，它严重地威胁着矿工生命和国家财产的安全。为防止瓦斯在井下的危害，一般均设有专用瓦斯检测及报警系统，目前管理和监测瓦斯的整体水平不高，瓦斯事故依然频繁发生，它的检测可靠性和时间范围往往受到检测人员的限制，同时现有的报警器还不同程度存在功能单一、体积大、工作时间短、性能不稳定、报警点不可靠、易产生误报警动作等不足之处。瓦斯监测报警系统是集瓦斯检测与报警于一体，利用单片机和计算机强大功能进行数据处理和控制，对传感器的自校零和非线性的线性化处理，实时监测瓦斯，当瓦斯超过预定数值时发出警报。报警系统符合新标准要求，具有瓦斯浓度状况监测、历史记录数据查询和数据分析等多种功能。 

发明内容

本实用新型的目的是为了数字化监测矿井瓦斯浓度并及时给予报警，研制一种高性能的矿井瓦斯监测声光报警系统。 

本实用新型瓦斯数字化监测报警系统的技术方案如下： 

本实用新型瓦斯浓度监测报警系统主要由瓦斯浓度测定仪和计算机组成，其特征在于：瓦斯浓度测定仪由复合型防爆电器设备、传感器、电池组成，复合型防爆电器电路采用厚膜电路，包括与微处理器电路连接的数据采集运算放大电路、稳压电路、报警延时电路、通信控制电路及现场状态显示模块。

上述微处理器为ATmega8，并与数据显示、数据处理、串行通信模块连接。采用ATmega8作为微处理器测定仪能实现瓦斯浓度、开关量采集和开关信号输出，并有数据显示功能。计算机软件包括人机界面、数据处理、串行通信等模块，电路原理如图1所示。 

本实用新型以ATmega8单片机为硬件核心，采用软件实现催化元件的自动校零、非线性补偿，通过实时采集、经过数据处理能够准确地监测瓦斯含量，并经远程数据传送模块将数据传送到井上计算机监测平台进行处理，当被测气体中瓦斯浓度超过预定数值时，将产生声光报警。该监测报警系统测量范围0～4%CH4，基本误差≤±0.10（%CH4 0.00～1.00），≤±0.19（%CH4 1.00～4.00），具有成本低、稳定安全可靠、操作方便。 

本实用新型监测报警系统在设计中采用了先进的表面贴装技术和便于调零和维修的 结构，印制电路板上的连接导线，直径都大于0.5mm。经实验室试验、本安试验、防爆检验、性能检验，设计合理，为本质安全电路，具有工作时间长、密封性能好、短路保护、性能稳定、报警准确可靠等特点。采用了新型的微控制器测控系统，在煤矿井下使用维护方便，起到有效避免瓦斯事故的作用，给煤矿安全生产提供重要保障。 

附图说明

图1 为本实用新型瓦斯监测报警系统结构示意图。 

图2 为本实用新型数据采集运算放大电路图。 

图3为本实用新型稳压电路图。 

图4为本实用新型报警延时电路图。 

图5 为本实用新型通信控制电路图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型过一步描述： 

如附图1，本实用新型瓦斯浓度监测报警系统主要由瓦斯浓度测定仪和瓦斯浓度数据处理的计算机组成。瓦斯浓度测定仪由复合型防爆电器设备、传感器、电池组成，复合型防爆电器电路采用厚膜电路，主要包括电路连接的数据采集运算放大电路、稳压电路、驱动电路、报警延时电路、通信控制电路及现场状态显示模块。

本实用新型瓦斯监测报警系统的瓦斯检测传感器利用热催化检测原理，采用平安机电研究所生产的JZY4－13型催化元件，其主要技术指标为：工作电压：2.0～2.8V；工作电流：85～120ｍA；环境温度：0～40℃；每月最大零漂＜0.2%CH4；使用寿命＞１年。由于催化元件灵敏度较低，一般为18mv(1%CH4)左右，如图2所示的数据采集运算放大电路即能满足这一要求。该数据采集运算放大电路包含两个放大级，前两个放大器组成第一级，二者均接成同相输入，因此输入电阻很高。后一个放大器构成差动放大级，将差动输入信号转换成单端对地输出，通过调节R10可以改变负反馈量的大小，从而改变放大器的放大倍数，校准载体催化元件灵敏度。 [0015] 本实用新型为减小报警点瓦斯浓度误差,使报警电路保证报警点瓦斯浓度误差不超限，故设置精密稳压电路见图3，由调整管Q8、分流稳压器T2、偏置电阻R40、R9、R7和电容C3组成，T2是3端可调分流稳压器，输入电压VDD为通过安全栅输出电压，经偏置电阻R40后为分流稳压器T2提供阴极电流（>1mA），通过分流稳压器T2的分流作用，调整偏置电阻R9和R7的阻值可输出所要求的稳定电压。 

为防止报警器的误动作，电路采用开机报警延时电路，其电路如图4所示。驱动电路是低电平送入, 驱动电路不工作。关机后，C4充的电荷由D2放掉，以备下次使用。当 C4充电完后，延时结束，U3A的管脚1应为高电平，电路进入正常工作状态。报警时报警灯要闪烁显示，以增强报警效果，在振荡电路中它是一个由时基电路集成块构成的多谐振荡器，它驱动LED产生闪烁效果。 

现场采集与井上计算机监测平台之间采用MODEM传输数据，通过MODEM与监测平台联系，来实现采集模块的远距离数据传输；前端数据采集由于使用单片机系统，采用现成MODEM芯片MSM7512B模块电路，可以采用半双工的传输方式，传输速率为1200bps，使用单一+5V电源，外围电路简单，且直接输出TTL电平，可以很方便的与计算机RS-232接口协议或单片机实现点对点的通信。数据转发如图5所示。 

本实用新型计算机机软件主要是对数据的进一步处理，总站多路数据转发器传输出来的数据，通过监控计算机负责采集数据。监测界面友好，可通过连结投影仪在大屏幕上实时显示当前各个采集点参数的工作状态，实现了实时监测、动态显示、历史数据查询、曲线绘制、报表打印输出等功能。 

本实用新型按GB1348692标准的规定，催化瓦斯传感器连续工作8h的零点漂移不应大于0.1%CH4，但在使用较长时间后，就会出现严重的零点漂移，主要原因是热催化传感元件和补偿元件的物理参数一致性差。自动校零的设计思路是：开机后，读初值，通过电路设计，使元件完全不与井下的瓦斯气体反应，可以认为此时测量到的检测值即为零漂值。将此“零漂值”存入单片机RAM中。这一过程结束后，开始检测瓦斯气体。通过A/D转换后的原始数据要经数据总线进入单片机中进行预处理，减掉存储在RAM中的“零漂值”，使检测值得到补偿，实现瓦斯气体测量数据的自动校零；最后将数据与预设报警值进行比较。 

本实用新型采用非线性补偿软件设计， 催化元件的非线性特性可以近似用一个多项式来表示：Y=W1X1+W2X2+W3X3+...+WnXn（X为输出信号，W1、W2、W3...Wn为系数）。由于催化元件参数的离散性，不同催化传感元件的W1、W2、W3...系数是有差异的，因此，按一般的线性函数逼近方法进行线性校正不仅复杂，而且也是非常粗略的。在实际中采用分段直线法进行简单的线性处理，增加分段线性校正的区域，可保证较高的精度。 

Claims (5)

1.瓦斯数字化监测报警系统，由瓦斯浓度测定仪和计算机组成，其特征在于：瓦斯浓度测定仪由复合型防爆电器设备、传感器、电池组成，复合型防爆电器电路采用厚膜电路，包括与微处理器电路连接的数据采集运算放大电路、稳压电路、报警延时电路、通信控制电路及现场状态显示模块。

2.如权利要求1所述瓦斯数字化监测报警系统，其特征在于：所述微处理器为ATmega8，并与数据显示、数据处理、串行通信模块连接。

3.如权利要求1所述瓦斯数字化监测报警系统，其特征在于：所述数据采集运算放大电路包含两个放大级，前两个放大器组成第一级，二者均接成同相输入，后一个放大器构成差动放大级，将差动输入信号转换成单端对地输出。

4.如权利要求1所述瓦斯数字化监测报警系统，其特征在于：所述稳压电路由调整管Q8、分流稳压器T2、偏置电阻R40、R9、R7和电容C3组成，T2是3端可调分流稳压器，输入电压VDD为通过安全栅输出电压，经偏置电阻R40后为分流稳压器T2提供阴极电流，通过分流稳压器T2的分流作用，调整偏置电阻R9和R7的阻值可输出所要求的稳定电压。

5.如权利要求1所述瓦斯数字化监测报警系统，其特征在于：所述报警延时电路包括由时基电路集成块构成的多谐振荡器，并驱动LED闪烁。 

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