CN202939125U - 一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，包括对被检测煤矿瓦斯气体的浓度进行实时检测的信号检测单元、对信号检测单元所检测信号进行调理的信号调理单元和与信号调理单元相接的数据处理单元；信号检测单元包括红外光源、供被检测煤矿瓦斯气体通过的气室和对通过气室的红外光能进行实时检测的热释电探测器，气室的上下两侧分别开有进气孔和出气孔，气室的左右两侧分别开有入射口和出射口；数据处理单元包括微处理器以及分别与微处理器相接的时钟电路、复位电路、数据存储单元和上位机。本实用新型体积小、结构简单且安装布设方便、使用效果好适用于煤矿井下使用，灵敏度高，响应快，检测数据指标满足煤矿井下甲烷气体浓度检测要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种瓦斯气体浓度检测装置，尤其是涉及一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置。
背景技术
在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡人数的50%以上。而为了有效的检测井下瓦斯气体浓度，必须设置能在线实时快速检测瓦斯气体浓度的仪器和设备。煤矿瓦斯检测仪器按检测原理主要包括载体催化型、光干涉型、热导型、气敏半导体型和红外吸收型检测装置。其中，红外吸收型气体检测仪器能够测量多种气体浓度，具有测量范围宽、选择性良好、不会中毒、使用寿命长、功耗低、便于操作与维护、与计算机技术相结合可实现在线实时监测等诸多优点。但现有地面上使用的红外气体检测装置均不同程度地存在体积大、设备复杂、价格昂贵、光学系统和电路结构不适用于在井下使用等缺陷和不足。因而，现如今研制一种体积小、结构简单、价格低廉且能适用于井下使用的红外气体检测装置具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其体积小、结构简单且安装布设方便、使用效果好适用于煤矿井下使用，灵敏度高，响应快，检测数据指标满足煤矿井下甲烷气体浓度检测要求。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：包括对被检测煤矿瓦斯气体的浓度进行实时检测的信号检测单元、对信号检测单元所检测信号进行调理的信号调理单元和与信号调理单元相接的数据处理单元；所述信号检测单元包括红外光源、供所述被检测煤矿瓦斯气体通过的气室和对通过气室的红外光能进行实时检测的热释电探测器，所述气室的上下两侧分别开有供所述被检测煤矿瓦斯气体进入和排出的进气孔和出气孔，所述热释电探测器与信号调理单元相接；所述气室的左右两侧分别开有入射口和出射口，且所述入射口和出射口呈正对布设；所述红外光源布设在所述入射口外侧，且热释电探测器布设在所述出射口外侧；所述红外光源与光源调制电路相接；所述数据处理单元包括微处理器以及分别与微处理器相接的电源模块、时钟电路、复位电路、数据存储单元和上位机；所述微处理器与信号调理单元相接；所述微处理器为ARM9微处理器，且所述ARM9微处理器为S3C2410微处理器。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述气室为呈水平向布设的圆柱形气室，所述入射口和出射口分别为所述圆柱形气室的左右两个端口，所述进气孔布设在所述圆柱形气室的右侧上部，且出气孔布设在所述圆柱形气室的左侧下部。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述信号调理单元包括与热释电探测器相接的放大滤波电路和与放大滤波电路相接的A/D转换器，所述A/D转换器与所述S3C2410微处理器相接。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述红外光源布设在所述入射口的左侧，且热释电探测器布设在所述出射口的右侧。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述S3C2410微处理器与上位机之间通过串行接口进行连接。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述红外光源为IRL715红外光源。
上述一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征是：所述热释电探测器为双光路热释电探测器PYS 3228 TC G5.2/G20。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、体积小、结构简单且安装布设方便，投入成本较低。
2、使用操作简便且使用效果好，适用煤矿井下使用，具有测量范围宽、灵敏度高、响应快、选择性良好、使用寿命长、功耗低、便于操作与维护、在线实时监测、不受电磁干扰、耐腐蚀等诸多优点，可放入恶劣环境如有毒、高温气体中进行检测，实现在线实时检测和监测煤矿瓦斯气体浓度，检测数据指标满足煤矿井下甲烷气体浓度检测要求，对煤矿安全生产具有重要意义。
综上所述，本实用新型体积小、结构简单且安装布设方便、使用效果好适用于煤矿井下使用，灵敏度高，响应快，检测数据指标满足煤矿井下甲烷气体浓度检测要求。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型气室的结构示意图。
附图标记说明:
1—信号检测单元； 1-1—红外光源； 1-2—气室；
1-21—进气孔； 1-22—出气孔； 1-3—热释电探测器；
2—信号调理单元； 2-1—放大滤波电路； 2-2—A/D转换器；
3—数据处理单元； 3-1—微处理器； 3-2—电源模块；
3-3—时钟电路； 3-4—复位电路； 3-5—数据存储单元；
3-6-上位机； 3-7-串行接口； 4-光源调制电路。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括对被检测煤矿瓦斯气体的浓度进行实时检测的信号检测单元1、对信号检测单元1所检测信号进行调理的信号调理单元2和与信号调理单元2相接的数据处理单元3。所述信号检测单元1包括红外光源1-1、供所述被检测煤矿瓦斯气体通过的气室1-2和对通过气室1-2的红外光能进行实时检测的热释电探测器1-3，所述气室1-2的上下两侧分别开有供所述被检测煤矿瓦斯气体进入和排出的进气孔1-21和出气孔1-22，所述热释电探测器1-3与信号调理单元2相接。所述气室1-2的左右两侧分别开有入射口和出射口，且所述入射口和出射口呈正对布设。所述红外光源1-1布设在所述入射口外侧，且热释电探测器1-3布设在所述出射口外侧；所述红外光源1-1与光源调制电路4相接。所述数据处理单元3包括微处理器3-1以及分别与微处理器3-1相接的电源模块3-2、时钟电路3-3、复位电路3-4、数据存储单元3-5和上位机3-6。所述微处理器3-1与信号调理单元2相接。所述微处理器3-1为ARM9微处理器，且所述ARM9微处理器为S3C2410微处理器。
结合图2，本实施例中，所述气室1-2为呈水平向布设的圆柱形气室，所述入射口和出射口分别为所述圆柱形气室的左右两个端口，所述进气孔1-21布设在所述圆柱形气室的右侧上部，且出气孔1-22布设在所述圆柱形气室的左侧下部。
实际进行布设安装时，所述红外光源1-1布设在所述入射口的左侧，且热释电探测器1-3布设在所述出射口的右侧。具体加工时，所述气室1-2的长度为60cm，内径为3cm，能得到较大的光强变化，便于后续的检测分析。
本实施例中，所述信号调理单元2包括与热释电探测器1-3相接的放大滤波电路2-1和与放大滤波电路2-1相接的A/D转换器2-2，所述A/D转换器2-2与所述S3C2410微处理器相接。
所述放大滤波电路2-1包括LM358运算放大器，LM358运算放大器的正相输入端经电阻R3后接电源端Vi，LM358运算放大器的反相输入端经电阻R1后接地，且LM358运算放大器的输出端与反相输入端之间接有电阻R2，所述电阻R2上并接有电容C1。其中，电阻R1、电阻R2和运算放大器LM358组成一个有源放大电路，R3为平衡电阻，电容C1完成高频滤波，输出信号Vo=(1+R2/R1)Vi，起到对信号的滤波和放大作用。
所述A/D转换器2-2选择三星公司S3C2410微处理器自带的一个8路10位逐次逼近式A/D转换器，采样分辨率为3.3mV，最大转换率为500K，非线性度为正负1.5位，其转换时间为5μs（系统时钟为50MHz，比例值为49）。
本实施例中，所述S3C2410微处理器与上位机3-6之间通过串行接口3-7进行连接。
本实施例中，所述红外光源1-1为IRL715红外光源。IRL715红外光源是一种白炽灯，属于热辐射型光源，最大直径3.17mm、额定工作电压为5V、额定电流为115mA、额定功率0.575W、辐射强度0.15MSCP、反应时间常数是290ms、波长从可见光到5μm，适合HC(3μm-3.5μm)、CO2(4.15μm-4μm)等气体的浓度检测。IRL715红外光源具有高可靠性，输出光波稳定，反应时间常数较短，可进行低频电调制，使用寿命长，工作在5伏电压下，可达40000小时。
本实施例中，所述热释电探测器1-3为双光路热释电探测器PYS 3228TC G5.2/G20。
实际使用时，所述光源调制电路4提供频率为480Hz的三角波调制信号，通过对IRL715红外光源的注入电流进行三角波调制，使光源频率和输出光强也受到相应的调制。所述IRL715红外光源发出的光耦合进入气室1-2，气室1-2内通有所述被检测煤矿瓦斯气体，所述IRL715红外光源发出的光通过气室1-2时发生衰减，且自气室1-2出来的光信号通过热释电探测器1-3中的光电转换电路转换成电信号，该电信号包含了气体浓度信息，通过检测该电信号就可得出气体的浓度。自气室1-2出来的光信号主要是二次谐波分量（一次谐波可忽略不计），且正比于所述被检测煤矿瓦斯气体的浓度，检测该值就可以精确测量所述被检测煤矿瓦斯气体的体积分数。之后，利用信号调理单元2对微弱信号进行处理，同时也能够将噪声除去，使得本实用新型达到很高的灵敏度。所述S3C2410微处理器接收信号调理单元2处理后的吸纳后后，再通过串行接口3-7接入上位机3-6，以便在数字域进一步对检测信号进行加工处理和计算，实现对煤矿井下瓦斯气体浓度的实时性检测和监测。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：包括对被检测煤矿瓦斯气体的浓度进行实时检测的信号检测单元（1）、对信号检测单元（1）所检测信号进行调理的信号调理单元（2）和与信号调理单元（2）相接的数据处理单元（3）；所述信号检测单元（1）包括红外光源（1-1）、供所述被检测煤矿瓦斯气体通过的气室（1-2）和对通过气室（1-2）的红外光能进行实时检测的热释电探测器（1-3），所述气室（1-2）的上下两侧分别开有供所述被检测煤矿瓦斯气体进入和排出的进气孔（1-21）和出气孔（1-22），所述热释电探测器（1-3）与信号调理单元（2）相接；所述气室（1-2）的左右两侧分别开有入射口和出射口，且所述入射口和出射口呈正对布设；所述红外光源（1-1）布设在所述入射口外侧，且热释电探测器（1-3）布设在所述出射口外侧；所述红外光源（1-1）与光源调制电路（4）相接；所述数据处理单元（3）包括微处理器（3-1）以及分别与微处理器（3-1）相接的电源模块（3-2）、时钟电路（3-3）、复位电路（3-4）、数据存储单元（3-5）和上位机（3-6）；所述微处理器（3-1）与信号调理单元（2）相接；所述微处理器（3-1）为ARM9微处理器，且所述ARM9微处理器为S3C2410微处理器。
2.按照权利要求1所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述气室（1-2）为呈水平向布设的圆柱形气室，所述入射口和出射口分别为所述圆柱形气室的左右两个端口，所述进气孔（1-21）布设在所述圆柱形气室的右侧上部，且出气孔（1-22）布设在所述圆柱形气室的左侧下部。
3.按照权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述信号调理单元（2）包括与热释电探测器（1-3）相接的放大滤波电路（2-1）和与放大滤波电路（2-1）相接的A/D转换器（2-2），所述A/D转换器（2-2）与所述S3C2410微处理器相接。
4.按照权利要求2所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述红外光源（1-1）布设在所述入射口的左侧，且热释电探测器（1-3）布设在所述出射口的右侧。
5.按照权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述S3C2410微处理器与上位机（3-6）之间通过串行接口（3-7）进行连接。
6.按照权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述红外光源（1-1）为IRL715红外光源。
7.按照权利要求1或2所述的一种煤矿瓦斯气体浓度红外检测装置，其特征在于：所述热释电探测器（1-3）为双光路热释电探测器PYS 3228 TCG5.2/G20。
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