CN202947986U - 便携式载体催化甲烷检测报警仪 - Google Patents

Abstract

便携式载体催化甲烷检测报警仪，涉及瓦斯检测报警装置，本实用新型为了解决现有井下使用的检测装置只限于井下固定地点的甲烷浓度检测，难以实现甲烷在井下任意地点、任意时间的实时在线式检测的问题。本实用新型包括壳体、气体检测接口、气敏元件、LED显示和整体电路，壳体为封闭的箱体，壳体的一个侧壁开有一个通孔，气体检测接口设置在所述通孔中，所述通孔与壳体正面开有的另一个通孔贯通形成气流通道，气敏元件设置在所述气流通道中；壳体的正面开有窗口，LED显示设置在所述窗口中；整体电路置于壳体的内腔体中，气敏元件的输出端与检测信号的输入端连通，LED显示的输入端与数值显示信号的输出端连通。本实用新型用于煤矿瓦斯检测。

Description

便携式载体催化甲烷检测报警仪

技术领域

本实用新型涉及瓦斯检测报警装置。

背景技术

目前，瓦斯爆炸是煤矿安全生产中最严重的灾害之一。因为甲烷（CH₄）是瓦斯的主要成分，所以当前煤矿都用对甲烷气体浓度的检测做为瓦斯含量的参考指标。依据煤矿安全工作的要求，对矿井瓦斯含量进行连续及时监测是必须的，同时也是煤矿安全生产的重要保证措施之一。

检测甲烷气体浓度的装置很多，如利用安全灯法、超声波法、红外光谱吸收法、光干涉法、热传导法、气敏半导体法及催化燃烧法的检测装置。但目前井下使用的检测装置只限于在井下矿道中，固定地点安装固定式的甲烷检测装置，无法实现井下甲烷在井下任意地点、任意时间的实时在线式检测，无法满足煤矿安全生产中对事故的预先防范的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有井下使用的检测装置只限于井下固定地点的甲烷浓度检测，难以实现甲烷在井下任意地点、任意时间的实时在线式检测的问题，提供一种便携式载体催化甲烷检测报警仪。

便携式载体催化甲烷检测报警仪，它包括壳体、气体检测接口、气敏元件、LED显示和整体电路，壳体为封闭的箱体，壳体的一个侧壁开有一个通孔，气体检测接口设置在所述通孔中，所述通孔与壳体正面开有的另一个通孔贯通形成气流通道，气敏元件设置在所述气流通道中；壳体的正面开有窗口，LED显示设置在所述窗口中；整体电路置于壳体的内腔体中，气敏元件的信号输出端与整体电路的检测信号的输入端连通，LED显示的信号输入端与整体电路的数值显示信号的输出端连通。

本实用新型利用催化燃烧原理的催化元件进行甲烷浓度检测，通过将空气中甲烷浓度这一物理量对应转换为电阻值的变化值，从而高精度、线性地检测出甲烷浓度的数值。

本实用新型具有可靠性高、功能强、测量精度高的特点。

附图说明

图1为本实用新型的主视图，图2为具体实施方式二的整体电路组成结构示意图，图3为具体实施方式八的电压转换电路示意图，图4为具体实施方式八的信号放大电路示意图，图5为具体实施方式八的显示电路示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，它包括壳体1、气体检测接口2、气敏元件3、LED显示5和整体电路8，壳体1为封闭的箱体，壳体1的一个侧壁开有一个通孔，气体检测接口2设置在所述通孔中，所述通孔与壳体1正面开有的另一个通孔贯通形成气流通道，气敏元件3设置在所述气流通道中；壳体1的正面开有窗口，LED显示5设置在所述窗口中；整体电路8置于壳体1的内腔体中，气敏元件3的信号输出端与整体电路8的检测信号的输入端连通，LED显示5的信号输入端与整体电路8的数值显示信号的输出端连通。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，整体电路8包括电源、LED显示电路、前端数据采集电路、电压检测电路、数据处理器、数据存储器和声光报警电路，电源的输出端同时与LED显示电路、前端数据采集电路、电压检测电路、数据处理器、数据存储器和声光报警电路的电源输入端连通，气敏元件3的信号输出端与前端数据采集电路的检测信号的输入端连通，前端数据采集电路的检测信号的输出端与数据处理器的检测信号的输入端连通，电压检测电路的电压信号的输出端与数据处理器的电压检测信号的输入端连通，LED显示电路的数值显示信号输入端与数据处理器的数值显示信号的输出端连通，声光报警电路的报警启动信号的输入端与数据处理器的报警启动信号的输出端连通，数据处理器的存储数据信号的输出端与数据存储器的存储数据信号的输入端连通；LED显示电路的数值显示信号的输出端与LED显示5的显示信号的输入端连通。

由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大。

当接触到甲烷气体时，催化元件内部电阻的阻值增加。由于各电阻组成桥路结构，甲烷气体浓度的变化破坏了原有桥路平衡，将在输出端获得输出电压ΔV，当甲烷浓度为零时的ΔV等于偏置电压Voffset，此时Voffset的电压值代表0%浓度的甲烷气体，根据不同ΔV的值经过单片机A/D转换和数据处理后所显示出来的就是当前环境中甲烷气体浓度值。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，它还包括报警灯6和扬声器，报警灯6设置在壳体1的正面，壳体1的正面开有扬声器发音口4，扬声器设置在壳体1的内腔体中、对应扬声器发音口4设置，报警灯6和扬声器的启动信号输入端同时与声光报警电路的报警信号的输出端连通。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，数据处理器采用型号为MSP430F2232的单片机实现。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，它还包括记录键9和开/关键10，记录键9和开/关键10均设置在壳体1的正面，记录键9的信号输出端连接在数据处理器的记录信号的输入端，开/关键10的信号输出端连接在数据处理器的开/关信号的输入端。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，它还包括红外接收装置7，红外接收装置7的电信号输出端与数据处理器的调校信号的输入端连通。

具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，电源采用充电电池实现。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述便携式载体催化甲烷检测报警仪的进一步限定，它还包括充电连接口，所述充电连接口设置在壳体1的一侧壁，充电连接口的输入端与电池充电装置的输出端连通，充电连接口的输出端与充电电池的充电输入端连通。

结合图3至图5说明本发明硬件设计原则：

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：

一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示等设计合适的接口电路。

结合图3说明电压转换电路：

此报警仪使用的是电池供电方式，电路中需要转换的电压有3.3V和2.9V。

由LDS3985构成的的电压转换电路

LDS3985是低功耗低噪音低压转换芯片，专用于直流-直流变换，最大输出电流300MA，供电电压范围2.5V-6V，具有芯片使能端口，无负载状态下消耗电流仅85uA，宽输出电压范围在1.25V-5V可调。只需要简单的电阻电容就可以满足电路中所需要的3.3V及2.9V电压要求。

结合图4说明信号放大电路：

在测量控制系统中，用来放大探测器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，对其基本要求是：输入阻抗应与探测器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳定的增益；低噪声；低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；足够的带宽和转换速率(无畸变的放大瞬态信号)；高输入共模范围(高达几百伏)和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好，精度高；成本低。

由于催化燃烧敏感元件输出信号很弱，就必须采用信号放大后才能进行下一步信号处理。系统使用了SGM8545运算放大器对信号放大，SGM8545电源电压要求低，静态功耗小，可单电源使用等，这是一款性能非常好的精密放大器，它有以下特点：轨对轨信号输出、供电电压范围2.1V-5.5V、很低的工作电流48uA。

结合图5说明显示电路：

显示是智能仪器系统必不可少的输出部分，是控制系统与操作人员之间交互的窗口。操作人员可以通过系统显示的内容，及时掌握系统的状态、获得所需要的信息。常用的显示器件有LED、LCD、CRT等。

LED数码管具有价格低、寿命长、对电压电流的要求低等优点。系统选用4位一体共阳极七段LED数码管。位选线控制字符选择，段选线控制显示段元的亮、暗。

红外遥控电路：

本设计采用红外遥控调校，红外遥控作为一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，易操作等特点。遥控接收头通过光-电转换将红外光转变为电信号，传给单片机，单片机根据接收到的编码执行相应的操作。

硬件抗干扰设计：

硬件抗干扰技术是设计时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输信道，只要合理地布置与选择有关参数，硬件抗干扰措施能抑制系统的绝大部分干扰。

（一）、选择合适的元器件

电路器件的质量会影响到报警仪的正常工作，特别对前端敏感元件输出的较弱信号，对电路的影响更为直接；另外元器件本身的热噪声将会叠加在检测信号中，影响测量数据。选择器件应注意以下规则：

（1）深入了解了元器件的电器参数，根据电器参数选择合理器件以满足系统性能要求。

（2）减少焊点数量可降低接触不良故障，因此，尽量选用集成度高的电路，减少使用分立元器件。

（3）为使半导体器件满足系统可靠性要求，选择稳定性好的元器件。

（4）考虑功耗。从抗干扰的角度考虑，尽量选用功耗小的CMOS器件。

（二）、印刷电路板抗干扰设计：

印刷电路板是整个系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计得好坏，对抗干扰能力影响很大，故印刷电路板设计决不单是元器件和线路的简单布局，还必须符合抗干扰的设计原则。

（1）接地技术：

接地分为大地和工作基准地两种。大地是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球大地相连，该方法可以保证设备和人身安全，提供静电屏蔽通路，降低电磁感应噪声。工作基准地是指电源的零电位，对这种接地要尽量减小接地回路的公共阻抗，以减小系统中干扰信号的公共阻抗耦合。制作的电路板，电源地线要尽量宽一些，电路板上没有被器件占用的面积全作为接地线(称为“满接地”)，数字地和模拟电路也要分开接，以避免数字信号对模拟电路的影响。

（2）电源线布置：

布电源线时，除了要根据电流的大小，尽可能加粗导线宽度外，采取使电源线、地线的走向与数据传输的方向一致的方法，将有助于增强系统抗噪声的能力。

（3）去耦电容配置：

在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容为印刷电路板设计的一项常规做法。电路中尖峰电流的存在给数字系统带来不良影响，它将在电源内阻上产生压降，在公共传输导线阻抗上产生压降，使供电电压跳动，从而形成一个干扰源。因此在印刷电路板的各个集成电路芯片的电源线和地线间直接接入0.1uF的去耦电容，在印刷电路板入口处的电源线与地线之间并接一个100uF的限噪声电容器-钽电容器和一个0.1uF非电解电容。去耦电容一方面提供和吸收该集成电路开关门瞬间的充放电能，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。

（4）其它方面

CMOS芯片的输入阻抗很高，易受感应，故在使用时，对其未使用端要接地或接正电源，闲置不用的门电路输入端不悬空。

Claims (8)

1.便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征是，它包括壳体(1)、气体检测接口(2)、气敏元件(3)、LED显示(5)和整体电路(8)，壳体(1)为封闭的箱体，壳体(1)的一个侧壁开有一个通孔，气体检测接口(2)设置在所述通孔中，所述通孔与壳体(1)正面开有的另一个通孔贯通形成气流通道，气敏元件(3)设置在所述气流通道中；壳体(1)的正面开有窗口，LED显示(5)设置在所述窗口中；整体电路(8)置于壳体(1)的内腔体中，气敏元件(3)的信号输出端与整体电路(8)的检测信号的输入端连通，LED显示(5)的信号输入端与整体电路(8)的数值显示信号的输出端连通。 

2.根据权利要求1所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，整体电路(8)包括电源、LED显示电路、前端数据采集电路、电压检测电路、数据处理器、数据存储器和声光报警电路，电源的输出端同时与LED显示电路、前端数据采集电路、电压检测电路、数据处理器、数据存储器和声光报警电路的电源输入端连通，气敏元件(3)的信号输出端与前端数据采集电路的检测信号的输入端连通，前端数据采集电路的检测信号的输出端与数据处理器的检测信号的输入端连通，电压检测电路的电压信号的输出端与数据处理器的电压检测信号的输入端连通，LED显示电路的数值显示信号输入端与数据处理器的数值显示信号的输出端连通，声光报警电路的报警启动信号的输入端与数据处理器的报警启动信号的输出端连通，数据处理器的存储数据信号的输出端与数据存储器的存储数据信号的输入端连通；LED显示电路的数值显示信号的输出端与LED显示(5)的显示信号的输入端连通。 

3.根据权利要求2所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，它还包括报警灯(6)和扬声器，报警灯(6)设置在壳体(1)的正面，壳体(1)的正面开有扬声器发音口(4)，扬声器设置在壳体(1)的内腔体中、对应扬声器发音口(4)设置，报警灯(6)和扬声器的启动信号输入端同时与声光报警电路的报警信号的输出端连通。 

4.根据权利要求2所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，数据处理器采用型号为MSP430F2232的单片机实现。 

5.根据权利要求2所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，它还包括记录键(9)和开/关键(10)，记录键(9)和开/关键(10)均设置在壳体(1)的正面，记录键(9)的信号输出端连接在数据处理器的记录信号的输入端，开/关键(10)的信号输出端连接在数据处理器的开/关信号的输入端。 

6.根据权利要求2所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，它还包括红外接收装置(7)，红外接收装置(7)的电信号输出端与数据处理器的调校信号的输入端连通。 

7.根据权利要求2所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，电源采用充电 电池实现。 

8.根据权利要求7所述便携式载体催化甲烷检测报警仪，其特征在于，它还包括充电连接口，所述充电连接口设置在壳体(1)的一侧壁，充电连接口的输入端与电池充电装置的输出端连通，充电连接口的输出端与充电电池的充电输入端连通。 

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