CN203069498U - 基于单片机的甲烷检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的甲烷检测系统，包括单片机、驱动及温控电路、激光器和光电探测模块，所述单片机控制所述驱动及温控电路激发所述激光器，再通过光纤介质将产生的光分别耦合到参考池及待测气体中，被气体吸收之后的光信号传输到所述光电探测模块，依次通过放大滤波电路、模数转换电路传输至所述单片机中计算分析。本实用新型的系统具有非常好的稳定性能，能够在0％～100％得量程范围内实现分布式的多点甲烷气体浓度在线实时监测与显示。

Description

基于单片机的甲烷检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷检测系统，具体而言，涉及一种基于单片机的甲烷检测系统。 

背景技术

煤矿安全生产过程中的瓦斯气体防治是重中之重。传统上使用先抽后采的方法是防范瓦斯气体事故和提高煤矿安全生产作业的保障之策。另外，抽采上来的瓦斯有害气体可以进行发电生产，这将会给煤矿带来很大经济利益。 

可是，在瓦斯气体的抽采过程中，需要对瓦斯气体浓度进行实时的在线监测。甲烷是瓦斯气体的主要成分，日前已经应用到甲烷气体检测的方法有光干涉型、热导型、载体催化燃烧型、红外吸收型等类型，但是以上所列检测手段都存在程度不同的弊端之处。例如，电化学型甲烷气体传感器容易存在漂移现象，到两周的时间就需要进行校正，精度比较低；红外吸收型传感器容易不同被检测气体之间存在交叉吸收现象。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于单片机的甲烷检测系统，实现远程实时在线监测系统，可用于煤矿井下有害气体的监测。 

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种基于单片机的甲烷检测系统，包括单片机、驱动及温控电路、激光器和光电探测模块，所述单片机控制所述驱动及温控电路激发所述激光器，再通过光纤介质将产生的光分别耦合到参考池及待测气体中，被气体吸收之后的光信号传输到所述光电探测模块，依次通过放大滤波电路、模数转换电路传输至所述单片机中计算分析。 

优选的，所述单片机连接有声光报警模块。 

优选的，所述单片机连接有显示模块。 

优选的，所述单片机连接有通信电路，通过所述通信电路连接于上位机。 

本实用新型的有益效果是： 

1、本实用新型的系统具有非常好的稳定性能，能够在0％～100％得量程范围内实现分布式的多点甲烷气体浓度在线实时监测与显示。 

2、本实用新型的参考池部分用来对激光波长的漂移现象进行自适应的调整，可以实现对甲烷气体的吸收线进行锁定。 

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中： 

图1为本实用新型所述的甲烷监测系统结构框图。 

图中标号说明：1、激光器，2、驱动及温控电路，3、单片机，4、通信电路，5、显示模块，6、声光报警模块，7、模数转换电路，8、放大滤波电路，9、光电探测模块，10、参考池，11、待测气体。 

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。 

参照图1所示，一种基于单片机的甲烷检测系统，包括单片机3、驱动及温控电路2、激光器1和光电探测模块9，所述单片机3控制所述驱动及温控电路2激发所述激光器1，再通过光纤介质将产生的光分别耦合到参考池10及待测气体11中，被气体吸收之后的光信号传输到所述光电探测模块9，依次通过放大滤波电路8、模数转换电路7传输至所述单片机3中计算分析。 

所述单片机3连接有声光报警模块6、显示模块5和通信电路4，通过所述通信电路4连接于上位机。 

激光器1选用型号为SHH52-FSL的半导体激光器(波长为532nm)，该种仪器是以一定量的半导体物质材料来做工作物质来产生受激发射作用的一种器 件，它是用P型或N型的半导体单晶物质来做工作物质，用其他的激光器所发生的激光来作光泵的激励。 

驱动及温控电路2，用来驱动激光器1并且控制激光器1的工作温度。包括驱动电路及温控电路两大部分。驱动电路包括电源电压供应电路部分、调光电路部分以及反馈电路部分。电源电压供应电路部分的输出端连接于激光器1一端，并且根据反馈端所接收到的反馈信号的大小决定供给激光器1的电源电压的大小。调光电路模块部分连接于激光器1另一端，根据发送来的脉宽信号的逻辑的状态，决定是否导通。反馈电路部分耦接于调光电路部分和电源电压供应电路部分的反馈端的中间，是根据调光电路部分的导通状态来决定自身的反馈信号。温控电路对激光器的温度进行实时的监控，用来稳定系统激光器的波长和输出功率，激光器1输出波长与它的工作温度有很大关系，激光器1的光频率随着它的工作温度漂移在0GHz/℃到30GHz/℃之间，本实用新型使用温控电路严格控制激光器1的工作温度。 

单片机3使用C8051F410单片机，单片机3有两个以上的通用16位定时器，具有200ksps以上采样速度的12位的A/D转换器以及12位的D/A转换器。本实用新型所选用的单片机3是完全集成型的低功耗的混合信号片上系统型的一款MCU，它的最大时钟频率可以达到24.5MHz的程度，它的FLASH存储器有系统重新编程的能力，可以用于非易失性的数据存储。C8051F410单片机所产生的锯齿波状的信号在本系统的激光器的驱动电流上面进行叠加，用来对本系统的激光器1所输出的波长进行不断扫描。 

光电探测模块9的工作原理是基于光电的效应，模块的热探测部分是基于材料吸收过光辐射的能量以后温度就会升高，从而改变了自身的电学性能，光电探测模块9对光辐射的波长没有选择性。 

放大滤波电路8使用的放大和滤波电路模块用来对光电转换所输出的非常微弱电压或电流信号进行了放大处理，然后进行整形再输出。 

参考池10用来对激光波长的漂移现象进行自适应的调整，可以实现对甲烷气体的吸收线进行锁定。 

本实施例的工作原理如下： 

单片机3控制驱动及温控电路2激发激光器1并且控制其工作温度，再通过光纤介质将产生的光耦合到含有甲烷气体的参考池10与待测气体11中，被气体吸收之后的光信号分别地传输到系统的光电探测器9，这时将光信号转变成电信号，此电信号再经过放大滤波电路8，对其进行滤波和放大的处理之后可得到和光的强度有关的模拟信号，然后这个模拟信号被传输到模数转换电路7，将模拟信号转变成数字信号后传输到单片机3中进行处理分析，单片机3在对信号进一步的进行数值处理计算以后就可以获得待测气体11的具体浓度信息。该待测气体11的浓度信息将会被分别送到声光报警模块6、显示模块5和通信电路4，显示模块5用来显示待测气体11的具体浓度值，如果待测气体11中的甲烷气体浓度超过了报警电路的预定设置的数值时侯，声光报警模块6将会发出声和光的报警信号来报警，系统的声光的报警点可根据需要来任意设置。当本实用新型控制系统要查询具体的甲烷气体浓度时侯，只需要发出具体指令，就可以将测量的结果经过串口和通信电路4发送到上位机上面。 

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于单片机的甲烷检测系统，其特征在于：包括单片机(3)、驱动及温控电路(2)、激光器(1)和光电探测模块(9)，所述单片机(3)控制所述驱动及温控电路(2)激发所述激光器(1)，再通过光纤介质将产生的光分别耦合到参考池(10)及待测气体(11)中，被气体吸收之后的光信号传输到所述光电探测模块(9)，依次通过放大滤波电路(8)、模数转换电路(7)传输至所述单片机(3)中计算分析。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的甲烷检测系统，其特征在于：所述单片机(3)连接有声光报警模块(6)。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的甲烷检测系统，其特征在于：所述单片机(3)连接有显示模块(5)。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的甲烷检测系统，其特征在于：所述单片机(3)连接有通信电路(4)，通过所述通信电路(4)连接于上位机。

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