CN204241373U - 一种便携式光干涉型甲烷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式光干涉型甲烷检测装置，包括光路处理模块、COMS摄像采集系统和核心开发板；光路处理模块包括光源、聚光镜、平面镜、上参考气室、下参考气室、被测气室、折光透镜、反射棱镜、聚焦物镜和干涉条纹成像面；COMS摄像采集系统由摄像头和与所述摄像头相连接的FIFO数据存储区组成；所述核心开发板由C2000处理器、显示监控模块、声光报警器和储存模块组成，所述C2000处理器的输入端与FIFO数据存储区的输出端相接，所述C2000处理器的输出端接有声光报警器和储存模块，所述C2000处理器的输出端接有显示监控模块。本实用新型采用非接触式测量方式，易于控制，智能化高，准确性高，便于推广使用。

Description

一种便携式光干涉型甲烷检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷检测装置，具体涉及一种便携式光干涉型甲烷检测装置。

背景技术

我国是世界煤炭生产和消费大国，煤炭工作向机械化和自动化方向发展,确保矿井的生产安全,防止瓦斯爆炸事故的发生,国内外煤矿研究所在此领域已经进行了很长时间的研究,也已开发出很多类型的甲烷检测仪器。但是目前已有的甲烷检测仪器都普遍存在着体积较大、功能单一、精确度不高的缺点。为了避免瓦斯爆炸事故的一个重要措施就是要做好瓦斯的检测工作，掌握煤矿瓦斯的变化情况，一旦出现异常，及时采取相应措施，保障煤矿的安全生产。瓦斯的主要成分是甲烷，二氧化碳，一氧化碳等。瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，与空气混合在一起后，既看不到，摸不着，也闻不出来。瓦斯在空气中浓度增大时，能使空气中的氧气含量相对降低，而使人窒息。由于煤矿瓦斯的主要成分为甲烷，因此对煤矿瓦斯的检测可以转化为对甲烷的检测，实时检测甲烷气体浓度对于保障生产安全的意义重大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种便携式光干涉型甲烷检测装置。本实用新型采用非接触式测量方式，易于控制，智能化高，准确性高，便于推广使用。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：包括光路处理模块、COMS摄像采集系统和核心开发板；所述光路处理模块包括光源、聚光镜、平面镜、上参考气室、下参考气室、被测气室、折光透镜、反射棱镜、聚焦物镜和干涉条纹成像面，所述上参考气室位于被测气室的上方，所述下参考气室位于被测气室的下方，所述折光棱镜位于被测气室的右侧，所述平面镜倾斜设置在被测气室的左侧，所述聚光镜设置在平面镜的下方，所述光源设置在聚光镜的下方，所述反射棱镜设置在平面镜的下方且位于光源的右侧，所述聚焦物镜设置在反射棱镜的右侧，所述干涉条纹成像面设置在聚焦物镜的右侧；所述COMS摄像采集系统由摄像头和与所述摄像头相连接的FIFO数据存储区组成；所述核心开发板由C2000处理器、显示监控模块、声光报警器和储存模块组成，所述C2000处理器的输入端与FIFO数据存储区的输出端相接，所述C2000处理器的输出端接有声光报警器和储存模块，所述C2000处理器的输出端接有显示监控模块。

上述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述摄像头采用OV公司的OV6620摄像头。

上述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述C2000处理器采用TMS320F28027。

上述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述声光报警器采用KXH18声光报警器。

上述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述聚光镜采用PMMA聚光镜。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型操作简便，易于控制：改变原有的甲烷检测方式，利用数字化的处理，使计算结果更加精确。只需通过观察显示曲线得出当前浓度值。

2、本实用新型智能化高：采用高精度图像处理技术，减少人为误差。

综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，工作可靠性高，使用寿命长，使用效果好，便于推广使用。

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为本实用新型光路处理模块的结构示意图。

附图标记说明:

1—光路处理模块；  1-1—光源；           1-2—聚光镜；

1-3—平面镜；      1-4—上参考气室；     1-5—被测气室；

1-6—折光透镜；    1-7—下参考气室；     1-8—干涉条纹成像面；

1-9—聚焦物镜；    1-10—反射棱镜；      2—COMS摄像采集系统；

2-1—摄像头；      2-2—FIFO数据存储区； 3—核心开发板；

3-1—C2000处理器； 3-2—显示监控模块；   3-3—声光报警器；

3-4—储存模块。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，包括光路处理模块1、COMS摄像采集系统2和核心开发板3；所述光路处理模块1包括光源1-1、聚光镜1-2、平面镜1-3、上参考气室1-4、下参考气室1-7、被测气室1-5、折光透镜1-6、反射棱镜1-10、聚焦物镜1-9和干涉条纹成像面1-8，所述上参考气室1-4位于被测气室1-5的上方，所述下参考气室1-7位于被测气室1-5的下方，所述折光棱镜1-6位于被测气室1-5的右侧，所述平面镜1-3倾斜设置在被测气室1-5的左侧，所述聚光镜1-2设置在平面镜1-3的下方，所述光源1-1设置在聚光镜1-2的下方，所述反射棱镜1-10设置在平面镜1-3的下方且位于光源1-1的右侧，所述聚焦物镜1-9设置在反射棱镜1-10的右侧，所述干涉条纹成像面1-8设置在聚焦物镜1-9的右侧；所述COMS摄像采集系统2由摄像头2-1和与所述摄像头2-1相连接的FIFO数据存储区2-2组成；所述核心开发板3由C2000处理器3-1、显示监控模块3-2、声光报警器3-3和储存模块3-4组成，所述C2000处理器3-1的输入端与FIFO数据存储区2-2的输出端相接，所述C2000处理器3-1的输出端接有声光报警器3-3和储存模块3-4，所述C2000处理器3-1的输出端接有显示监控模块3-2。

本实施例中，所述摄像头2-1采用OV公司的OV6620摄像头。所述C2000处理器3-1采用TMS320F28027。所述声光报警器3-3采用KXH18声光报警器。所述聚光镜1-2采用PMMA聚光镜。

如果以空气室和甲烷室都充入同密度的新鲜空气时产生的条纹为基准(对零)，当其它气体(如甲烷)进入被测气室时，因其折射率与空气不同，使光路光程发生变化，干涉条纹发生偏移，此偏移量即可用来表示甲烷浓度。甲烷浓度越高偏移越多。当甲烷室充入含有甲烷的空气时(抽气测定)，由于空气室和甲烷室中含的甲烷气体的浓度不同，引起折射率变化，光程也随之发生变化，于是干涉条纹产生位移(移动)，从目镜可以看到干涉条纹移动的距离。可以根据干涉条纹位移量就可以测得甲烷的浓度，从目镜中可以观察到干涉条纹移动后所处的甲烷浓度刻度值，便可测得甲烷浓度。光路系统原理如图2所示，从光源1-1发出的白光经聚光镜1-2汇聚到平面镜1-3点M处分为两部分。一部分光(Ⅰ号光路)直接在平面镜1-3表面M点反射，穿过下参考气室1-7，在折光透镜1-6的R处改变方向，经折光棱镜1-6后，从上参考气室1-4穿过，汇聚到平面镜1-3的P处，经平面镜1-3折射后从O点射出,最后汇聚于反射棱镜1-10。另一部分光(Ⅱ号光路)在M点射入，经平面镜1-3折射，从N点射出，射出的光通过被测气室1-5(装有被测气体)，同样经折光棱镜1-6，再回射入被测气室1-5,最后在平面镜1-3点O处经反射汇聚到反射棱镜1-10，两束光在反射棱镜1-10处产生光干涉。平面镜1-3的作用与薄膜干涉时薄膜的作用相当，从产生的条纹来看是线状条纹，这是一个典型的等厚干涉光路。从图像分析和信息处理的角度出发，提出了采用CMOS作为光电转换元件的非接触式测量方式，CMOS是一种性能独特的半导体光电器件，其输出信号经过模数转换后成为高速的数字图像数据，实现这些高速数据的大容量存储是数据采集系统的关键。本实用新型以TI的C2000系列DSP为核心实现对CMOS数字图像数据的采集、存储以及对干涉图像数据的算法分析得出结论。达到报警值发出声光报警。

本实用新型的工作过程是：光路处理模块1的光路系统为甲烷检测仪系统提供信息源，产生系统处理所需要的干涉条纹。COMS摄像采集系统2采用逐行扫描方式读出图像，FIFO数据存储区2-2预先将摄像头2-1输出的图像数据存储下来，然后再将图像数据传输到C2000处理器3-1进行下一步的图像处理，图像信息就会在FIFO数据存储区2-2中按顺序存储数据，采用专用的降压芯片将5V降到3.3V的安全电压解决与处理器电平不兼容问题，DSP的控制线不能与摄像头2-1的控制线直接连接，而通过一个与门作为缓冲增强输出，并加入上拉电阻。DSP核心开发板软件代码主要由外设资源初始化模块、核心处理模块、中断响应模块、图像扫描分析模块、声光报警模块及显示模块组成。针对上述所用到的开发板中引脚资源进行外设资源的初始化，以便为主程序中的各个模块提供服务。核心处理模块是程序运算的核心，对系统待机和处理工作进行不同状态的区别，保证系统正常运行以及低功耗的需求。中断响应模块是核心开发板与COMS摄像采集系统通信的关键。准确对每一幅图像到来以及一幅图像每行信息到来进行识别，有助于主程序进行图像分析处理，另一方面也能减少对系统存储空间的需求。图像扫描分析模块是整个应用的核心，完成对条纹信息的识别以及计算得出当前甲烷浓度信息。并且以曲线图的方式在显示模块实时绘制。声光报警模块经处理器PWN波来控制报警。

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换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：包括光路处理模块(1)、COMS摄像采集系统(2)和核心开发板(3)；所述光路处理模块(1)包括光源(1-1)、聚光镜(1-2)、平面镜(1-3)、上参考气室(1-4)、下参考气室(1-7)、被测气室(1-5)、折光透镜(1-6)、反射棱镜(1-10)、聚焦物镜(1-9)和干涉条纹成像面(1-8)，所述上参考气室(1-4)位于被测气室(1-5)的上方，所述下参考气室(1-7)位于被测气室(1-5)的下方，所述折光棱镜(1-6)位于被测气室(1-5)的右侧，所述平面镜(1-3)倾斜设置在被测气室(1-5)的左侧，所述聚光镜(1-2)设置在平面镜(1-3)的下方，所述光源(1-1)设置在聚光镜(1-2)的下方，所述反射棱镜(1-10)设置在平面镜(1-3)的下方且位于光源(1-1)的右侧，所述聚焦物镜(1-9)设置在反射棱镜(1-10)的右侧，所述干涉条纹成像面(1-8)设置在聚焦物镜(1-9)的右侧；所述COMS摄像采集系统(2)由摄像头(2-1)和与所述摄像头(2-1)相连接的FIFO数据存储区(2-2)组成；所述核心开发板(3)由C2000处理器(3-1)、显示监控模块(3-2)、声光报警器(3-3)和储存模块(3-4)组成，所述C2000处理器(3-1)的输入端与FIFO数据存储区(2-2)的输出端相接，所述C2000处理器(3-1)的输出端接有声光报警器(3-3)和储存模块(3-4)，所述C2000处理器(3-1)的输出端接有显示监控模块(3-2)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述摄像头(2-1)采用OV公司的OV6620摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述C2000处理器(3-1)采用TMS320F28027。

4.根据权利要求1所述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述声光报警器(3-3)采用KXH18声光报警器。

5.根据权利要求1所述的一种便携式光干涉型甲烷检测装置，其特征在于：所述聚光镜(1-2)采用PMMA聚光镜。