CN205714289U

CN205714289U - 便携式瓦斯超限监测器

Info

Publication number: CN205714289U
Application number: CN201620362735.3U
Authority: CN
Inventors: 金祎; 王利荣
Original assignee: Beijing Union University
Current assignee: Beijing Union University
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2026-04-27

Abstract

本实用新型涉及便携式瓦斯超限监测器，包括电源电路、气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路，所述声光指示电路包括声音指示电路和灯光指示电路，所述电源电路的两端分别与所述气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述气敏检测器与所述比较电路相连接，所述比较电路分别与所述多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述灯光指示电路包括发光二极管D和限流电阻R3。本实用新型与现有技术相比的有益效果是：利用气敏传感器检测瓦斯的含量并转换成电压的变化，然后通过比较器来控制声光报警电路，当监测到有瓦斯或瓦斯含量较高时，即时提示使用者采取措施。优化了灯光指示电路，既简化了电路设计又改善了经济性。

Description

便携式瓦斯超限监测器

技术领域

本实用新型涉及一种便携式瓦斯超限监测器。

背景技术

专利号为ZL201420296750.3的中国实用新型专利公开了一种带有瓦斯报警装置的安全帽，属于煤矿开采安全控制领域，该实用新型为解决现有瓦斯监测设备位置固定，不能监测所有地点的瓦斯状况的问题。该实用新型包括气敏元件QM-N10、NE555时基集成电路、比较器A1、LED条形驱动芯片U257B、晶闸管VTH、喇叭BL、NPN三极管VT1、VT2、电阻R1～电阻R5、滑动变阻器Rp1、Rp2、电容C1、报警灯LED1～LED5；在不影响安全帽的正常使用的前提下，又具备了检测瓦斯浓度的功能，它随采矿工人移动，当检测到采矿工人所在位置的瓦斯浓度达到安全临界值时，进行声光提醒报警，并且，通过LED灯闪亮数目的不同来直观的表征瓦斯浓度的高低。但该实用新型中的报警灯电路结构设置复杂，仅报警灯就设有五个，由于该报警灯设置在安全帽的帽沿上，所述多个报警灯的视觉效果会受到眼睛正常视野的局限而不佳，此外其经济性也不好。

专利号为ZL90207386.9的中国实用新型专利公开了一种瓦斯声、光报警矿灯，是为普通井下矿工所使用的既能报警又能照明的矿灯。现有技术是一种独立的声光报警装置，与矿灯共用一电源，须与矿灯配合使用。该报警矿灯的灯头壳内有传感器装置，声、光报警装置和印刷电路板，灯头壳上装有报警灯，由电源开关来控制布局巧妙简单的导电线路，实现了集报警与照明于一体的矿灯。矿工戴着挂有此矿灯的安全帽作业方便，安全可靠。但该实用新型的发光报警电路设计复杂，其单独设置有光振荡器，由所述光振荡器的振荡方波再去驱动发光二极管IC₄发光报警信号，经济性不好。

实用新型内容

为了解决上述现有瓦斯监测报警器存在的技术缺陷，本实用新型采用的技术方案如下：

便携式瓦斯超限监测器，包括电源电路、气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路，所述声光指示电路包括声音指示电路和灯光指示电路，所述电源电路的两端分别与所述气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述气敏检测器与所述比较电路相连接，所述比较电路分别与所述多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述灯光指示电路包括发光二极管D和限流电阻R3。

优选的是，所述电源电路包括电池E和单极开关K。

在上述任一方案中优选的是，所述电池E采用9V仪表用的积层电池。

在上述任一方案中优选的是，所述气敏检测器包括气敏元件Q、电阻R1和电位器RP。

在上述任一方案中优选的是，所述气敏元件Q采用QM-N5。

在上述任一方案中优选的是，所述比较电路包括运算放大器IC1、电阻R2、电阻R3。

在上述任一方案中优选的是，所述运算放大器IC1采用LM741。

在上述任一方案中优选的是，所述多谐振荡电路包括时基集成电路IC2、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2。

在上述任一方案中优选的是，所述时基集成电路IC2采用NE555。

在上述任一方案中优选的是，所述声光指示电路包括扬声器Y。

在上述任一方案中优选的是，所述电阻R1为10Ω。

在上述任一方案中优选的是，所述电阻R2为100kΩ、电阻R3为100kΩ。

在上述任一方案中优选的是，所述电阻R5为5.1 kΩ、电阻R6为51kΩ、电容C1为0.01μF、电容C2为0.01μF。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：一方面，利用气敏传感器检测瓦斯的含量并转换成电压的变化，然后通过比较器来控制声光报警电路，当监测到有瓦斯或瓦斯含量较高时，即时提示使用者采取措施，远离现场，防止意外发生。另一方面，优化了灯光指示电路，既简化了电路设计又改善了经济性。

附图说明

图1为按照本实用新型的便携式瓦斯超限监测器的优选实施例的电路图。

附图标记说明：

IC1：运算放大器；

IC2：时基集成电路；

R1：10Ω；

R2：100kΩ；

R3：100kΩ；

R4：10Ω；

R5：5.1 kΩ；

R6：51kΩ；

C1：0.01μF；

C2：0.01μF；

C3：100μF；

D：发光二极管；

Y：扬声器；

Q：气敏检测器；

E：电池。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型作了详细说明，但是，显然可对本实用新型进行不同的变型和改型而不超出后附权利要求限定的本实用新型更宽的精神和范围。因此，以下实施例是具有示例性的而没有限制的含义。

如图1所示，便携式瓦斯超限监测器，包括电源电路、气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路，所述声光指示电路包括声音指示电路和灯光指示电路，所述电源电路的两端分别与所述气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述气敏检测器与所述比较电路相连接，所述比较电路分别与所述多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述灯光指示电路包括发光二极管D和限流电阻R3，以实现光报警功能，所述发光二极管D采用的型号为BT101。所述电源电路包括电池E和单极开关K，所述电池E采用9V仪表用的积层电池，所述气敏检测器包括气敏元件Q、电阻R1和电位器RP，所述气敏元件Q采用QM-N5，所述比较电路包括运算放大器IC1、电阻R2、电阻R3，反应瓦斯高低的电信号从IC1的同相端加入，所以该比较器为同相输入门限比较器，所述运算放大器IC1采用LM741，所述多谐振荡电路包括时基集成电路IC2、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2，所述时基集成电路IC2采用NE555，所述声光指示电路包括扬声器Y，以实现声音报警功能，所述扬声器采用的规格为0.25W/8Ω。所述电阻R1为10Ω，所述电阻R2为100kΩ、电阻R3为100kΩ，所述电阻R5为5.1 kΩ、电阻R6为51kΩ、电容C1为0.01μF、电容C2为0.01μF。

本实用新型的电路工作原理：

当矿井下无瓦斯或瓦斯浓度较低时，气敏检测元件a、b两点间电阻很高，大约几十千欧姆，因此，RP电位器上分得的电压较低，该电压送到电压比较器的同相端，与反相端R2与R3的分压进行比较。在无瓦斯或瓦斯较低时，由于同相端的输入电压小于反相端的设定电压，比较器输出为低电平，此时，发光二极管指示灯不亮，即表示无瓦斯或瓦斯含量较低；同时，比较器输出的低电平加到多谐振荡器的第4脚和第8脚，由于所述多谐振荡器的第4脚和第8脚为电源，所以此时多谐振荡器不起振，扬声器为无声状态，即表示无瓦斯或瓦斯含量较低。

当井下有瓦斯或瓦斯含量较高时，气敏元件a、b两点间电阻较低，大约几百欧姆，因此，RP电位器上分得的电压较高，该电压送到电压比较器的同相输入端并与反相端的输入电压进行比较，由于同相端的输入电压大于反相端的设定电压，比较器输出大约+8V左右的电压信号，此时，发光二极管指示灯亮，即表示有瓦斯或瓦斯超标。同时，比较器输出的+8V电压加到多谐振荡器的第4脚和第8脚，使多谐振荡器起振，随即触发扬声器发出警示声音，以提醒井下作业者尽快采取避险措施，迅速撤离现场。

在比较电路的设计中，R2和R3阻值相同，因此分得的电压为+4.5V，作为比较电路的基准电压。当无瓦斯时，调节电位器RP使比较电路同相端的输入电压略低于+4.5V，这样能确保灵敏度，多谐振荡器振荡于音频，元件参数选择：f=1.43/(R5+2R6)C1=1.43/(5.1×10³+2×51×10³)×0.01×10^-6≈1335Hz。

所述电源电路是指提供给用电设备电力供应的电源部分的电路设计，使用的电路形式和特点。常见的电源电路有交流电源电路、直流电源电路等。

所述气敏检测器即气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。气敏传感器的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。其工作原理是：声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。由于气体种类繁多, 性质各不相同，不可能用一种传感器检测所有类别的气体，因此能实现气-电转换的传感器种类很多，按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。目前实际使用最多的是半导体气敏传感器。半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时，产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部，可分为表面控制型和体控制型，前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受，结果使半导体的电导率等物理性质发生变化，但内部化学组成不变，后者半导体与气体的反应，使半导体内部组成发生变化而使电导率变化。按照半导体变化的物理特性，又可分为电阻型和非电阻型，电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时，其阻值变化来检测气体的成分或浓度厂半导体式气敏元件则是根据气体的吸附和反应，使其某些关系特性发生改变无对气体进行直接或间接的检测，如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体的。

Claims

1.便携式瓦斯超限监测器，包括电源电路、气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路，所述声光指示电路包括声音指示电路和灯光指示电路，所述电源电路的两端分别与所述气敏检测器、比较电路、多谐振荡电路和声光指示电路相连接，所述气敏检测器与所述比较电路相连接，所述比较电路分别与所述多谐振荡电路和声光指示电路相连接，其特征在于，所述灯光指示电路包括发光二极管D和限流电阻R3。

2.如权利要求1所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述电源电路包括电池E和单极开关K。

3.如权利要求2所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述电池E采用9V仪表用的积层电池。

4.如权利要求1所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述气敏检测器包括气敏元件Q、电阻R1和电位器RP。

5.如权利要求4所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述气敏元件Q采用QM-N5。

6.如权利要求1所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述比较电路包括运算放大器IC1、电阻R2、电阻R3。

7.如权利要求6所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述运算放大器IC1采用LM741。

8.如权利要求1所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述多谐振荡电路包括时基集成电路IC2、电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2。

9.如权利要求8所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述时基集成电路IC2采用NE555。

10.如权利要求1所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述声光指示电路包括扬声器Y。

11.如权利要求4所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述电阻R1为10Ω。

12.如权利要求6所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述电阻R2为100kΩ、电阻R3为100kΩ。

13.如权利要求8所述的便携式瓦斯超限监测器，其特征在于，所述电阻R5为5.1 kΩ、电阻R6为51kΩ、电容C1为0.01μF、电容C2为0.01μF。