CN207764160U - 一种用于矿区大气监测的气体感知设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于矿区大气监测的气体感知设备，包括传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块、无线通讯模块和电源模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与数模转换模块连接，数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯模块连接，传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块分别与电源模块连接。本实用新型可同时监测矿区大气中的CO、SO2、NO、H2S等有害气体浓度，通过ZigBee无线网络把采集到的感知数据组包发送到感知数据接收设备，建立了完善的无线传输网络，而且监测数据精度高，避免了存在节点、通信受障碍物遮挡等影响的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于矿区大气监测的气体感知设备，属于矿区有害气体监测设备领域。
背景技术
煤矿矿区有害气体是指由煤岩体涌出和生产过程中产生的各种不利于人体健康的气体，常见的包括CO、SO2、NO、H2S等。矿区空气中有害气体对周围环境以及井下作业人员的生命安全危害极大，因此矿井安全操作规程中等都对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。如CO最高允许浓度0.0024％，SO2最高允许浓度0.0005％等。因此针对矿区大气监测就显得尤为必要。当前针对矿区大气监测已有的气体感知设备比较少，主要存在以下几个缺点：
(1)当前针对矿区大气监测的感知设备没有集成多传感器进行感知数据的采集，不能同时采集多种被感知气体的含量。
(2)当前用于矿区大气监测的感知设备没有建立完善的无线传输网络，存在节点孤立、通信受障碍物遮挡等影响较大的缺点。
(3)当前国内矿区大气监测感知设备使用光谱吸收式监测仪器存在精度低、受天气影响较大的缺点。
(4)当前国内矿区中使用大气感知设备没有作防雨和通风的方案设计，监测数据受环境影响较大。
实用新型内容
基于上述技术问题，本实用新型提供一种用于矿区大气监测的气体感知设备。
本实用新型所采用的技术解决方案是：
一种用于矿区大气监测的气体感知设备，包括传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块、无线通讯模块和电源模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与数模转换模块连接，数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯模块连接，传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块分别与电源模块连接。
优选的，所述传感器模块包括用于测量CO气体浓度的第一电化学气体传感器、用于测量SO2气体浓度的第二电化学气体传感器、用于测量NO气体浓度的第三电化学气体传感器和用于测量H2S气体浓度的第四电化学气体传感器。
优选的，该气体感知设备还包括用于功率控制的功率放大模块，功率放大模块与无线通讯模块连接。
优选的，所述无线通讯模块通过ZigBee无线网络与感知数据接收设备连接。
优选的，所述处理器模块为ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。
优选的，所述传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块均设置在主板上，所述电源模块通过导线与太阳能电池板连接。
优选的，该气体感知设备包括外盒体，外盒体的顶部开口，在开口处设置有盒盖，外盒体与盒盖通过螺栓连接，所述外盒体的壁上设置有通气孔，外盒体的内部设置有内盒体，外盒体与内盒体之间形成有环形空腔，所述通气孔与环形空腔连通，在内盒体的内部设置有隔板，所述隔板将内盒体分隔为用于盛放主板的第一空间和用于盛放电源模块的第二空间，在盒盖的顶部边缘处间隔设置有L形支架，L形支架与盒盖之间形成用于固定太阳能电池板的嵌入口。
优选的，在外盒体与盒盖的连接处设置有密封胶条或涂覆密封胶。
优选的，所述外盒体的顶底两端均设置有固定架，在固定架上设置有固定孔。
本实用新型的有益技术效果是：
(1)本实用新型选用电化学气体传感器进行气体浓度感知，可同时监测矿区大气中的CO、SO2、NO、H2S等有害气体浓度，并通过数模转换模块等将电化学信号转化为数字信号的感知数据，通过处理器模块进行感知数据的实时采集与存储，通过ZigBee无线网络把采集到的感知数据组包发送到感知数据接收设备，建立了完善的无线传输网络，而且监测数据精度高，避免了存在节点、通信受障碍物遮挡等影响的问题。
(2)本实用新型设备中还包括功率放大模块，可根据现场需求进行软件控制功率，以达到通信距离与功耗的最优配置。
(3)本实用新型对设备的盒体进行巧妙设计，具有通风防雨的优点，而且方便悬挂，便于感知设备在矿区各矸石堆、井口、煤堆、烟囱等特殊位置安装固定。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型的系统框图；
图2为本实用新型盒体的结构示意图；
图3为本实用新型的外部结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于矿区大气监测的气体感知设备，包括传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块、无线通讯模块、功率放大模块和电源模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与数模转换模块连接，数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与功率放大模块均与无线通讯模块连接，传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块、功率放大模块和无线通讯模块分别与电源模块连接。
上述传感器模块包括用于测量CO气体浓度的第一电化学气体传感器、用于测量SO2气体浓度的第二电化学气体传感器、用于测量NO气体浓度的第三电化学气体传感器和用于测量H2S气体浓度的第四电化学气体传感器。
上述无线通讯模块通过ZigBee无线网络与感知数据接收设备连接。上述处理器模块采用ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。
本实用新型针对矿区大气中CO、SO2、NO、H2S有害气体，选用电化学气体传感器进行气体浓度感知，将电化学信号转化为数字信号的感知数据；并研发相应的电路进行多路传感器集成，板载的微处理器控制感知数据的实时采集与存储；通过ZigBee无线网络把采集到的感知数据组包发送到感知数据接收设备。
本实用新型使用ADA4505-2芯片进行传感器低电压变化线性放大。传感器与运算放大器模块连接，通过运算放大器将微弱的电压变化高倍线性放大转换，可将传感器采集到的电化学信号输入到数模转换模块接口，由数模转换模块转换为数字信号。
本实用新型的采集模式具有结构简单、数据采集精度高的优点。
本实用新型采用ZigBee自组织无线通信网络，采集节点可以灵活，另外本实用新型采用TI公司的专业ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器，并可根据现场需求进行软件控制功率，能达到通信距离与功耗的最优配置。
本实用新型数据采集流程大致如下：
(1)电化学气体传感器将气体浓度通过电化学方式转换成电压变化。
(2)运算放大器将微弱的电压变化进行线性放大为0-3v的电压。
(3)主芯片通过通道配置对各传感器进行周期性的数据循环采样。
(4)采样数据处理器缓存到本地内存。
(5)系统周发送命令调用无线发送模块，将数据转换成高频无线信号进行发送。
另外，为实现环境型电源，本实用新型采用太阳能电池板为电源模块(锂电池)充电，太阳能电池板工作电压为18V，功率为5W。
作为对本实用新型的进一步设计，所述传感器模块1、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块均设置在主板2上，所述电源模块通过导线与太阳能电池板3连接。如图2-3所示，该气体感知设备包括外盒体4，外盒体4的顶部开口，在开口处设置有盒盖5，外盒体4与盒盖5通过螺栓连接。所述外盒体的壁上设置有通气孔6，外盒体的内部设置有内盒体7，外盒体4与内盒体7之间形成有环形空腔8，所述通气孔6与环形空腔8连通。在内盒体7的内部设置有隔板9，所述隔板9将内盒体分隔为用于盛放主板的第一空间和用于盛放电源模块的第二空间。在盒盖5的顶部边缘处间隔设置有L形支架10，L形支架与盒盖之间形成用于固定太阳能电池板3的嵌入口，太阳能电池板3插入嵌入口中。
进一步的，在外盒体4与盒盖5的连接处设置有密封胶条或涂覆密封胶，以增强密封效果。
更进一步的，所述外盒体4的顶底两端均设置有固定架11，在固定架11上设置有固定孔。
本实用新型采用太阳能电池板为电源模块充电，具有节能环保的优点，同时太阳能电池板还具有防雨功能，可以遮挡雨滴。另外，通过外盒体和内盒体的结构布置，以及在连接边缘处贴有用于密封的胶条，可防止雨水渗入感知设备盒中。通过在传感器顶部及侧面位置，钻两排5mm的通风孔，可用于外面的空气流通到传感器的气体接触部位。
矿区中有害气体在空间上是连续分布的，要求感知设备能够覆盖整个感知区域，且重点部位感知设备分布较密集，本实用新型通过上述结构设计，便于感知设备在矿区各矸石堆、井口、煤堆、烟囱等特殊位置安装固定。
上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所做出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：包括传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块、无线通讯模块和电源模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与数模转换模块连接，数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯模块连接，传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块分别与电源模块连接；
所述传感器模块包括用于测量CO气体浓度的第一电化学气体传感器、用于测量SO2气体浓度的第二电化学气体传感器、用于测量NO气体浓度的第三电化学气体传感器和用于测量H2S气体浓度的第四电化学气体传感器；
该气体感知设备还包括用于功率控制的功率放大模块，功率放大模块与无线通讯模块连接；
所述无线通讯模块通过ZigBee无线网络与感知数据接收设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：所述处理器模块为ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。
3.根据权利要求1所述的一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：所述传感器模块、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块均设置在主板上，所述电源模块通过导线与太阳能电池板连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：该气体感知设备包括外盒体，外盒体的顶部开口，在开口处设置有盒盖，外盒体与盒盖通过螺栓连接，所述外盒体的壁上设置有通气孔，外盒体的内部设置有内盒体，外盒体与内盒体之间形成有环形空腔，所述通气孔与环形空腔连通，在内盒体的内部设置有隔板，所述隔板将内盒体分隔为用于盛放主板的第一空间和用于盛放电源模块的第二空间，在盒盖的顶部边缘处间隔设置有L形支架，L形支架与盒盖之间形成用于固定太阳能电池板的嵌入口。
5.根据权利要求4所述的一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：在外盒体与盒盖的连接处设置有密封胶条或涂覆密封胶。
6.根据权利要求4所述的一种用于矿区大气监测的气体感知设备，其特征在于：所述外盒体的顶底两端均设置有固定架，在固定架上设置有固定孔。
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|---|---|---|---|---|
| WO2022071834A1 (ru) * | 2020-10-01 | 2022-04-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" | Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе |
| RU2771786C2 (ru) * | 2020-10-01 | 2022-05-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" | Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе |
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