CN211603071U - 一种甲烷传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种甲烷传感器，尤其是能够规范其现场吊挂位置的甲烷传感器。一种甲烷传感器，包括壳体6、安装在长方体壳体6上的凸起7上的显示屏2、报警指示灯3、安装在壳体6上凸起7上的扬声器4、安装在壳体6上的超声波传感器9、安装在壳体6顶部中心的吊环1、安装在壳体6内部的甲烷催化燃烧式气敏传感器、热传导气体传感器、安装在壳体6内部的电路板及若干连接导线，当井下现场甲烷传感器吊挂不规范或者现场人员违章作业，人为改变甲烷传感器吊挂位置时，该仪器能够同时发出声光告警。

Description

一种甲烷传感器

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷传感器，尤其是能够规范其现场吊挂位置的甲烷传感器。

背景技术

瓦斯是煤矿五大灾害之首，一旦发生爆炸，会对矿工生命和国家财产造成及其严重的危害。我国目前国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井，其中高瓦斯矿井和突出矿井占全国矿井总数的44%。为预防瓦斯事故，原国家煤炭安全监察局提出“先抽后采、以风定产、监测监控”十二字方针。其中监测监控是预防瓦斯事故的重要防线和保障措施，监测监控系统中明确要求在采掘工作面、机车等主要防爆地点安装甲烷传感器和断电器，实现自动报警断电。另外，鉴于瓦斯主要成分为甲烷，密度轻，易扩散的特性，原国家安全生产监督管理局在《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》中进一步规定了甲烷传感器的吊挂标准——“甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板(顶梁)不得大于 300mm，距巷道侧壁不小于200mm”。现有甲烷传感器主要存在的问题和缺陷是：1、缺少位置识别功能，不能自动检测其吊挂位置是否符合规范，现场吊挂随意性大，更有甚者，为抢工程进度，人为将甲烷传感器吊挂位置调低、紧贴侧壁，致使该传感器不能正确反映被测环境的实际情况，监测监控系统形同虚设，给矿井安全生产埋下重大隐患，成为悬在广大矿工头上的一颗定时炸弹；2、功耗大，在现有监控分站备用电源容量下，供电时间不足，尤其当矿井井下停电时间较长时，不能持续提供准确的瓦斯数据，影响应急处置方案制定的合理性、科学性，最终导致事故处置时间延长。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种具备吊挂位置自动检测功能的甲烷传感器。

本实用新型采取的技术方案是：一种甲烷传感器，包括壳体（6）、安装在壳体（6）上的显示屏（2）、安装在壳体（6）上的报警指示灯（3）、安装在壳体（6）上的扬声器（4）、安装在壳体（6）上的超声波传感器（9）、安装在壳体（6）顶部中心的吊环（1）、安装在壳体（6）内部的甲烷催化燃烧式气敏传感器、热传导气体传感器、安装在壳体（6）内部的电路板及若干连接导线，壳体（6）上有连通超声波传感器的通道，超声波传感器包括安装在壳体（6）的顶部用于测量壳体（6）顶部与巷道顶部（煤矿巷道）之间距离的第一传感器（8）和用于测量壳体（6）距离巷道侧壁距离的第二传感器（9），第一传感器（8）为1个或者1个以上的传感器探头，其布置在壳体（6）的顶部，第二传感器（9）为6个或者6个以上的传感器探头，其等间隔环绕布置在一个圆柱进气室（5）的侧壁上，圆柱进气室（5）的一端通过焊接、一体化连接、螺栓连接中的一种安装在壳体（6）的底部中心，显示屏（2）、报警指示灯（3）、扬声器（4）、超声波传感器连接电路板，吊环（1）通过绳子吊挂在巷道顶部。由于第二传感器（9）的传感器探头环绕在一个圆柱体的圆柱进气室（5）周边，因此无论本发明出于什么状态，总是能够获得周边巷道侧壁到圆柱进气室（5）的距离，保证了距离上侧测量精确。

壳体（6）为长方体结构，壳体（6）的正面有凸起（7），显示屏（2）、报警指示灯（3）、扬声器（4）安装在凸起（6）上。

圆柱进气室（5）为一中空式圆柱体，其侧面由双层钢板压制而成，两层钢板中间沿四周嵌套六个传感器探头，两两传感器探头之间夹角均为60度，壳体（6）顶部的吊环（1）左右两侧各镶嵌有一个传感器探头。所述报警指示灯（3）分两小块，分别为红色LED灯和黄的LED灯。

所述电路板上有微处理器、电源电路、传感器电路、显示电路、报警电路、传输电路、遥控电路，所述传感器电路包括甲烷催化燃烧式气敏传感器电路、热传导气体传感器电路、超声波传感器电路，所述微处理器为MSP430F149单片机。

所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路CH4-d、CH4-D引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.0、P6.3引脚，所述热传导气体传感器电路的CH4-g、CH4-G引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.1、P6.2引脚，所述超声波传感器电路的TRIG、ECHO、A、B、C引脚分别连接MSP430F149单片机的P1.1、P1.2、P4.2、P4.2、P4.3、P4.4，所述显示电路锁存器U4的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和锁存器U5的D7、D6、D5、D4引脚分别连接MSP430F149单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、 P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、 P3.0、P3.1、P3.2、P3.3引脚，所述报警电路U2的PA2、PA1和Q1、Q2的>CH4-2、>DIS-2引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.5、P6.4、P6.7、P6.6引脚，所述遥控电路的OUT引脚连接MSP430F149单片机的P5.4引脚。

所述电源电路包括自恢复型保险丝JK30-RUEF/200、共模电感DLW43SH220、肖特基二极管SS14、可调节稳压电路、3.3V稳压电路、3.0V分压电路、2.5V基准电源电路，所述2.5V基准电路与MSP430F149单片机的VeREF+引脚相连，为其提供AD转换基准电压。

所述超声波传感器电路包括控制芯片CS102、运算放大器LMV324、8路选择器M74HC4051，所述传感器探头为铝制防水型收发一体传感器探头，直径10mm，共8个，8个传感器探头的T-引脚全部连一起，后经电阻接运算放大器LMV324的IN-引脚，8个传感器探头的T+引脚分别接8路选择器M74HC4051的0 I/O、1 I/O、2 I/O、3I/O、4I/O、5I/O、6I/O、7I/O引脚，所述M74HC4051的COM I/O引脚经电阻接运算放大器LMV324的IN+引脚，所述LMV324的Voutput引脚经电容滤波后分别接控制芯片CS102的RN、RP引脚。所述MSP430F149单片机控制8路选择器接通相应传感器探头，延时后，予控制芯片CS102发出触发信号，对应传感器探头启动，反馈信号由微处理器捕获模块检测、计算、比较，8个传感器探头依次循环，当其中一个检测距离超过规定值时，启动声光报警。所述8个传感器探头，其中2个用于检测壳体（6）距巷道顶部的距离，6个用于检测壳体（6）距巷道侧壁的距离。

所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路包括NPN型三极管S8050、甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L、运算放大器INA2321、可变电阻。所述甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L的Vout+引脚接运算放大器INA2321的Vin+A引脚，所述甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L的Vout-引脚通过可变电阻接运算放大器INA2321的Vin-A引脚，所述可变电阻用于传感器归零校准。所述电路用于获取、放大基本误差较小的0%VOL -4%VOL的甲烷信号。

所述热传导气体传感器电路包括NPN型三极管S8050、热传导气体传感器MD61、运算放大器INA2321、可变电阻。所述热传导气体传感器MD61的Vout+引脚接运算放大器INA2321的Vin+B引脚，所述热传导气体传感器MD61的Vout-引脚通过可变电阻接运算放大器INA2321的Vin-B引脚，所述可变电阻用于传感器归零校准。所述电路用于获取、放大基本误差偏大的4%VOL -100%VOL的甲烷信号。

所述显示电路包括两个八进制锁存器74HC573、一个4位共阴极数码管，实时显示现场甲烷浓度。

所述声光报警电路包括语音芯片WIN6040-8S、语音功放芯片CS8505E、NPN三极管S8050、共阴极发光二极管。声光报警电路针对甲烷浓度和传感器吊挂位置两种情况，启动不同的报警模式。当传感器吊挂位置不符合规范时，黄灯闪烁，语音报警“吊挂不规范，请重新吊挂”；当甲烷超限时，红灯闪烁，语音报警“滴滴…滴滴”。

所述传输电路包括485芯片MAX3485ESA、瞬态抑制二极管SMC6.8CA、共模电感DLW43SH220，所述共模电感DLW43SH220的3、2引脚接传输线，实现与监控分站通讯。

所述遥控电路包括红外一体化接收头HS0038B、红外遥控器，实现遥控修改仪器参数、模拟瓦斯量输入等。

本实用新型的有益效果是： 1、当井下现场甲烷传感器吊挂不规范或者现场人员违章作业，人为改变甲烷传感器吊挂位置时，该仪器能够同时发出声光告警，并将告警缘由上传至地面监控中心,提醒作业人员必须严格按照规范重新进行吊挂；2、控制器采用超低功耗的MSP430F149单片机，其内部丰富的集成模块均可单独实现开、关，当井下发生大面积停电且短时间内无法恢复时，可选择性关闭相关辅助模块，如显示屏、声光报警、位置自检等，仅保留甲烷采样、传输等模块，最大限度地降低甲烷传感器的功耗，以便在现有监控分站备用电源容量下，适当延长供电时间，使其能够持续、准确地上传瓦斯数据，为应急指挥中心制定科学、合理的事故处置方案提供决策依据，从而缩短事故处置时间。本甲烷传感器能够很好地解决上述问题，消除安全隐患，降低安全风险，提高矿井及人员的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是圆柱进气室结构示意图；

图4是本实用新型具体实施方式的原理示意图；

图5是MSP430F149单片机与超声波传感器电路的连接示意图；

图6是MSP430F149单片机与甲烷催化燃烧式气敏传感器电路、热传导气体传感器电路的连接示意图；

图7是MSP430F149单片机与电源电路的连接示意图；

图8是MSP430F149单片机与显示电路的连接示意图；

图9是MSP430F149单片机与声光报警电路的连接示意图；

图10是MSP430F149单片机与遥控电路、传输电路的连接示意图；

其中，1、吊环，2、显示屏，3、报警指示灯，4、扬声器，5、圆柱进气室，6、壳体，7、凸起，8、第一传感器，9、第二传感器，T1-T8、传感器探头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案和优点进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-10所示，一种甲烷传感器，包括壳体6、安装在长方体壳体6上的凸起7上的显示屏2、报警指示灯3、安装在壳体6上凸起7上的扬声器4、安装在壳体6上的超声波传感器9、安装在壳体6顶部中心的吊环1、安装在壳体6内部的甲烷催化燃烧式气敏传感器、热传导气体传感器、安装在壳体6内部的电路板及若干连接导线，壳体6上有连通超声波传感器的通道，超声波传感器包括安装在壳体6的顶部用于测量壳体6顶部与巷道顶部（煤矿巷道）之间距离的第一传感器8和用于测量壳体6距离巷道侧壁距离的第二传感器9，第一传感器8为2个传感器探头，其布置在壳体6的顶部，第二传感器9为6个传感器探头，其等间隔环绕布置在一个圆柱进气室5的侧壁上，圆柱进气室5的一端通过焊接、一体化连接、螺栓连接中的一种安装在壳体6的底部中心，显示屏2、报警指示灯3、扬声器4、超声波传感器连接电路板，吊环1通过绳子吊挂在巷道顶部。

第一传感器8反馈壳体6顶部与巷道顶部之间距离到电路板的单片机，单片机比较第一传感器8的所有传感器探头获得的数据，找出壳体6顶部与巷道顶部之间距离最小的数据，此数据与设置预先设定的壳体顶部报警距离比较，如果小于等于壳体顶部报警距离则通知报警指示灯3和扬声器4进行声光报警；第二传感器9反馈圆柱进气室5距离巷道侧壁距离到电路板的单片机，单片机比较第二传感器9的所有传感器探头获得的数据，找出圆柱进气室5距离巷道侧壁距离的最小的数据，此数据与设置预先设定的巷道侧壁报警距离比较，如果小于等于巷道侧壁报警距离则通知报警指示灯3和扬声器4进行声光报警。

圆柱进气室5为一中空式圆柱体，其侧面由双层钢板压制而成，两层钢板中间沿四周嵌套六个传感器探头，两两传感器探头之间夹角均为60度，壳体6顶部的吊环1左右两侧各镶嵌有一个传感器探头。所述报警指示灯3分两小块，分别为红色LED灯和黄的LED灯。

所述电路板包括微处理器、电源电路、传感器电路、显示电路、报警电路、传输电路、遥控电路，所述传感器电路包括甲烷催化燃烧式气敏传感器电路、热传导气体传感器电路、超声波传感器电路。

所述微处理器为MSP430F149单片机，所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路CH4-d、CH4-D引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.0、P6.3引脚，所述热传导气体传感器电路的CH4-g、CH4-G引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.1、P6.2引脚，所述超声波传感器电路的TRIG、ECHO、A、B、C引脚分别连接MSP430F149单片机的P1.1、P1.2、P4.2、P4.2、P4.3、P4.4，所述显示电路锁存器U4的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和锁存器U5的D7、D6、D5、D4引脚分别连接MSP430F149单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、 P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、 P3.0、P3.1、P3.2、P3.3引脚，所述报警电路U2的PA2、PA1和Q1、Q2的>CH4-2、>DIS-2引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.5、P6.4、P6.7、P6.6引脚，所述遥控电路的OUT引脚连接MSP430F149单片机的P5.4引脚。

所述电源电路包括自恢复型保险丝JK30-RUEF/200、共模电感DLW43SH220、肖特基二极管SS14、可调节稳压电路、3.3V稳压电路、3.0V分压电路、2.5V基准电源电路，为系统提供各种电压电源。所述超声波传感器电路包括控制芯片CS102，传感器探头、运算放大器LMV324，8路选择器M74HC4051。所述MSP430F149单片机控制8路选择器接通相应传感器探头，触发控制芯片CS102，对应传感器探头启动，8个传感器探头依次循环，当其中一个测量距离超过规定值时，启动声光报警。所述8个传感器探头，其中2个用于测量壳体（6）距巷道顶部的距离，6个用于测量壳体（6）距巷道侧壁的距离。所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路包括NPN型三极管S8050、甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L、运算放大器INA2321、可变电阻，用于获取、放大基本误差较小的0%VOL -4%VOL甲烷信号。所述热传导气体传感器电路包括NPN型三极管S8050、热传导气体传感器MD61、运算放大器INA2321、可变电阻，用于获取、放大基本误差偏大的4%VOL -100%VOL甲烷信号。所述显示电路包括两个八进制锁存器74HC573、一个4位共阴极数码管，实时显示现场的瓦斯浓度。所述声光报警电路包括语音芯片WIN6040-8S、语音功放芯片CS8505E、NPN三极管S8050、共阴极发光二极管。针对瓦斯浓度和传感器吊挂位置两种情况，启动不同的报警模式。所述传输电路包括485芯片MAX3485ESA、瞬态抑制二极管SMC6.8CA、共模电感DLW43SH220，传输数据至监控分站。所述遥控电路包括红外一体化接收头HS0038B、红外遥控器，用于遥控修改仪器参数、模拟瓦斯量输入等。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。应当理解，以上的描述意图在于说明而非限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。

Claims (8)

1.一种甲烷传感器，其特征在于：包括壳体（6）、安装在壳体（6）上的显示屏（2）、安装在壳体（6）上的报警指示灯（3）、安装在壳体（6）上的扬声器（4）、安装在壳体（6）上的超声波传感器、安装在壳体（6）顶部中心的吊环（1）、安装在壳体（6）内部的甲烷催化燃烧式气敏传感器、热传导气体传感器、安装在壳体（6）内部的电路板及若干连接导线，壳体（6）上有连通超声波传感器的通道，超声波传感器包括安装在壳体（6）的顶部用于测量壳体（6）顶部与巷道顶部之间距离的第一传感器（8）和用于测量壳体（6）距离巷道侧壁距离的第二传感器（9），第一传感器（8）为1个或者1个以上的传感器探头，其布置在壳体（6）的顶部，第二传感器（9）为6个或者6个以上的传感器探头，其等间隔环绕布置在一个圆柱进气室（5）的侧壁上，圆柱进气室（5）的一端通过焊接、一体化连接、螺栓连接中的一种安装在壳体（6）的底部中心，报警指示灯（3）、扬声器（4）、超声波传感器连接电路板，吊环（1）通过绳子吊挂在巷道顶部。

2.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：壳体（6）为长方体结构，壳体（6）的正面有凸起（7），报警指示灯（3）、扬声器（4）安装在凸起（7）上。

3.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：圆柱进气室（5）为一中空式圆柱体，其侧面由双层钢板压制而成，两层钢板中间沿四周嵌套6个传感器探头，两两传感器探头之间夹角均为60度，壳体（6）顶部的吊环（1）左右两侧各镶嵌有一个传感器探头,所述报警指示灯（3）分两小块，分别为红色LED灯和黄的LED灯。

4.根据权利要求1所述的一种甲烷传感器，其特征在于：所述电路板上有微处理器、电源电路、传感器电路、显示电路、报警电路、传输电路、遥控电路，所述传感器电路包括甲烷催化燃烧式气敏传感器电路、热传导气体传感器电路、超声波传感器电路，所述微处理器为MSP430F149单片机。

5.根据权利要求4所述的一种甲烷传感器，其特征在于：所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路CH4-d、CH4-D引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.0、P6.3引脚，所述热传导气体传感器电路的CH4-g、CH4-G引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.1、P6.2引脚，所述超声波传感器电路的TRIG、ECHO、A、B、C引脚分别连接MSP430F149 单片机的P1.1、P1.2、P4.2、P4.2、P4.3、P4.4，所述显示电路锁存器U4的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7和锁存器U5的D7、D6、D5、D4引脚分别连接MSP430F149单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、 P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3引脚，所述报警电路U2的PA2、PA1和Q1、Q2的>CH4-2、>DIS-2引脚分别连接MSP430F149单片机的P6.5、P6.4、P6.7、P6.6引脚，所述遥控电路的OUT引脚连接MSP430F149单片机的P5.4引脚。

6.根据权利要求4所述的一种甲烷传感器，其特征在于：第一传感器（8）为2个传感器探头，第二传感器（9）为6个传感器探头，所有传感器探头共为8个，所述超声波传感器电路包括控制芯片CS102、运算放大器LMV324、8路选择器M74HC4051， 8个传感器探头的T-引脚全部连一起，后经电阻接运算放大器LMV324的IN-引脚，8个传感器探头的T+引脚分别接8路选择器M74HC4051的0 I/O、1 I/O、2 I/O、3I/O、4I/O、5I/O、6I/O、7I/O引脚，所述M74HC4051的COM I/O引脚经电阻接运算放大器LMV324的IN+引脚，所述LMV324的Voutput引脚经电容滤波后分别接控制芯片CS102的RN、RP引脚，所述8个传感器探头，其中2个安装在壳体（6）顶部，6个安装在圆柱进气室（5）的侧壁上。

7.根据权利要求4所述的一种甲烷传感器，其特征在于：所述甲烷催化燃烧式气敏传感器电路包括NPN型三极管S8050、甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L、运算放大器INA2321、可变电阻,所述甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L的Vout+引脚接运算放大器INA2321的Vin+A引脚，所述甲烷催化燃烧式气敏元件MJC-3.0L的Vout-引脚通过可变电阻接运算放大器INA2321的Vin-A引脚。

8.根据权利要求4所述的一种甲烷传感器，其特征在于：所述热传导气体传感器电路包括NPN型三极管S8050、热传导气体传感器MD61、运算放大器INA2321、可变电阻,所述热传导气体传感器MD61的Vout+引脚接运算放大器INA2321的Vin+B引脚，所述热传导气体传感器MD61的Vout-引脚通过可变电阻接运算放大器INA2321的Vin-B引脚。

Images