CN213580765U - 一种甲烷气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种甲烷气体检测装置，包括甲烷气体传感器、处理器和信号采集电路；信号采集电路包括第一电阻、电子电位器、第二电阻和第三电阻依次串联而成的参考电压支路；第一放大器的正相输入端连接第一电阻与电子电位器之间的线路，第二放大器的正相输入端连接第二电阻和第三电阻之间的线路，第三放大器的正相输入端连接甲烷气体传感器的信号输出端；第一放大器的信号输出端连接第四放大器的反相输入端，第二放大器和第三放大器的信号输出端连接第四放大器的正相输入端；第四放大器的信号输出端连接处理器。本实用新型提供的技术方案能够解决在对甲烷气体传感器输出信号处理时存在的精度低、成本高的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及甲烷气体检测设备领域，具体涉及一种甲烷气体检测装置。
背景技术
随着社会的进步，科技的发展，人类对能源需求量的增加，使得煤的需求量迅猛增加，与此同时，国家针对煤矿安全生产，制定了一系列的标准，以此来保证煤矿工人的人身安全及煤矿的安全生产。
瓦斯气体是威胁煤矿安全生产的重要因素之一，瓦斯气体易燃易爆，对煤矿安全生产及矿工的生命造成严重的威胁。瓦斯气体的主要成分是甲烷，因此，甲烷气体的检测成为成为煤矿安全生产及保护矿工生命的重要因素。
甲烷气体检测主要是利用催化元件桥式结构、黑白元件互补特性，根据桥臂上检测元件温度的变化来检测甲烷浓度。甲烷气体的检测难点在于对甲烷气体传感器输出信号的处理，为此，很多专家学者提出了不同的处理方法，通过数据处理的方式提高甲烷气体传感器的检测精度，但是其成本太高，较难在矿上推广，特别是一些技术条件及经济状况比较落后的小矿。也有提出使用高精度处理芯片方案，该方案同样存在成本高的问题，使得适用其方法的设备较难在煤矿市场上推广。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种甲烷气体检测装置，以解决现有技术中在对甲烷气体传感器输出信号处理时存在的精度低、成本高的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种甲烷气体检测装置，包括甲烷气体传感器和处理器，处理器连接甲烷气体传感器的信号输出端，并在连接的线路上设置有信号采集电路；所述信号采集电路包括第一电阻、电子电位器、第二电阻和第三电阻依次串联而成的参考电压支路，参考电压支路的一端连接电源模块，另一端接地；
第一放大器的正相输入端连接第一电阻与电子电位器之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；第二放大器的正相输入端连接第二电阻和第三电阻之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；第三放大器的正相输入端连接甲烷气体传感器的信号输出端，反相输入端连接其自身的输出端；
第一放大器的信号输出端通过第四电阻连接第四放大器的反相输入端，第二放大器和第三放大器的信号输出端分别通过第五电阻和第六电阻连接第四放大器的正相输入端；第四放大器的信号输出端连接处理器，并通过第一电容连接其自身的反相输入端，以及通过串联的第十电阻和第九电阻接地；第八电阻的一端连接第四放大器的正相输入端，另一端连接第九电阻与第十电阻之间的线路；第七电阻的一端连接第四放大器的反相输入端，另一端连接第九电阻与第十电阻之间的线路。
进一步的，所述第四放大器输出端连接处理器的线路上设置有滤波电路，该滤波电路包括滤波电阻和滤波电容。
进一步的，所述电源模块包括无线充电接收模块和蓄电池，无线充电接收模块包括无线充电接收线圈和整流器，无线充电接收线圈连接整流器的交流侧，整流器的直流侧连接所述蓄电池，并在连接的线路上设置有可控开关，所述处理器连接该可控开关的控制端，用于在蓄电池需要充电时控制该可控开关闭合。
进一步的，所述处理器还连接有用于检测蓄电池电量的电量检测装置。
进一步的，所述电源模块还连接有电磁铁，并在连接的线路上设置有继电器开关，所述处理器连接该继电器开关的线圈部分；所述处理器还连接有按钮开关，用于根据按钮开关的动作信号控制继电器开关的动作。
进一步的，还包括铁片，铁片用于与所述电磁铁配合，将所述蓝牙气体检测仪固定在指定位置。
本实用新型的有益效果：
本实用新型所提供的技术方案，采用四个放大器组成的求和及正负反馈放大电路对甲烷气体传感器的输出信号进行处理，使甲烷气体传感器的输出信号更加稳定，精度更高，并且由于采用的起脚较少，所以成本较低。因此，本实用新型所提供的技术方案能够解决现有技术中在对甲烷气体传感器输出信号处理时存在的精度低、成本高的问题。
附图说明
图1是本实用新型实施例中甲烷气体检测装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中信号采集电路的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中电源模块的结构示意图；
图4是本实用新型实施例中电磁铁的电路结构示意图；
图5是本实用新型实施例中处理器连接继电器K0线圈部分的结构示意图。
具体实施方式
本实施例提供一种甲烷气体检测装置，其结构如图1所示，包括甲烷气体传感器、信号采集电路和处理器，甲烷气体传感器的信号输出端连接信号采集电路的信号输入端，信号采集电路的信号输出端连接处理器，信号采集电路获取甲烷气体传感器的采集信号，对其进行放大处理，然后将其发送给处理器。
本实施例所提供的甲烷气体检测装置，其信号采集电路的结构如图2所示，包括电阻R1、电子电位器W1、电阻R2和电阻R3依次串联而成的参考电压支路，参考电压支路的一端连接电源模块，另一端接地。
放大器U2A的正相输入端连接电阻R1与电子电位器W1之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；放大器U2B的正相输入端连接电阻R2和电阻R3之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；放大器U2C的正相输入端连接甲烷气体传感器的信号输出端，反相输入端连接其自身的输出端。放大器U2A、放大器U2B和放大器U2C分别用于对其自身正相输入端输入的信号进行放大处理。
放大器U2A的信号输出端通过电阻R4连接放大器U2D的反相输入端，放大器U2B和放大器U2C的信号输出端分别通过电阻R5和电阻R6连接放大器U2D的正相输入端。放大器U2D的信号输出端通过电容C1连接其自身的反相输入端，并通过串联的电阻R10和电阻R9接地；正反馈电阻R8的一端连接放大器U2D的正相输入端，另一端连接电阻R9与电阻R10之间的线路；负反馈电阻R7的一端连接放大器U2D的反相输入端，另一端连接电阻R9与电阻R10之间的线路。
放大器U2D及其外围电路用于对放大器U2A、放大器U2B和放大器U2C输出的电压值进行求和及正负反馈放大处理，在本实施例中电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10的阻值相同，均为100KΩ，设放大器U2A、放大器U2B、放大器U2C和放大器U2D输出端输出的电压值分别为V1、V2、V3和V4，则
放大器U2D的输出端连接处理器，并在连接的线路上设置有滤波电路，滤波电路包括电阻R11和电容C2，电阻R11的一端连接放大器U2D的输出端，另一端连接处理器；电容C2的一端接地，另一端连接电阻R11连接处理器之间的线路。
本实施例中，处理器采用的是型号为STM32L476的单片机，气体传感器采用的是型号为MJC4/2.8J的催化燃烧式甲烷气体传感器，放大器U2A、放大器U2B、放大器U2C和放大器U2D为低功耗运放芯片LM324，电子电位器W1采用的是型号为MCP410010的电子电位器。
电源模块包括蓄电池和无线充电接收单元，如图3所示，无线充电接收单元包括无线充电接收线圈L0和整流器T0，无线充电接收线圈L0连接整流器T0的交流侧，整流器T0的直流侧连接蓄电池。继电器K0的触点部分设置在整流器T0连接蓄电池的线路上，处理器连接继电器K0的线圈部分。本实施例中的整流器T0是桥式整流器。
处理器还连接有电量检测装置，本实施例中的电量检测装置包括设置在蓄电池所接线路的电压传感器和电流传感器，处理器通过电压传感器检测蓄电池的充电电压和放电电压，通过电流传感器检测蓄电池的充电电流和放电电流，并根据蓄电池的充电电压、放电电压、充电电流和放电电流，采用安时积分法计算蓄电池的剩余电量。
蓝牙气体检测仪放置在无线充电发射模块处时，无线充电接收线圈L0感应产生电压并将其发送给整流器T0，整流器T0将其整流为直流电，为蓄电池充电；当处理器通过电量检测模块检测到蓄电池的电量已满时，控制继电器K0的触点部分断开，停止充电。
在壳体内还设置有电磁铁T1，如图4所示，蓄电池连接电磁铁T1的电源端，并在连接的线路上设置有继电器K1的触点部分，处理器连接继电器K1的线圈部分；处理器还连接有按钮开关SB，按钮开关SB的一端接地，另一端连接处理器的一个引脚，当按钮开关动作时处理器的该引脚接地，处理器接收到相应的动作信号。
当需要将甲烷气体检测装置固定在某个位置上时，如果该位置有铁质设备，则将甲烷气体检测装置放置在该位置上，并按下按钮开关SB；
处理器接收到按钮开关SB的动作信号时，控制继电器K1的触电部分闭合，电磁铁T1得电，可将甲烷气体检测装置吸附在铁片上；
当用户再次按下按钮开关SB时，处理器接收到相应的信号，控制继电器K1的触点部分闭合，电磁铁T1失电，可从安装位置取走。
作为气体实时方式，可设置与甲烷气体检测装置相配套的铁片，当甲烷气体检测装置需要安装的位置处没有铁质物体时，可将铁片钉在该位置，以方便甲烷气体检测装置的安装和拆卸。
处理器与继电器K0、继电器K1和继电器K2线圈部分的连接方式相同，下面以处理器与继电器K0线圈部分的连接方法为例对其进行说明：
如图5所示，三极管Q0的集电极连接蓄电池，发射极通过下拉电阻R0接地，继电器K0的线圈部分与下拉电阻R0并联设置；处理器连接三极管Q0的基极，用于控制三极管Q0的导通和截止：当三极管Q0导通时，继电器K0的线圈部分得电，其触点部分动作；当三极管Q0截止时，继电器K0的线圈部分失电，其触点部分复位。
以上公开的本实用新型的实施例只是用于帮助阐明本实用新型的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种甲烷气体检测装置，包括甲烷气体传感器和处理器，处理器连接甲烷气体传感器的信号输出端，并在连接的线路上设置有信号采集电路；其特征在于，所述信号采集电路为求和正负反馈电路，包括第一电阻、电子电位器、第二电阻和第三电阻依次串联而成的参考电压支路，参考电压支路的一端连接电源模块，另一端接地；
第一放大器的正相输入端连接第一电阻与电子电位器之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；第二放大器的正相输入端连接第二电阻和第三电阻之间的线路，反相输入端连接其自身的输出端；第三放大器的正相输入端连接甲烷气体传感器的信号输出端，反相输入端连接其自身的输出端；
第一放大器的信号输出端通过第四电阻连接第四放大器的反相输入端，第二放大器和第三放大器的信号输出端分别通过第五电阻和第六电阻连接第四放大器的正相输入端；第四放大器的信号输出端连接处理器，并通过第一电容连接其自身的反相输入端，以及通过串联的第十电阻和第九电阻接地；第八电阻的一端连接第四放大器的正相输入端，另一端连接第九电阻与第十电阻之间的线路；第七电阻的一端连接第四放大器的反相输入端，另一端连接第九电阻与第十电阻之间的线路。
2.根据权利要求1所述的甲烷气体检测装置，其特征在于，所述第四放大器输出端连接处理器的线路上设置有滤波电路，该滤波电路包括滤波电阻和滤波电容。
3.根据权利要求1所述的甲烷气体检测装置，其特征在于，所述电源模块包括无线充电接收模块和蓄电池，无线充电接收模块包括无线充电接收线圈和整流器，无线充电接收线圈连接整流器的交流侧，整流器的直流侧连接所述蓄电池，并在连接的线路上设置有可控开关，所述处理器连接该可控开关的控制端，用于在蓄电池需要充电时控制该可控开关闭合。
4.根据权利要求3所述的甲烷气体检测装置，其特征在于，所述处理器还连接有用于检测蓄电池电量的电量检测装置。
5.根据权利要求1所述的甲烷气体检测装置，其特征在于，所述电源模块还连接有电磁铁，并在连接的线路上设置有继电器开关，所述处理器连接该继电器开关的线圈部分；所述处理器还连接有按钮开关，用于根据按钮开关的动作信号控制继电器开关的动作。
6.根据权利要求5所述的甲烷气体检测装置，其特征在于，还包括铁片，铁片用于与所述电磁铁配合，将所述甲烷气体检测装置固定在指定位置。
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