CN2264911Y

CN2264911Y - 数字式多功能矿灯瓦斯报警器

Info

Publication number: CN2264911Y
Application number: CN 95241109
Authority: CN
Inventors: 童敏明
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-10-15
Anticipated expiration: 2005-12-19

Abstract

一种供煤矿井下作业人员使用的数字式多功能矿灯瓦斯报警器。由矿灯蓄电池供电，矿灯电源经稳压电路稳压后加到检测电桥上，输出检测信号经放大后送至比较电路比较，将比较结果分别送到故障诊断控制电路和数字显示电路，从而显示瓦斯浓度、传感器的漂移超差和故障状况。本实用新型具有故障诊断控制的功能，采用普通数字电路，实现瓦斯浓度的分段指示和漂移指示，提高了产品的可靠性。

Description

数字式多功能矿灯瓦斯报警器

本实用新型涉及一种瓦斯监测报警装置，更具体地说是一种适用于煤矿井下工作人员携带的数字式多功能矿灯瓦斯报警器。

瓦斯是煤矿的重大灾害之一，为了避免和减少瓦斯爆炸事故，对矿井瓦斯进行准确可靠的监测是十分必要的。矿灯瓦斯报警器是一种借助矿灯蓄电池供电具有超限自动报警的功能。但目前国内外生产、使用的各种矿灯瓦斯报警器，功能简单，可靠性差。其主要问题是一旦传感器出现故障，会发生误报警，影响煤矿的正常生产；传感器漂移产生的误差无法判别，从而影响了瓦斯超限报警的准确性和可靠性。

本实用新型的目的是提供一种采用简易的数字显示电路，不仅能显示瓦斯浓度范围，还能指示传感器的漂移误差，指示传感器的故障情况，提高产品可靠性、准确性的瓦斯报警器。

本实用新型的目的可以通过以下方式来实现：一种数字式多功能矿灯瓦斯报警器，由矿灯蓄电池供电，矿灯电源E经稳压电路A稳压后得到稳定的工作电压V₁，工作电压V₁加到由传感元件r₁、补偿元件r₂和桥臂电阻R₁、R₂组成的惠斯顿电桥的检测电桥，检测电桥的输出电压V₂至放大电路，V₂经放大器C放大后得到放大信号V₃，其特征在于：放大信号V₃至比较电路D和故障诊断控制电路，比较电路D的输出V₅也送到故障诊断控制电路，然后经故障诊断控制电路控制报警电路作出是否报警，比较电路D的输出信号V₆送至数字显示电路显示瓦斯浓度和传感器漂移状况。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：该报警器采用了故障诊断控制电路，可判断检测电路是否处于正常工作状态，以至于不发出误报警。另外，采用普通的数字电路，实现了瓦斯浓度的分段指示和传感元件的漂移超差指示功能，大大提高了产品的可靠性。

附图说明：

附图1是本实用新型的工作原理框图。

附图2是本实用新型的电路原理图。

附图3是本实用新型的比较电路和数字显示电路图。

下面参照附图对本实用新型作进一步详述：

参照附图1所示：一种数字式多功能矿灯瓦斯报警器，由稳压电路、检测电桥、放大电路、比较电路、故障诊断控制电路、报警电路和数字显示电路组成。矿灯的电压经稳压电路变成电压恒定的电源，作检测电桥的工作电源。通过检测电桥测得瓦斯浓度值后转变为电信号，输入到放大电路放大后，送至比较电路，将检测放大信号与基准电压进行比较鉴别，以判别被测瓦斯的浓度范围及传感元件的漂移状况，比较电路输出信号分二路，一路到故障诊断控制电路，故障诊断控制电路是判别传感元件是否发生故障及控制报警电路，当传感器发生故障时，故障诊断控制电路能判别，并控制报警电路，不发出误报警；反之，当瓦斯浓度超限时，发出信号，使报警电路发出报警。另一路到数字显示电路，显示瓦斯的浓度范围、传感器的漂移超差和故障状况。

参照附图2所示：图2展示了数字式多功能矿灯瓦斯报警器的电路原理。矿灯电源E提供直流电压V，经稳压电路A稳压后，输出一个恒定的工作电压V₁给检测电桥，检测电桥由传感元件r₁、补偿元件r₂和桥臂电阻R₁、R₂组成的惠斯顿电桥，检测电桥的输出电压V₂至放大电路C，放大电路由放大器C(LM324)构成，V₂经放大电路C放大得V₃后，至比较电路D和故障诊断控制电路，稳压电压V₁经电阻R₃和电位器W₁得到基准电压V₉₁输入比较电路D，V₉₁经电位器W₂、R₄又得一个基准电压V₉₂输入比较电路D，比较电路D的输出V₅至故障诊断控制电路，V₆至数字显示电路G，放大电路C的输出V₃还输入至数字显示电路G。故障诊断控制电路由比较器e(LM339)和电阻R₅～R₇、电容C₁组成，V₃经电阻R₅、电容C₁延时后至比较器e的负输入端，比较电路D的一个输出V₅经电阻R₆、R₇分压后至比较器e的正输入端，比较器e的输出端输出电压V₄控制报警电路。所述的报警电路包括有三极管T₁和电磁讯响器MC组成，V₄接T₁的基极，T₁的发射极接地，讯响器MC接地矿灯蓄电源E和T₁的集电极之间。

在正常大气或较低瓦斯浓度的空气中，放大电路C输出V₃较小，比较电路D输出V₅为低电平，比较器e同相输入信号小于反相输入信号，输出V₄为低电平，三极管T₁截止，电磁讯响器MC不报警器。当瓦斯浓度超过一定值时，V₃增大，V₅为高电平，比较器e的同相输入信号大于反相输入信号，输出V₄为高电平，通过三极管T₁驱动电磁讯响器产生报警声。当传感元件r₁出现断路故障时，V₂大幅度增大，使放大电路C截止，V₃为高电平，通过比较电路D输出V₅为高电平。在传感元件r₁出现断路故障瞬间，V₃经过R₅、C₁延迟电路，使得比较器e的同相输入电压V^-大于反相输入电压，V₄为高电平，驱动报警电路报警，以示故障情况，数秒钟后，比较器e的反相输入端电压等于高电平V₃，同相输入端为高电平V₅在电阻R₆、R₇上的分压V⁺小于V^-，比较器e输出电压V₄为低电平，不再产生报警。放大电路输出V₃还输入数字显示电路，使数字显示熄灭。

参照附图3所示：图3展示了比较电路和数字显示电路的结构原理图。所述的比较电路由比较器D₁、D₂、D₃、D₀₁、D₀₂及电阻R₈～R₁₂组成，所述的比较器D₁、D₂、D₃、D₀₁、D₀₂、均选用比较器LM339，V₃分别至比较器D₃、D₂、D₁、D₀₁的正输入端和D01的负输入端，V₉₁、V₉₂分别至比较器D₃的负输入端和D₀₁的正输入端，V₉₁分别经电阻R₈、R₉、R₁₀降压产生信号V₉₃、V₉₄、V₉₅后至D₂、D₁、D₀₂的负输入端，D₀₂的负端与D₀₁的正端接电阻R₁₁，D₃、D₂、D₁的输出V_D3、V_D2、V_D1分别至逻辑门电路G₁(CC4070)的输入端，V_D2还接比较器e的同相输入端，D₀₁、D₀₂的输出分别正接二极管后得到输出信号V₀，一路经电阻R₁₂接地，一路接G₁的输入端，所述的数字显示电路由逻辑门电路G₁、译码器G₂(CC4056)、数码管LED₁、LED₂、驱动三极管T₂、T₃及电阻R13、R₁₄组成。逻辑门电路G₁的一个输出端接三极管T₂的基极，T₂的发射极接数码管LED₁的a、b、d、e、f端，T₂的集电极接电源V，LED₁的接地端接地，V还经电阻R₁₃接LED₁的D_p端；G₁的另外三个输出端分别接译码器G₂的A、B、C端，V₃接G₂的D端，G₂的输出a、b、c、d、e、f、g端接数码管LED₂的a、b、c、d、e、f、9端，LED₂的接地端经电阻R₁₄接地，G₂的b端还接三极管T₃的基极，T₃的发射极接LED₁的b、c端，T₃的集电极接电压V。

工作原理：数字显示电路显示三段瓦斯浓度范围，＞0.5％、＞1.0％和＞1.5％。其中当瓦斯浓度＞1.0％时报警。通过电位器W₁、W₂的基准电压V₉₁、V₉₂经电阻R₈～R₁₁的分压，得到不同的基准电压V₉₃、V₉₄、V₉₅，有V₉₁＞V₉₃＞V₉₄＞V₉₅＞V₉₂，通过电位器W₁和W₂的稳定，使得在正常大气中，检测放大信号V₃为：V₉₅＞V₃＞V₉₂，则比较器输出V₀、V_D1～V_D3为低电平，通过数字显示电路使之显示0.0；当传感器漂移超差时，有V₃＜V₉₂或V₃＞V₉₅，比较器输出V₀为高电平，通过数字显示电路显示0.1。在检测瓦斯气体时，当瓦斯浓度＞0.5％时，V₃＞V₉₄，比较器输出V₀、V_D1为高电平，V_D2、V_D3为低电平，通过数字显示电路，使之显示0.5；当瓦斯浓度＞1.0％时，V₃＞V₉₃，比较器输出V₀、V_D1、V_D2为高电平，V_D3为低电平，通过数字显示电路，使之显示1.0，同时V_D2输入故障诊断电路中与比较器e输入端，产生超限报警信号，当瓦斯浓度＞1.5％时，V₃＞V₉₁，比较器输出V₀、V_D1、V_D2、V_D3均为高电平，通过数字显示电路显示1.5，同时控制报警电路报警。逻辑门电路G₁的输入信号为比较电路的输出V₀、V_D1、V_D2、V_D3，逻辑门电路G₁的输出接至译码器G₂的BCD码A、B、C输入端，D输入端接检测放大信号V₃，译码器G₂的七段输出信号直接驱动LED₂的数码管，显示数码管有两组，第一组LED₁为整数位，第二组LED₂为小数位。第一组数码管LED₁的显示差划分成两部分，一部分显示笔划为b、c码，由译码器输出信号通过三极管T₃驱动，第二部分显示笔划f、e、a、d，由逻辑门电路G₁通过三极管T₂驱动，LED₂的小数点由电源V通过电阻R₁₄驱动，始终显示。在正常大气中，比较电路中的输出V₀、V_D1、V_D2、V_D3均为低电平，通过逻辑门电路输出B、C、D码信号，A＝B＝C＝＂0＂(低电平)，检测放大信号V₃较小，也为低电平时，D＝V₃＝＂0＂，译码器G₂驱动LED₂显示0；译码器C段为高电平，通过三极管T₃使LED₁的b、c显示笔划亮，同时逻辑门电路G₁输出信号经三极管T₂驱动LED₁的a、d、e、f显示笔划亮，使得LED₁显示0，两位数码管显示0.0。当在正常大气中传感器漂移超差时，比较电路中的输出V₀为高电平，V_D1、V_D2、V_D3为低电平，通过逻辑门电路G₁，输出BCD码信号A＝＂1＂(高电平)B＝C＝＂0＂，检测放大信号V₃仍较小，有D＝V₃＝＂0＂，译码器G₂驱动数码管LED₂显示1，译码器G₂的C段输出通过三极管T₃驱动LED₂的b、c显示笔划亮，同时逻辑门电路G₁输出信号经三极管T₂驱动LED₁的a、d、e、f显示笔划亮，LED₁显示0，使得两位数码管显示0.1，表示传感器漂移超差。当瓦斯浓度超过0.5％时，比较电路中输出信号V₀、V_D1为高电平，V_D2、V_D3为低电平，通过逻辑门电路G₁输出BCD码信号A＝C＝＂1＂，B＝＂0＂，检测放大信号V₃仍较小，有D＝V₃＝＂0＂，译码器G₂驱动数码管LED₂显示5，译码器G₂的C段输出通过三极管T₃驱动LED₂的b、c显示笔划亮，逻辑门电路G₁输出信号通过三极管T₂驱动数码管LED₁的a、d、e、f显示笔划亮，LED₁显示0，结果两位数码管显示0.5。当瓦斯浓度超过1.0时，比较电路中的输出信号V₀、V_D1、V_D2为高电平，V_D3为低电平，通过逻辑门电路G₁输出BCD码信号A＝B＝C＝＂0＂，检测放大信号V₃较小，D＝V₃＝＂0＂，译码器G₂驱动数码管LED₂显示0，译码器的C段输出信号通过三极管T₃驱动数码管LED₁的b、c显示笔划亮，逻辑门电路G₁输出段使三极管T₂截止，LED₁的a、d、e、f显示笔划熄灭。LED₁显示1，使得两位数码管显示1.0。当瓦斯浓度超过1.5％，比较电路中输出信号V_D、V_D1、V_D2、V_D3均为高电平，通过逻辑门电路G₁输出BCD码信号A＝C＝＂1＂，B＝＂0＂，检测放大信号V₃较小，D＝V₃＝＂0＂，译码器G₂驱动数码管LE_D2显示5，译码器G₂的C段输出信号通过三极管T₃驱动数码管LE_D1的b、c显示笔划亮，逻辑门电路G₁输出低电平信号使三极管T₂截止，数码管LED₁的a、d、e、f显示笔划熄灭，LED₁显示1，使得两位数码管显示1.5。如果需要显示更多的瓦斯浓度范围，则需要增加更多的比较器。如需要改变瓦斯浓度的显示值，则需要通过R₈～R₁₁改变V₉₃～V₉₅即可。当传感器发生断路故障时，检测放大信号V₃为高电平，译码器的BCD码D＝V₃＝＂1＂，同时由于比较电路中的输出V_D、V_D1、V_D2、V_D3均为高电平，通过逻辑门电路G₁，输入BCD码A＝C＝＂1＂，B＝＂0＂，由此使译码器G₂控制数码管LED₂熄灭。译码器G₂的C段输出为低电平，使三极管T₃截止，数码管LED₁的b、c显示笔划熄灭，逻辑门电路G₁输出低电平，使三极管T₂截止，数码管LED₁的a、d、e、f显示笔划熄灭，结果两位数码管全部熄灭，只有小数点仍亮，显示故障情况。

Claims

1.一种数字式多功能矿灯瓦斯报警器，由矿灯蓄电池供电，矿灯电源E经稳压电路A稳压后得到稳定的工作电压V₁，工作电压V₁加到由传感元件r₁、补偿元件r₂和桥臂电阻R₁、R₂组成的惠斯顿电桥的检测电桥，检测电桥的输出电压V₂至放大电路，V₂经放大器C放大后得到放大信号V₃，其特征在于：放大信号V₃至比较电路D和故障诊断控制电路，比较电路D的输出V₅也送到故障诊断控制电路，然后经故障诊断控制电路控制报警电路作出是否报警，比较电路D的输出信号V₆送至数字显示电路显示瓦斯浓度和传感器漂移状况。

2.根据权利要求1所述的数字式多功能矿灯瓦斯报警器，其特征在于：所述的比较电路D主要包括有比较器D₁、D₂、D₃、D₀₁D₀₂及电阻R₈～R₁₂，工作电压V₁经电阻R₃、电位器W₁和电位器W₂、电阻R₄得到两个基准电压Vg₁、Vg₂，V₃分别至比较器D₃、D₂、D₁、D₀₁的正输入端和D₀₁的负输入端，V_g1、V_g2分别至比较器D₃的负输入端和D₀₁的正输入端，V_g1分别经电阻R₈、R₉、R₁₀降压产生信号V_g3、V_g4、V_g5后至D₂、D₁、D₀₂的负输入端，D₀₂的负端与D₀₁的正端接电阻R₁₁，D₃、D₂、D₁的输出V_D3、V_D2、V_D1，D₀₁、D₀₂的输出分别正接二极管后得到输出信号V₀。

3.根据权利要求1或2所述的数字式多功能矿灯瓦斯报警器，其特征在于：所述的故障诊断控制电路由比较器e和电阻R₅～R₇、电容C₁组成，V₃经电阻R₅、电容C₁延时后至比较器e的负输入端，比较电路D的一个输出V₅经电阻R₆、R₇分压后至比较器e的正输入端，比较器e的输出端输出电压V₄控制报警电路，所述的报警电路包括有三极管T₁和电磁讯响器MC组成，V₄接T₁的基极，T₁的发射极接地，讯响器MC接矿灯蓄电源E和T₁的集电极之间。

4.根据权利要求1或2所述的数字式多功能矿灯瓦斯报警器，其特征在于：所述的数字显示电路由逻辑门电路G₁、译码器G₂、数码管LED₁、LED₂、驱动三极管T₂、T₃及电阻R₁₃、R₁₄组成，比较电路D的输出V₀、VD₁、VD₂、VD₃分别至逻辑门电路G₁的输入端，逻辑门电路G₁的一个输出端接三极管T₂的基极，T₂的发射极接数码管LED₁的a、b、d、e、f端，T₂的集电极接电源V，LED₁的接地端接地，V还经电阻R₁₃接LED₁的D_p端；G₁的另外三个输出端分别接译码器G₂的A、B、C端，V₃接G₂的D端，G₂的输出a、b、c、d、e、f、g端接数码管LED₂的a、b、c、d、e、f、g端，LED₂的接地端经电阻R₁₄接地，G₂的b端还接三极管T₃的基极，T₃的发射极接LED₁的b、c端，T₃的集电极接电压V。

5.根据权利要求3所述的数字式多功能矿灯瓦斯报警器，其特征在于：所述的数字显示电路由逻辑门电路G₁、译码器G₂、数码管LED₁、LED₂、驱动三极管T₂、T₃及电阻R₁₃、R₁₄组成，比较电路D的输出V₀、V_D1、V_D2、V_D3分别至逻辑门电路G₁的输入端，逻辑门电路G₁的一个输出端接三极管T₂的基极，T₂的发射极接数码管LED₁的a、b、d、e、f端，T₂的集电极接电源V，LED₁的接地端接地，V还经电阻R₁₃接LED₁的D_p端；G₁的另外三个输出端分别接译码器G₂的A、B、C端，V₃接G₂的D端，G₂的输出a、b、c、d、e、f、g端接数码管LED₂的a、b、c、d、e、f、g端，LED₂的接地端经电阻R₁₄接地，G₂的b端还接三极管T₃的基极，T₃的发射极接LED₁的b、c端，T₃的集电极接电压V。