CN2771850Y - 光电甲烷传感器 - Google Patents
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Abstract
一种光电甲烷传感器，包括发光器件、平面镜、折光棱镜、气室，光源波长与气室结构相匹配，数个干涉条纹移动射在CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的输出端与CPU处理器相连。本实用新型可在0～100％CH4量程内正确显示，很好地解决了现有同类产品存在的量程小、显示失真和该报警不报警的现象，而且大大提高了量程，实现了将传统意义上的低浓、高浓一体化的技术设想，满足了煤矿检测规程要求，降低了煤矿不安全隐患。
Description
技术领域：本实用新型涉及一种传感器，尤其是能对甲烷气体的含量进行实时监测的光电甲烷传感器，特别适用于煤矿井下有甲烷气体环境监测使用。
背景技术：目前，国内外生产的现有同类产品结构包括发光器件、平面镜、气室、折光棱镜、双线光敏电阻，由于采用是双线光敏电阻为光电转换器件，干射条纹射在双线光敏电阻上，只用不到四分之一的条纹移动来检测整个量程，所以量程小，量程为0～4％CH4，而甲烷与空气混合气体的爆炸界限为5～16％CH4，很多场合需要量程为0～60％CH4以上，因而该产品使用范围受到限制；并且，当甲烷浓度超过量程后，显示会出现严重失真现象，显示继续增大但精度非常低，当浓度达到8％CH4左右时，显示为最大值，然后随着浓度的增加，显示逐步下降。当实际浓度达到16％CH4左右时，显示却为零。如实际浓度继续增加，每增加16％CH4这种严重失真的显示将循环出现，并出现该报警不报警现象。一般矿井报警浓度点设置在1％CH4左右，该产品在量程范围内能正常报警，当浓度上升到16％时，却停止报警，这是比较危险的安全隐患。
发明内容：为了解决上述存在的问题，本实用新型提供一种量程范围宽且能够保证全量程正确显示的光电甲烷传感器。根据需要可将量程设为最低为0％CH4，最高为100％CH4范围内如：0～40％CH4或0～100％CH4等多种，能保证全量程正常显示，无论低浓度段和高浓度段都能达到检测规程要求，杜绝了该报警不报警和显示失真现象。
具体技术方案如下：一种光电甲烷传感器，包括发光器件、平面镜、折光棱镜、气室，其特征在于：光源波长与气室结构相匹配，数个干涉条纹移动射在CMOS图像传感器上，CMOS图像传感器的输出端与CPU处理器相连。
所述的气室结构为三个腔体。
所述的CMOS图像传感器的型号为OV7620。
所述的CPU处理器的型号为三星S3C44BOX。
同现有技术相比，本实用新型采用上述结构，数个干涉条纹移动射在CMOS图像传感器，用数个干涉条纹移动来检测整个量程，根据所选光源波长与气室结构相匹配确定移动一个条纹作为检测一个单元，移动一个干涉条纹的距离代表一定甲烷含量，如移动一个干涉条纹的距离代表甲烷含量10％CH4，则0～40％CH4选用四个干涉条纹的移动，0～100％CH4选用十个干涉条纹的移动；可在0～100％CH4量程内正确显示，很好地解决了现有产品存在的显示失真，和该报警不报警的现象，大大提高了量程，实现了将传统意义上的低浓、高浓一体化的技术设想，满足了煤矿检测规程要求，降低了煤矿不安全隐患。
附图说明：下面结合附图对本实用新型作详细描述。
图1为本实用新型的光路结构示意图。
如图1所示，1、发光器件，2、平面镜，3、气室，4、折光棱镜，5、CMOS图像传感器，6、CPU处理器。
具体实施方式：
一种光电甲烷传感器，包括发光器件1、平面镜2、气室3、折光棱镜4、CMOS图像传感器5、CPU处理器6，发光器件1可为发光二极管、半导体激光器等；光源波长与气室结构相匹配，数个干涉条纹移动射在CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的输出端与CPU处理器相连。气室结构3可为两腔或三腔，本方案采用三腔结构A1、A2腔为装有标准气体的密封气室，B腔为与环境相通的检测室，三腔结构传感器体积小，是优选结构方案。用数个干涉条纹移动来检测整个量程，根据所选光源波长与气室结构相匹配确定移动一个条纹作为检测一个单元，移动一个干涉条纹的距离代表一定甲烷含量，如移动一个干涉条纹的距离代表甲烷含量10％CH4，则0～40％CH4选用四个干涉条纹的移动，0～100％CH4选用十个干涉条纹的移动；干涉条纹检测点选为最亮点和最暗点之间的中间点，干涉条纹射在CMOS图像传感器上，CPU处理器与CMOS图像传感器相匹配。本实用新型所采用的CMOS图像传感器的型号为OV7620。采用的CPU处理器的型号为三星S3C44BOX。但不限于以上两种型号，只要其相匹配即可。光源波长与气室结构的关系可通过下式得出：L＝N×λ/2×X％×(μ`-μ)；L-气室长度，N-条纹移动数，λ-光的波长，X％-被测气体浓度，μ-空气折射率，μ`-被测气体折射率。
检测时，本质安全电源，进入光电甲烷传感器，发光器件发出光束，经过平面镜的折、反射分成两束，一束反射到A1气室，经过折光棱镜进入A2室，再经过平面镜的折射到达O点，另一束经过平面镜的折反射，进入B室，经过折光棱镜返回到B室，达到O点，两束光线在O点相交，产生干涉，干涉条纹射向CMOS图像传感器，如B腔内有甲烷气体进入，则混合气体对光的折射率发生变化，从而使干涉条纹在CMOS图像传感器上的位置发生变化，既在CMOS图像传感器上移动。干涉条纹的光强分布近似于正弦波，因而CMOS图像传感器上每一个线阵所接收到的光能量是按正弦波的规律变化的。而每一线阵输出的电荷也是按正弦波的规律变化的。通过与CMOS图像传感器相匹配的CPU处理器，用图像扫描的方式可判读出条纹某特定点(能量点)的位置。即时跟踪该点的位置变化即判读出相应甲烷气体浓度的变化量，我们把这一特定能量点称为检测点。
检测点的确定，对于光能按正弦曲线分布的干涉条纹，能量的检测点的确定很重要。要求感光器件分辨率高，其灵敏度达到要求。我们还可以经过软件处理，选择最亮和最暗点之间的中间点作为检测点。根据正弦曲线的特点，在这一点附近的能量变化梯度是最大的，也就是该点斜率最大。实验证明将该点确定为检测点，完全符合要求。
我们用移动一个条纹的距离代表一定的甲烷含量(如10％CH4)，用一个条纹正好对应CMOS的整个感光窗口。这样当一个条纹移出后，既甲烷量达10％时，如甲烷浓度继续上升，则第一个条纹就移出了窗口。而第二个条纹开始进入该窗口，该窗口扫描到的检测点重新从0开始，我们可通过编程软件将第一个条纹代表的浓度量储存，并与第二个条纹中检测点相对位置所代表的浓度值相叠加，就得到实际甲烷浓度值，第三、第四条纹......也按上述方法读出实际甲烷浓度值。
Claims (2)
1、一种光电甲烷传感器，包括发光器件、平面镜、折光棱镜、气室，其特征在于：光源波长与气室结构相匹配，数个干涉条纹移动射在CMOS图像传感器，CMOS图像传感器的输出端与CPU处理器相连。
2、根据权利要求1所述的一种光电甲烷传感器，其特征在于：所述的气室结构为三个腔体。
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