CN2777895Y - 瓦斯监测光闪烁报警矿灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯，它是由主光源照明灯、为系统提供恒定稳压源的稳压模块、瓦斯采样放大模块、报警点标定模块、矿灯工作驱动模块、系统供电电源，以及增设的误报警抑制模块、另一路副光源照明灯和光源选择开关组成。该矿灯集工作照明与瓦斯连续检测报警于一体，同时具有双光源照明电路，实现了多方位群体监控以及对井下工作人员的及时报警干扰，还可防止开灯误报警现象的发生，具有报警准确、使用方便、安全可靠的特点。

Description

瓦斯监测光闪烁报警矿灯

技术领域

本实用新型涉及矿井中使用的一种瓦斯自动监测报警装置，尤其涉及一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯。

背景技术

现有井下瓦斯检测报警装置大多采用专用的瓦斯检测报警系统，一般由专门的矿井安全人员携带和操作，它的检测范围和时间往往受到携带者工作区域、范围、井下滞留时间的限制，没能实现每位井下工作人员的多方位群体监控。为此，人们采用了井下瓦斯检测自动报警器与工作照明一体化的报警灯系统，它虽然实现了多点群体大范围检测，使得操作面工作人员在瓦斯浓度超限时能及时受到报警信号的干扰，但此时唯一拥有的照明矿灯呈闪烁状态，在人员撤离过程中照明度严重不足，引起现场人员的心理恐慌和不便。另外，现有瓦斯检测自动报警器均是上电后立即进入工作状态，上电的短暂冲击干扰会产生误报警现象，造成不必要的恐慌；同时，受放大器和放大电路精度的影响，信号放大过程漂移产生的误差大，报警点准确度较低。因此现有瓦斯报警装置存在着稳定性、可靠性差，使用不便的缺陷。

发明内容

为解决上述问题本实用新型的目的在于提供一种集工作照明与瓦斯连续检测报警于一体，可防止开灯误报现象并具有双光源照明电路的瓦斯监测光闪烁报警矿灯，该矿灯安装有微型瓦斯自动报警系统，实现了多方位群体监控以及对井下工作人员的及时报警干扰，报警准确、使用方便、安全可靠。

为达上述目的，本实用新型是以如下技术方案实现的：瓦斯监测光闪烁报警矿灯是由主光源照明灯、为系统提供恒定稳压源的稳压模块、瓦斯采样放大模块、报警点标定模块、矿灯工作驱动模块、系统供电电源，以及增设的误报警抑制模块、另一路副光源照明灯和光源选择开关组成，采样放大模块从空气中检测瓦斯浓度后，输出一定的电压差信号，经放大的电压差信号送入报警点标定模块，其采样电压差信号与设定的标准报警点电压信号进行比较，输出高、低电平信号，矿灯工作驱动模块接收报警点标定模块送来的高、低电平信号，若接收到高电平信号，矿灯工作驱动模块输出一定频率的标准脉冲电压信号，控制主光源照明灯光闪烁报警；若接收到低电平信号，矿灯工作驱动模块输出恒定的低电压信号，主光源照明灯维持正常的连续照明状态；在系统上电工作最初的瞬间，误报警抑制模块产生一定延时的低电平输出信号，强制报警点标定模块输出低电平信号；当主光源照明灯闪烁报警时，可通过光源选择开关将电路切换到另一路副光源照明灯上，由副光源照明电路继续工作。

上述稳压模块主要由电阻R1、三极管T1、稳压管T2、电容C1、C2连接组成。采样放大模块由催化燃烧式甲烷传感器J1以及运算放大器L1C和电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8连接成的高精度差动放大电路组成，其甲烷传感器J1由黑元件和白元件组成；当传感器J1检测到甲烷气体后，其黑元件表面进行无焰燃烧，温度增高，黑元件上的内阻发生变化，白元件保持原状，使得电桥失去平衡，输出差动电压信号给运算放大器L1C，产生电压放大信号输出。上述报警点标定模块由高精度电阻R9、R10、R11和运算放大器L1A连接成的报警点标定比较电路组成。上述矿灯工作驱动模块由电阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，谐振器L2，电容C4、C5，三极管T3联接组成，当谐振器L2的管脚4收到报警点标定模块3输出的高电平信号时，其管脚3输出连续的高、低电压方波信号，控制三极管T3的断、通状态，驱动主光源照明灯闪烁报警，若谐振器L2的管脚4收到低电平信号时，其管脚3连续输出低电压信号，三极管T3一直导通，主光源照明灯保持正常的照明状态。

上述误报警抑制模块由二极管D1、D2，运算放大器L1B，电阻R14、R15、R16，电容C3连接组成，当上电瞬间其电容C3未能充电时，运算放大器L1B的管脚7输出低电平，二极管D1导通，报警点标定模块中的运算放大器L1A的管脚3取低电平，其管脚1输出低电平，矿灯工作驱动模块中的谐振器L2的管脚4得到低电平信号，谐振器L2管脚3维持低电压信号，使得矿灯工作驱动模块维持正常工作，电容C3在一定延时时间后，完成充电过程，运算放大器L1B的管脚7输出高电平，二极管D1截止，报警点标定模块中的运算放大器L1A管脚3的取值转为所述采样放大模块中的运算放大器L1C管脚8输出的正常差动放大电路输出值，进入正常工作状态。

本实用新型与现有技术相比，将微型瓦斯自动检测报警装置与现有矿灯组装为一体，使矿灯兼备工作照明与报警双重功能，在瓦斯浓度超限时照明灯光闪烁报警干扰，实现了“人机闭锁”---迫使操作人员强制撤离，即将现有的瓦斯浓度超限时的被动“要他撤”变为主动“他要撤”，从而有效地制止了井下超限违规操作现象；同时，本实用新型设有可选择的两套照明电路，当照明矿灯闪烁报警干扰时，可调整光源选择开关切换到到副光源照明电路，为工作人员安全撤离提供方便。

现有的瓦斯报警系统都是上电后立即进入工作状态，上电的短暂冲击干扰会产生误报警动作，本实用新型由于增设了误报警抑制模块，使得报警电路在上电瞬间具有一定时间的延时报警，避免了误报警现象的发生。

本实用新型在报警系统中，采用工业级运算放大器和高精度差动放大电路，其放大器输入电阻高，两运放输入端在温度、湿度相同环境下具有相同的漂移和失调，其电路采用电压跟随电路结构，漂移和失调相互抵消，因此具有漂移小、稳定性好的特点。

本实用新型还采用表面贴装技术和微波峰焊接工艺组成联体分腔式结构，体积小，重量轻，便于所有工作人员随身携带，把现有的个别检测变为群体检测，大大提高了井下人员的安全性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型具体电路图。

具体实施方式

本实用新型将微型瓦斯自动检测报警装置与原有矿灯组装为一体，采用表面贴装技术和微波峰焊接工艺组成联体分腔式结构的光闪烁瓦斯报警装置。参看图1：本实用新型由主光源照明灯6、为系统提供恒定稳压源的稳压模块1、瓦斯采样放大模块2、报警点标定模块3、矿灯工作驱动模块5、为整个系统提供工作电源的供电电源7以及增设的误报警抑制模块4、另一路副光源照明灯9及光源选择开关8组成。采样放大模块2从空气中检测瓦斯浓度后输出一定的电压差信号，经放大的电压差信号送入报警点标定模块3，其采样电压差信号在报警点标定模块3中与设定的标准报警点电压信号进行比较，若大于或等于标准报警点信号，则送出高电平信号；若小于标准报警点信号，则送出低电平信号。矿灯工作驱动模块5接收报警点标定模块3送来的高、低电平信号，若接收到高电平信号，矿灯工作驱动模块5输出一定频率的标准脉冲电压信号，控制主光源照明灯6光闪烁报警，若接收到低电平信号，矿灯工作驱动模块5输出恒定的低电压信号，主光源照明灯6维持正常的连续照明状态。在系统上电工作最初的瞬间，误报警抑制模块4产生一定延时的低电平输出信号，强制报警点标定模块3输出低电平信号，从而防止上电瞬间，采样放大模块2中甲烷气体传感器的错误工作，输出超高的电压差信号，引起系统的错误报警。

光源选择开关8及主、副光源照明灯6、9联结成两套照明电路，当检测到甲烷气体超标时，主光源照明灯6为系统提供正常的报警光闪烁照明，同时，可通过光源选择开关8将电路切换到所述副光源照明灯9上，由副光源照明电路继续工作，方便工作人员安全撤离。

参看图2：稳压模块1由电阻R1、NPN三极管T1、稳压管T2、电容C1、C2连接组成；这里可选用100Ω电阻，TL431稳压管，0.1μF电容，并为系统提供2.5V的恒定稳压电源。

采样放大模块2由催化燃烧式甲烷传感器J1以及运算放大器LM224的L1C部分和电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8联接成的高精度差动放大电路组成；甲烷传感器J1设有黑元件和白元件。电路工作时，调整可调电阻R3，电桥在新鲜空气中保持平衡，当有一定浓度的甲烷产生，传感器J1检测到时，其黑元件表面进行无焰燃烧，温度增高，黑元件上的内阻发生变化，而白元件保持原来状态，从而使得电桥失去平衡，输出差动电压信号给运算放大器LM224的L1C部分，产生101倍的电压放大信号输出。当甲烷浓度大于报警点设定值1.0％时，L1C的8号管脚输出大于1.8V的报警电压信号。

报警点标定模块3主要由高精度电阻R9、R10、R11和运算放大器L1A连接成的报警点标定比较电路组成。经采样放大模块2中运算放大器LM224的L1C放大后的信号由其8号管脚输出到运算放大器LM224的L1A管脚3，与L1A管脚2的1.8V标定电压进行比较；若管脚3的输入电压信号大于1.8V，则L1A管脚1输出高电平，驱动模块5产生报警信号，否则，管脚1输出低电平，驱动模块5维持正常工作状态。

矿灯工作驱动模块5由电阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，谐振器L2，电容C4、C5，PNP三极管T3联接组成。若谐振器L2的管脚4得到上述报警点标定模块3输出的高电平信号，则其管脚3就会输出连续的高、低电压方波信号，控制三极管T3的断、通状态，驱动主光源照明灯6进行光闪烁报警提示，强制操作面的工作人员撤离；若谐振器L2的管脚4得到低电平信号，则其管脚3输出低电压信号，三极管T3一直导通，主光源照明灯6保持正常的点亮状态。这里可选取适当的电阻R17、R18和电容C4使谐振器L2的输出振荡频率在1～3Hz的国家标准范围内。

误报警抑制模块4由二极管D1、D2，运算放大器L1B，电阻R14、R15、R16，电容C3连接组成。为防止报警器上电瞬间的误报，该模块4采用上电延时原理，通过使用不同阻值的电阻R14、R15、R16或不同容量的电容C3，可调整延时时间的长短。在上电瞬间，运算放大器L1B的管脚6采样值为2.0V，电容C3未能充电，管脚5的采样值低于2.0V，L1B取值比较后，运算放大器L1B的管脚7输出低电平，二极管D1导通，报警点标定模块3中的运算放大器L1A的管脚3取值低电平，从而其管脚1输出低电平，矿灯工作驱动模块5中的谐振器L2的管脚4得到低电平信号，则谐振器L2的管脚3维持低电压信号，保证驱动模块5维持正常工作状态。

本系统设延时时间约为7.2秒，当电容C3在这一延时时间充电后，运算放大器L1B部分的管脚5采样值已大于2.0V，管脚7输出高电平，二极管D1截止，报警点标定模块3中的运算放大器L1A管脚3的取值转为采样放大模块2中的L1C管脚8输出正常差动放大电路输出值，进入正常工作状态。

本实用新型的工作电压与照明灯一致，只有4.0V，工作电流仅为90～130mA，小于0.15A，几乎不影响原有矿灯系统的正常使用时间和使用寿命。安装的微型报警电路可进行防潮、防霉、防腐蚀、防盐雾等工艺处理，其电绝缘性能、耐温变性能及密封性能很好。

使用本实用新型前，先接通电源，将光源选择开关8旋转到主光源照明灯6档，然后完成报警点的标定工作：通过调整采样放大模块2中的可调电阻R3，根据国家瓦斯安全标准使本电路系统的甲烷浓度报警点设定为1.0％。工作时，每位下井工作人员均可带入井下操作面使用，当本实用新型检测到瓦斯浓度在1.0％报警点范围内时，其主光源照明灯6维持正常连续照明工作状态；当检测到瓦斯浓度达到或超过1.0％报警点时，主光源照明灯6持续地快速闪烁报警干扰，此时，欲违规操作人员无法继续工作，迫使其将光源选择开关8旋转到副光源照明电路一档，该路照明电路由副光源照明灯9提供连续照明，使井下工作人员及时、安全地撤离。

Claims (4)

1、一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯，它是由主光源照明灯(6)、为系统提供恒定稳压源的稳压模块(1)、瓦斯采样放大模块(2)、报警点标定模块(3)、矿灯工作驱动模块(5)以及系统供电电源(7)组成，其特征在于所述报警矿灯中还增设误报警抑制模块(4)并增设一路副光源照明灯(9)及光源选择开关(8)，采样放大模块(2)从空气中检测瓦斯浓度后，输出一定的电压差信号，经放大的电压差信号送入报警点标定模块(3)，其采样电压差信号与设定的标准报警点电压信号进行比较，输出高、低电平信号，矿灯工作驱动模块(5)接收报警点标定模块(3)送来的高、低电平信号，若接收到高电平信号，所述矿灯工作驱动模块(5)输出一定频率的标准脉冲电压信号，控制主光源照明灯(6)光闪烁报警，若接收到低电平信号，所述矿灯工作驱动模块(5)输出恒定的低电压信号，主光源照明灯(6)维持正常的连续照明状态；在系统上电工作最初的瞬间，所述误报警抑制模块(4)产生一定延时的低电平输出信号，强制所述报警点标定模块(3)输出低电平信号；当所述主光源照明灯(6)闪烁报警时，可通过光源选择开关(8)将电路切换到所述副光源照明灯(9)中，由副光源照明电路继续工作。

2、根据权利要求1所述的一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯，其特征在于所述稳压模块(1)主要由电阻R1、三极管T1、稳压管T2、电容C1、C2连接组成；所述采样放大模块(2)主要由催化燃烧式甲烷传感器J1以及运算放大器L1C和电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8连接成的高精度差动放大电路组成，所述甲烷传感器J1由黑元件和白元件组成，当传感器J1检测到甲烷气体后，其黑元件表面进行无焰燃烧，温度增高，黑元件上的内阻发生变化，白元件保持原状，使得电桥失去平衡，输出差动电压信号给运算放大器L1C，产生电压放大信号输出；所述报警点标定模块(3)主要由高精度电阻R9、R10、R11和运算放大器L1A连接成的报警点标定比较电路组成；所述矿灯工作驱动模块(5)由电阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，谐振器L2，电容C4、C5，三极管T3联接组成，当所述谐振器L2的管脚4收到报警点标定模块(3)输出的高电平信号时，其管脚3输出连续的高、低电压方波信号，控制三极管T3的断、通状态，驱动主光源照明灯(6)闪烁报警，若所述谐振器L2的管脚4收到低电平信号时，其管脚3连续输出低电压信号，三极管T3一直导通，主光源照明灯(6)保持正常的照明状态。

3、根据权利要求1所述的一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯，其特征在于所述误报警抑制模块(4)由二极管D1、D2，运算放大器L1B，电阻R14、R15、R16，电容C3连接组成，当上电瞬间其电容C3未能充电时，运算放大器L1B的管脚7输出低电平，二极管D1导通，所述报警点标定模块(3)中的运算放大器L1A的管脚3取低电平，其管脚1输出低电平，所述矿灯工作驱动模块(5)中的谐振器L2的管脚4得到低电平信号，其谐振器L2管脚3维持低电压信号，使得矿灯工作驱动模块(5)维持正常工作，所述电容C3在一定延时时间后，完成充电过程，运算放大器L1B的管脚7输出高电平，二极管D1截止，所述报警点标定模块(3)中的运算放大器L1A管脚3的取值转为所述采样放大模块(2)中的运算放大器L1C管脚8输出的正常差动放大电路输出值，进入正常工作状态。

4、根据权利要求1所述的一种瓦斯监测光闪烁报警矿灯，其特征在于所述瓦斯报警矿灯采用表面贴装技术和微波峰焊接工艺组成联体分腔式结构。