專利名稱：激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用光學(xué)手段測(cè)試的系統(tǒng)，也涉及礦井信號(hào)裝置，進(jìn)一步而言，屬于采用激光對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
瓦斯是煤礦中產(chǎn)生的氣體，其主要成分是甲烷。濃度在爆炸極限內(nèi)的瓦斯遇明火即發(fā)生爆炸，對(duì)礦工生命威脅極大。因此對(duì)瓦斯的監(jiān)測(cè)是礦井的重要工作。目前已廣泛應(yīng)用的瓦斯檢測(cè)和控制系統(tǒng)是采用傳統(tǒng)的電化學(xué)方式進(jìn)性瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)，傳統(tǒng)電化學(xué)方式存在以下缺點(diǎn)①需要定期對(duì)傳感器進(jìn)行校正，且校正繁瑣；②檢測(cè)速度低30秒左右；③檢測(cè)精度低，只能檢測(cè)20×106左右；④檢測(cè)距離僅1km；⑤使用壽命低；⑥抗干擾能力差。
光學(xué)氣體傳感器是后出現(xiàn)的一種新型傳感器，它主要指利用介質(zhì)對(duì)光吸收而使光產(chǎn)生衰減以及由于不同光路的光干涉而產(chǎn)生干涉條紋等特性制成的光纖氣體傳感器。光纖用于氣體傳感有著其它傳感器不可比擬的優(yōu)勢(shì)①便于復(fù)用，便于成網(wǎng)；②抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕，適合于測(cè)量可燃易爆氣體或工作于易燃以及強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下測(cè)量；③傳感單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠；④重量輕、體積小、外形可變；⑤靈敏度高。
光吸收瓦斯氣體傳感器除了具備上述光學(xué)氣體傳感器所具有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有光路簡(jiǎn)單，可對(duì)瓦斯氣體濃度、成分進(jìn)行精確測(cè)量以及可同時(shí)對(duì)其它氣體的成分、濃度進(jìn)行檢測(cè)等特點(diǎn)，從而彌補(bǔ)了光干涉法不能對(duì)氣體的具體成分進(jìn)行測(cè)量分析的缺點(diǎn)。200610044428.1號(hào)專利申請(qǐng)就公開(kāi)了一種“煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”?，F(xiàn)階段光吸收瓦斯氣體檢測(cè)方法是利用瓦斯氣體的光譜吸收來(lái)檢測(cè)氣體濃度，由于不同氣體的吸收譜線具有不同的特征，所以它們?cè)谝欢ǔ潭壬线€可以從混合氣體中區(qū)分出不同的氣體以及這種氣體在混合氣體中的體積比。但還存在著光路復(fù)雜、光源不穩(wěn)定及光電器件零點(diǎn)漂移影響測(cè)量精度等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的上述缺點(diǎn)，主要解決傳感器的校正、檢測(cè)速度、精度、距離、使用壽命等問(wèn)題，提供了一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用激光對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；該系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測(cè)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)(即CPU處理器)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測(cè)器依次用光纖連接；監(jiān)控計(jì)算機(jī)則連接到光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器；整個(gè)激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、PIN光電探測(cè)器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)又安裝有微處理器、光藕合器、光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器；整個(gè)過(guò)程采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸。
本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光經(jīng)光開(kāi)關(guān)送至各路瓦斯探頭，探頭檢測(cè)到的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦合器和光電轉(zhuǎn)換送出電信號(hào)，把電信號(hào)進(jìn)行放大為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，并送CPU進(jìn)行處理；同時(shí)CPU送出控制信號(hào)到光開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光檢測(cè)系統(tǒng)的控制；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)立即通過(guò)CAN(工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的一種規(guī)格)向井下的報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，井下即進(jìn)行聲光報(bào)警。
發(fā)明人指出1650nm波長(zhǎng)的激光具有只對(duì)瓦斯氣體的高靈敏度，因此采用1650nm波長(zhǎng)的激光通過(guò)礦井下的氣體場(chǎng)對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控可以檢測(cè)出瓦斯的微小變化，可以提高監(jiān)測(cè)靈敏度和檢測(cè)范圍。
發(fā)明人還指出，采用CAN(控制局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的一種規(guī)格)總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸，可以提高檢測(cè)距離和傳輸速度；上位機(jī)應(yīng)用VB(一種計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及環(huán)境)做界面，經(jīng)過(guò)USBCAN設(shè)備把USB通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為相應(yīng)CAN通信協(xié)議，然后送入光纖轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了與LPC2294進(jìn)行雙向通信。采用該通信方式，較傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，在速度方面有明顯的提高，可以高達(dá)1Mbps，同時(shí)傳輸距離也相應(yīng)的增加，直接傳輸距離可以達(dá)到5km。采用光纖傳輸，改善了環(huán)境惡劣的井底的安全狀況。
本發(fā)明提供的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)由于引入了嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了瓦斯檢測(cè)和控制的實(shí)時(shí)性，將光纖應(yīng)用到CAN總線中，解決了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾y題，具有極強(qiáng)的抗電磁干擾性能；可見(jiàn)該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)對(duì)瓦斯檢測(cè)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快速、使用壽命超長(zhǎng)、探測(cè)距離長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監(jiān)測(cè)。


以下附圖用以更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)圖1為系統(tǒng)工作原理圖；圖2為采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸示意圖；圖3為瓦斯監(jiān)控儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為系統(tǒng)工作示意圖；圖5為井下部分監(jiān)測(cè)示意圖。
具體實(shí)施例方式
在某礦井井下根據(jù)瓦斯監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要安裝若干瓦斯氣體檢測(cè)探頭、8位單片微控制器控制的控制器，該控制器包括光開(kāi)關(guān)控制及光電檢測(cè)電路，礦井井上部分安裝激光發(fā)射器、PIN光電探測(cè)器和計(jì)算機(jī)，井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)又安裝有微處理器、光開(kāi)關(guān)、光藕合器、光電探測(cè)器；系統(tǒng)的激光器、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測(cè)器依次用光纖連接，并用光纖和電路將上述設(shè)備連接起來(lái)，其中控制器用RS232(計(jì)算機(jī)接口的一種標(biāo)準(zhǔn))接口連接到計(jì)算機(jī)；監(jiān)控計(jì)算機(jī)則連接到光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器；整個(gè)過(guò)程采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸。
工作程序是用1650nm波長(zhǎng)激光器發(fā)射激光并使用光纖傳輸?shù)骄拢ㄟ^(guò)PC控制的光開(kāi)關(guān)進(jìn)行光路切換進(jìn)入指定瓦斯氣體檢測(cè)點(diǎn)，再通過(guò)另一組光開(kāi)關(guān)將激光信號(hào)送井上的PIN光電探測(cè)器，送計(jì)算機(jī)內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在計(jì)算機(jī)界面上顯示井下某點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?，在?jì)算機(jī)中使用VB開(kāi)發(fā)控制程序完成瓦斯?jié)舛葯z測(cè)和顯示；通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)報(bào)警和設(shè)備控制當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)立即通過(guò)RS-485向井下的報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，井下即進(jìn)行聲光報(bào)警。
權(quán)利要求
1一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，含有探頭、監(jiān)測(cè)器、報(bào)警器，其特征在于該系統(tǒng)采用激光對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測(cè)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測(cè)器依次用光纖連接；監(jiān)控計(jì)算機(jī)則連接到光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器；整個(gè)系統(tǒng)分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、PIN光電探測(cè)器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)又安裝有微處理器、光藕合器、光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器。
2如權(quán)利要求1所述的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)的工作原理是由激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光經(jīng)光開(kāi)關(guān)送至各路瓦斯探頭，探頭檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光耦合器和光電轉(zhuǎn)換送出電信號(hào)，把電信號(hào)進(jìn)行放大為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，并送CPU進(jìn)行處理；同時(shí)CPU送出控制信號(hào)到光開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光檢測(cè)系統(tǒng)的控制；當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)立即向井下發(fā)出報(bào)警信號(hào)，井下的報(bào)警器即進(jìn)行聲光報(bào)警。
3如權(quán)利要求1所述的激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所用的激光是1650nm波長(zhǎng)的激光。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，采用激光對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控，采用CAN總線協(xié)議通過(guò)光纖進(jìn)行激光和數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測(cè)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器以及連接的光纖和電路；激光器、光開(kāi)關(guān)、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測(cè)器依次用光纖連接；監(jiān)控計(jì)算機(jī)則連接到光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器；系統(tǒng)井上部分安裝有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、光電探測(cè)器和激光器；井下部分則分布若干瓦斯探頭和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)又安裝有微處理器、光藕合器、光開(kāi)關(guān)和光電探測(cè)器。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了瓦斯檢測(cè)和控制的實(shí)時(shí)性，具有以下優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快速、使用壽命超長(zhǎng)、探測(cè)距離長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G05B15/00GK1963462SQ20061005127
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者李捍東, 郭汝華, 張發(fā)斌, 何一兵, 陳璇 申請(qǐng)人:貴州大學(xué), 貴州東方網(wǎng)絡(luò)有限公司, 貴州昕春科技貿(mào)易有限公司