专利名称：煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种瓦斯气体光谱吸收检测装置，特别是一种对煤矿井 下瓦斯气体浓度的光谱吸收检测装置，属于检测领域。
背景技术：
在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡
人数的50%以上。为了有效的检测井下瓦斯气体浓度，必须设置能在线实时 快速检测瓦斯气体浓度的仪器和设备。瓦斯气体的基本检测方法有气敏传感 法、热催化式传感法、气相色谱法、光学方法等许多种。常见的几种检测方 法不能在线实时检测瓦斯气体的浓度，同时其检测的灵敏度也较低，对煤矿 安全生产事故得不到及时发现，从而造成生产的安全隐患。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有煤矿瓦斯气体浓度检测技 术的不足，提供一种灵敏度较高，在线实时检测的煤矿瓦斯气体浓度光谱吸 收检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型釆用的技术方案是 一种煤矿瓦斯 气体浓度光谱吸收检测装置，其特征在于由电源模块、传感模块、信号处 理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温
控电路和调制电路，所述稳流电路、温控电路和调制电路分别连接驱动电
路；所述传感模块包括LD、气室和光电探测器，LD的输出通过气室传送 到光电探测器输入端；所述信号处理模块包括放大电路、滤波电路、多功
能信号发生器、多点信号平均器和选频放大电路，所述放大电路输出端连 接滤波电路，所述滤波电路输出端连接多点信号平均器，所述多功能信号 发生器输出端连接多点信号平均器，所述多点信号平均器输出端连接选频放大电路；所述存储分析模块包括A/D转换器、示波器和计算机，A/D转 换器输出端连接示波器，所述示波器输出端连接计算机；所述驱动电路输
出端连接LD,所述光电探测器输出端连接放大电路，所述选频放大电路
输出端连接A/D转换器。
所述放大电路由电阻R1、 R2、 R3、电容C1和运算放大器LM358组成；
电阻R1、 R2和运算放大器LM358组成一个有源放大电路，电阻R3为平衡
电阻，电容C1完成输入信号的高频滤波。
所述气室右侧上端设置有进气孔，所述气室左侧下端设置有出气孔。 所述气室长60，，内径为3，。
本实用新型和现有技术相比具有以下优点
该检测装置具有灵敏度高、响应快、动态范围大、不受电磁干扰、耐腐 蚀、体积小、可以实现信号的长距离传输和现场实时遥测、传感器可以放入 恶劣环境(如有毒，高温气体)中，实时检测煤矿瓦斯气体浓度，及时排除煤 矿安全生产隐患，在煤矿安全生产中具有重要的意义。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图i为本实用新型结构框图2为本实用新型气室的结构示意图3为本实用新型放大电路的电路图4为本实用新型基于同步积分器的滤波电路的电路图5为本实用新型选频放大电路的电路附图标记说明
l一调制电路；
4一驱动电路；
7—光电探测器；
IO—选频放大电路;
2 —温控电路； 5—LD; 8—滤波电路； 11一A/D转换器;
3—稳流电路； 6—气室；
9一多点信号平均器: 12 —示波器；13—计算机； H —多功能信号发生15—放大电路；
器；
16—出气孔； 17—光源； 18 —进气孔；
20—电源模块； 21—传感模块； 22—信号处理模块；
23—存储分析模块；
具体实施方式
如图l所示，煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置包括电源模块20、 传感模块21、信号处理模块22和存储分析模块23;所述电源模块20包 括驱动电路4、稳流电路3、温控电路2和调制电路1，所述稳流电路3、 温控电路2和调制电路1分别连接驱动电路4;所述传感模块21包括LD5、 气室6和光电探测器7， LD5的输出通过气室6传送到光电探测器7输入 端；所述信号处理模块22包括放大电路15、滤波电路8、多功能信号发 生器14、多点信号平均器9和选频放大电路10,所述放大电路15输出端 连接滤波电路8，所述滤波电路8输出端连接多点信号平均器9,所述多 功能信号发生器14输出端连接多点信号平均器9，所述多点信号平均器9 输出端连接选频放大电路10;所述存储分析模块23包括A/D转换器11、 示波器12和计算机13, A/D转换器11输出端连接示波器12，所述示波 器12输出端连接计算机13;所述驱动电路4输出端连接LD5，所述光电 探测器7输出端连接放大电路10,所述选频放大电路IO输出端连接A/D 转换器11。
电源的型号为VITC002 (包括稳流电路3、温控电路2、调制电路l和 驱动电路4)。
所述LD5选用的是杭州海洋科技有限公司销售的半导体激光器组件，包 括一个单模双异质结半导体激光二极管LD5和一块驱动电源，LD5型号为 VCT1654，工作波长为1.654/^，具有温控功能，表l给出了其性能参数。
5表1 VCT1654型LD5性能参数
额定功率(w『)_0.48 单模抑制比(必) 30
光谱宽度(臓) <3 电流调谐系数()0.7
阈值电流() <5.5 温度调谐系数(，广C ) o.ii
调制电流(^ ) 0.49-4.66工作温度("C ) 0-50
额定功率下正向电压(r)<2.0 模拟带宽(似他) 30
如图2所示，本实用新型气室6右侧上端设置有进气孔18,左侧的下端 设置有出气孔16,光源17从气室6左侧射入，右侧射出。考虑到易加工性 和灵敏度需要，本系统设计了长60，的测量气室6，内径为3，，气室材料 由95#玻璃制成。通过计算，该气室的容积为「 = ^(3/2)2><6(^424.115^。为 了使光得到充分的吸收和设备的方便性，气室6长度选择60，，从而得到较 大光强变化，便于后续的检测分析。
图3为放大电路15，釆用LM358运算放大器，电阻R1， R2和运算放大 器LM358组成一个有源放大电路，电阻R3为平衡电阻，电容Cl完成对输 入信号的高频滤波。放大电路15输出信号V。-(l+R2/Rl)Vi,起到对信号Vi 的滤波和放大作用。
图4为本实用新型选用的同步积分器电路，电路中输入信号先要经过低 通滤波器进行预处理，然后通过8个通道的RC积分电路，由模拟开关 MAX307顺序选通这8个通路，设有用信号频率为/，则参考方波信号频率 为V,经过移相后再分频，得到三种频率/,2/和4,的方波信号来控制 MAX307的选通门。最后经过OP177组成的电压跟随器和带通滤波器，将会 输出与有用信号成正比的正弦信号，噪声被极大程度地压制。
多点信号平均器是一种信号处理装置，能从较强的干扰和噪声中提取信 号，依据时域特性的取样平均来改善信噪比，复现被噪声淹没的信号波形。 它适用于重复信号的波形复现，在信号出现以后依次取多个信号样品，并按 固定频率重复取样。把每一个周期的许多取样信号，依次一一对应相加求平 均，从而有效地改善了信噪比，对于多点信号平均器，可以由数字存储器或
6模拟存储器来实现求和平均，原理相同。多点信号平均器的取样点的多少， 与要求复现的波形精度有关，取样点越多，复现波形越精确。具体要釆样多 少点数，应根据要求复现的波形精度，成本及技术的可能性来决定。目前釆 用数字存储器的多点信号平均器，通常选用120个取样点。本设备釆用模拟 存储器，优点是直观形象，成本低廉。
图5所示选频放大电路中，输入信号Vm经过由Rp R2和Po组成的反相 放大器输出Vp V,作为差分放大电路(由R3、 R5、 R6和P2组成)的同相输
入信号，差分放大电路的反相输入信号是由输出信号V4经过由R8、 d、 P, 组成的积分电路得到的输出信号V5，差分放大电路的输出信号V3经过由R7、
C2和P3组成的积分电路最终输出信号V4。
存储分析模块23包括接收选频放大电路输出的A/D转换器11、 A/D转 换器11将模拟信号转换为数字信号，送入示波器中的数据釆集卡板(由硬件 驱动程序驱动工作)，通过系统总线送入计算机进行分析和存储。
工作原理电源模块20提供480Hz的三角波调制信号，通过对LD5的 注入电流进行三角波调制，使光源频率和输出光强也受到相应的调制。LD5 发出的光耦合进入气室6，气室6中含有需要检测的气体，光通过气室6时 发生衰减，从气室6出来的光信号通过光电探测器7中的光电转换电路转换 成电信号，该电信号包含了气体浓度信息，通过检测该电信号就可得出气体 的浓度。系统选用的半导体激光二极管本身带有温度控制，同时釆用带温控 的恒流驱动电源来保证其温度和输出功率的稳定，实际测量表明到达探测器 的光强波动不超过0.19%。系统的输出光主要是二次谐波分量(一次谐波可 忽略不计)，且正比于气体的浓度，检测该值就可以精确测量待测气体的体 积分数。利用信号处理模块22检测二次谐波作为系统输出并对微弱信号进 行处理，同时也能够将噪声除去，使得系统达到很高的灵敏度。
光电探测器7接收到通过气室6后的光，转换为电流信号，经过放大电 路15,输出电压信号，再进行滤波和选频放大等模拟处理环节后得到与光强 有关的模拟电压信号，模拟电压信号通过信号处理模块22再经过A/D转换器11将模拟信号不失真地转换为数字信号，利用计算机13在数字域进一步 对信号加工处理和计算，在计算机13的显示屏上显示实验测量值。
权利要求1、一种煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置，其特征在于由电源模块、传感模块、信号处理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温控电路和调制电路，所述稳流电路、温控电路和调制电路分别连接驱动电路；所述传感模块包括LD、气室和光电探测器，LD的输出通过气室传送到光电探测器输入端；所述信号处理模块包括放大电路、滤波电路、多功能信号发生器、多点信号平均器和选频放大电路，所述放大电路输出端连接滤波电路，所述滤波电路输出端连接多点信号平均器，所述多功能信号发生器输出端连接多点信号平均器，所述多点信号平均器输出端连接选频放大电路；所述存储分析模块包括A/D转换器、示波器和计算机，A/D转换器输出端连接示波器，所述示波器输出端连接计算机；所述驱动电路输出端连接LD，所述光电探测器输出端连接放大电路，所述选频放大电路输出端连接A/D转换器。
2、 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置， 其特征在于所述放大电路由电阻R1、R2、 R3、电容C1和运算放大器LM358 组成；电阻Rl、 R2和运算放大器LM358组成一个有源放大电路，电阻R3 为平衡电阻，电容C1完成输入信号的高频滤波。
3、 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置， 其特征在于所述气室右侧上端设置有进气孔，所述气室左侧下端设置有出气 孔。
4、 根据权利要求1所述的煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置， 其特征在于所述气室长60，，内径为3，。
专利摘要本实用新型涉及一种煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置，该装置由电源模块、传感模块、信号处理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温控电路和调制电路；传感模块包括LD、气室和光电探测器；所述存储分析模块包括A/D转换器、示波器和计算机。该检测装置具有灵敏度高、响应快、动态范围大、不受电磁干扰、耐腐蚀、体积小的特点，可以实现信号的长距离传输和现场实时遥测，该装置传感模块可以放入恶劣环境中进行检测，能够实时检测煤矿瓦斯气体浓度，及时排除煤矿安全生产隐患，在煤矿安全生产中具有重要的意义。
文档编号G01N21/31GK201277947SQ20082022214
公开日2009年7月22日 申请日期2008年10月29日 优先权日2008年10月29日
发明者吕光杰, 辉 张, 李国民, 武风波, 仁 汪, 丰 田, 韩晓冰 申请人:西安科技大学