專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)普遍采用熱催化元件檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，利用鉬絲遇到瓦斯氣體燃燒改變檢測(cè)橋路的平衡狀態(tài)原理來(lái)測(cè)量，它具有儀器體積小、重量輕、線性度較好、受溫濕度影響小、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是它存在催化元件易產(chǎn)生硫化氫中毒而使其靈敏度降低、壽命縮短、穩(wěn)定性變差的弱點(diǎn)，在高濃度范圍因有二異性，僅適合于低濃度瓦斯環(huán)境，高濃度時(shí)會(huì)給出致命的錯(cuò)誤信息，嚴(yán)重威脅檢測(cè)人員的生命安全，使用一段時(shí)間后，其靈敏度降低、壽命縮短、穩(wěn)定性變差，需一周最多十天調(diào)校一次，且傳感元件壽命僅為 半年到一年，需要定期更換。對(duì)高濃度瓦斯檢測(cè)大都采用熱導(dǎo)原理，但熱導(dǎo)元件選擇性差，線性度不好，影響測(cè)量精度。利用He-Ne激光器在甲烷3. 31um特征吸收波長(zhǎng)進(jìn)行氣體檢測(cè)，氣體選擇性和檢測(cè)靈敏度都有很大的提高，但由于需要高壓電源，且光路復(fù)雜、價(jià)格昂貴，只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，無(wú)法達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有測(cè)量范圍大、靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性好、使用壽命長(zhǎng)、功耗低、便于操作和維護(hù)的一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的采用以下技術(shù)方案一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括順序連接的紅外瓦斯傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理及傳輸單元、地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、濾波電路、相連接的第一雙相鎖相放大器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器、相連接的第二雙相鎖相放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述前置放大電路連接濾波電路，濾波電路與第一雙相鎖相放大器和第二雙相鎖相放大器連接，第一 A/D轉(zhuǎn)換器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器均與數(shù)據(jù)處理單元連接。進(jìn)一步的說(shuō)，所述瓦斯傳感器單元正弦信號(hào)頻率為2. 5KHz。進(jìn)一步的說(shuō)，所述第一雙向鎖相放大器的輸入的第一余弦信號(hào)和第一正弦信號(hào)的頻率相同，所述第二雙向鎖相放大器的第二余弦信號(hào)和第二正弦信號(hào)的頻率為相同且為第一余弦信號(hào)頻率的2倍。本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型利用紅外氣體檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行煤礦瓦斯檢測(cè)可以有效地彌補(bǔ)熱催化元件在瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)中的缺陷，它能測(cè)量多種氣體，具有測(cè)量范圍大、靈敏度高、響應(yīng)速度快、選擇性好、使用壽命長(zhǎng)、功耗低、便于操作和維護(hù)。

[0010]圖I為本實(shí)用新型整體系統(tǒng)方框圖；圖2為本實(shí)用新型第一雙相鎖相放大器工作原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步解釋一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括順序連接的紅外瓦斯傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理及傳輸單元、地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、濾波電路、相連接的第一雙相鎖相放大器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器、相連接的第二雙相鎖相放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述前置放大電路連接濾波電路，濾波電路與第一雙相鎖相放大器和第二雙相鎖相放大器連接，第一 A/D轉(zhuǎn)換器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器均與數(shù)據(jù)處理單元連接。工作過(guò)程·調(diào)節(jié)激光器的溫度和直流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，把激光波長(zhǎng)鎖定在甲烷氣體的吸收峰處。激光經(jīng)過(guò)光隔離器后，到達(dá)氣體吸收室，被甲烷氣體吸收后，最終到達(dá)光電探測(cè)器；然后信號(hào)進(jìn)入鎖相放大器SR830。由于SR830是單通道雙相鎖相放大器，為了測(cè)量一次和二次諧波的幅值，則進(jìn)行了分時(shí)測(cè)量，即在這一個(gè)時(shí)刻檢測(cè)二次諧波幅值，下一個(gè)時(shí)刻則檢測(cè)一次諧波幅值。具體的說(shuō)，將頻率為2. 5KHz的正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)放大后疊加到激光器的直流驅(qū)動(dòng)信號(hào)上。調(diào)制后的激光經(jīng)過(guò)待測(cè)氣體，到達(dá)光電二極管，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，此時(shí)的電信號(hào)中包含了調(diào)制信號(hào)的一次諧波以及和氣體濃度成正比的二次諧波信號(hào)。該電信號(hào)分成兩路，一路進(jìn)入中心頻率為5KHz的帶通濾波器，用來(lái)檢測(cè)二次諧波；另一路進(jìn)入中心頻率為2.5KHz的帶通濾波器，用來(lái)檢測(cè)一次諧波。中心頻率為2. 5KHz的帶通濾波器，輸出一次諧波信號(hào)，中心頻率為5KHz的帶通濾波器輸出二次諧波信號(hào)；如圖2所述，一次諧波信號(hào)』sin(wi + a)+_) ( 為噪聲)從第一雙相鎖相放大器的第一待測(cè)信號(hào)輸入端輸入，第一雙相鎖相放大器第一參考信號(hào)輸入端輸入頻率為2. 5Hz的第一正弦信號(hào)￡sm(w￡ +灼，一次諧波信號(hào)+ 與第一正弦信號(hào)
SsmOi +灼到達(dá)乘法器進(jìn)行乘法運(yùn)算得
J5[cos(i3 - /3) - cos(2wi + λ + /3)] + n(t)B sin( + β)第一項(xiàng)為直流成分，大小與兩信號(hào)幅值及相位差的余弦成正比；第二項(xiàng)為待測(cè)信號(hào)的二倍頻信號(hào)。和待測(cè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入乘法器的噪聲也要和參考信號(hào)相乘，結(jié)果 (i)Am(wl +灼幾乎都是交流信號(hào)。低通濾波器的通帶可以做得很窄，經(jīng)過(guò)低通濾波器，待測(cè)信號(hào)的二倍頻信號(hào)和噪聲與參考信號(hào)相乘的結(jié)果都被濾掉，僅剩下直流信號(hào)，即
- β) 0一次諧波信號(hào)4sm(wi + di) + Ki) (Μ )為噪聲)從第一雙相鎖相放大器的第二待測(cè)信號(hào)輸入端輸入，第一雙相鎖相放大器第二參考信號(hào)輸入端輸入頻率為2. 5Hz的第一余弦信號(hào)B co<wt + β)，一次諧波信號(hào)』sin( wt + a) + n(t)與第一余弦信號(hào)B cos(wi + β)到達(dá)乘
法器進(jìn)行乘法運(yùn)算得
A5[sin(a - β)- sm( 2wt + a+ /3)] + n{t)Bcos(wi + β)第一項(xiàng)為直流成分，大小與兩信號(hào)幅值及相位差的正弦成正比；第二項(xiàng)為待測(cè)信號(hào)的二倍頻信號(hào)。和待測(cè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入乘法器的噪聲也要和參考信號(hào)相乘，結(jié)果
+ 幾乎都是交流信號(hào)。低通濾波器的通帶可以做得很窄，經(jīng)過(guò)低通濾波器，待測(cè)信號(hào)的二倍頻信號(hào)和噪聲與參考信號(hào)相乘的結(jié)果都被濾掉，僅剩下直流信號(hào)，即-β)。將灼與灼進(jìn)行如下運(yùn)算得到一次諧波輸出
/— — 2 - — 2
ABsm( β) + ~ABcos(a — β) = -AB
_2 _ 2 2同理對(duì)二次諧波信號(hào)進(jìn)行處理得到二次諧波輸出，然后將二次諧波輸出與一次諧波輸出經(jīng)過(guò)除法器相除，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理單元處理得到瓦斯?jié)舛刃畔ⅰ?br> 權(quán)利要求1.一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括順序連接的紅外瓦斯傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理及傳輸單元、地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、濾波電路、相連接的第一雙相鎖相放大器和第一 A/D轉(zhuǎn)換器、相連接的第二雙相鎖相放大器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述前置放大電路連接濾波電路，濾波電路與第一雙相鎖相放大器和第二雙相鎖相放大器連接，第一 A/D轉(zhuǎn)換器和第二 A/D轉(zhuǎn)換器均與數(shù)據(jù)處理單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述瓦斯傳感器單元正弦信號(hào)頻率為2. 5KHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述第一雙向鎖相放大器的輸入的第一余弦信號(hào)和第一正弦信號(hào)的頻率相同，所述第二雙向鎖相放大器的第二余弦信號(hào)和第二正弦信號(hào)的頻率為相同且為第一余弦信號(hào)頻率的2倍。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于光譜吸收的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括順序連接的紅外瓦斯傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)處理及傳輸單元、地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)單元，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包括前置放大電路、濾波電路、相連接的第一雙相鎖相放大器和第一A/D轉(zhuǎn)換器、相連接的第二雙相鎖相放大器和第二A/D轉(zhuǎn)換器，所述前置放大電路連接濾波電路，濾波電路與第一雙相鎖相放大器和第二雙相鎖相放大器連接，第一A/D轉(zhuǎn)換器和第二A/D轉(zhuǎn)換器均與數(shù)據(jù)處理單元連接。本實(shí)用新型用于煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/39GK202522514SQ201220200169
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者盧建波, 李本容, 潘開(kāi)方, 陳鏡漢 申請(qǐng)人:重慶飛爾達(dá)機(jī)械有限責(zé)任公司