專利名稱：瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦安全技術，特別是瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)。
背景技術：
在煤礦生產(chǎn)中，瓦斯是有害氣體，它嚴重地威脅著礦工生命和國家財產(chǎn)的安全。為防止瓦斯在井下的危害，一般均設有專用瓦斯檢測及報警系統(tǒng)，目前管理和監(jiān)測瓦斯的整體水平不高，瓦斯事故依然頻繁發(fā)生，它的檢測可靠性和時間范圍往往受到檢測人員的限制，同時現(xiàn)有的報警器還不同程度存在功能單一、體積大、工作時間短、性能不穩(wěn)定、報警點不可靠、易產(chǎn)生誤報警動作等不足之處。瓦斯監(jiān)測報警系統(tǒng)是集瓦斯檢測與報警于一體，利用單片機和計算機強大功能進行數(shù)據(jù)處理和控制，對傳感器的自校零和非線性的線性化 處理，實時監(jiān)測瓦斯，當瓦斯超過預定數(shù)值時發(fā)出警報。報警系統(tǒng)符合新標準要求，具有瓦斯?jié)舛葼顩r監(jiān)測、歷史記錄數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)分析等多種功能。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了數(shù)字化監(jiān)測礦井瓦斯?jié)舛炔⒓皶r給予報警，研制一種高性能的礦井瓦斯監(jiān)測聲光報警系統(tǒng)。本實用新型瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)的技術方案如下本實用新型瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警系統(tǒng)主要由瓦斯?jié)舛葴y定儀和計算機組成，其特征在于瓦斯?jié)舛葴y定儀由復合型防爆電器設備、傳感器、電池組成，復合型防爆電器電路采用厚膜電路，包括與微處理器電路連接的數(shù)據(jù)采集運算放大電路、穩(wěn)壓電路、報警延時電路、通信控制電路及現(xiàn)場狀態(tài)顯示模塊。上述微處理器為ATmegaS，并與數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、串行通信模塊連接。采用ATmegaS作為微處理器測定儀能實現(xiàn)瓦斯?jié)舛?、開關量采集和開關信號輸出，并有數(shù)據(jù)顯示功能。計算機軟件包括人機界面、數(shù)據(jù)處理、串行通信等模塊，電路原理如圖I所示。本實用新型以ATmega8單片機為硬件核心，采用軟件實現(xiàn)催化元件的自動校零、非線性補償，通過實時采集、經(jīng)過數(shù)據(jù)處理能夠準確地監(jiān)測瓦斯含量，并經(jīng)遠程數(shù)據(jù)傳送模塊將數(shù)據(jù)傳送到井上計算機監(jiān)測平臺進行處理，當被測氣體中瓦斯?jié)舛瘸^預定數(shù)值時，將產(chǎn)生聲光報警。該監(jiān)測報警系統(tǒng)測量范圍O 4%CH4，基本誤差< ±0. 10(%CH4 O. 00 1.00)，< ±0. 19 (%CH4 I. 00 4. 00)，具有成本低、穩(wěn)定安全可靠、操作方便。本實用新型監(jiān)測報警系統(tǒng)在設計中采用了先進的表面貼裝技術和便于調零和維修的結構，印制電路板上的連接導線，直徑都大于O. 5_。經(jīng)實驗室試驗、本安試驗、防爆檢驗、性能檢驗，設計合理，為本質安全電路，具有工作時間長、密封性能好、短路保護、性能穩(wěn)定、報警準確可靠等特點。采用了新型的微控制器測控系統(tǒng)，在煤礦井下使用維護方便，起到有效避免瓦斯事故的作用，給煤礦安全生產(chǎn)提供重要保障。

[0009]圖I為本實用新型瓦斯監(jiān)測報警系統(tǒng)結構示意圖。圖2為本實用新型數(shù)據(jù)采集運算放大電路圖。圖3為本實用新型穩(wěn)壓電路圖。圖4為本實用新型報警延時電路圖。圖5為本實用新型通信控制電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型過一步描述如附圖1，本實用新型瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警系統(tǒng)主要由瓦斯?jié)舛葴y定儀和瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)處理的計算機組成。瓦斯?jié)舛葴y定儀由復合型防爆電器設備、傳感器、電池組成，復合·型防爆電器電路采用厚膜電路，主要包括電路連接的數(shù)據(jù)采集運算放大電路、穩(wěn)壓電路、驅動電路、報警延時電路、通信控制電路及現(xiàn)場狀態(tài)顯示模塊。本實用新型瓦斯監(jiān)測報警系統(tǒng)的瓦斯檢測傳感器利用熱催化檢測原理，采用平安機電研究所生產(chǎn)的JZY4 - 13型催化元件，其主要技術指標為工作電壓2. O 2. 8V ;工作電流85 120 m A ;環(huán)境溫度0 40°C ;每月最大零漂< O. 2%CH4 ;使用壽命> I年。由于催化元件靈敏度較低，一般為18mv(l%CH4)左右，如圖2所示的數(shù)據(jù)采集運算放大電路即能滿足這一要求。該數(shù)據(jù)采集運算放大電路包含兩個放大級，前兩個放大器組成第一級，二者均接成同相輸入，因此輸入電阻很高。后一個放大器構成差動放大級，將差動輸入信號轉換成單端對地輸出，通過調節(jié)RlO可以改變負反饋量的大小，從而改變放大器的放大倍數(shù)，校準載體催化元件靈敏度。[0015]本實用新型為減小報警點瓦斯?jié)舛日`差，使報警電路保證報警點瓦斯?jié)舛日`差不超限，故設置精密穩(wěn)壓電路見圖3，由調整管Q8、分流穩(wěn)壓器T2、偏置電阻R40、R9、R7和電容C3組成，T2是3端可調分流穩(wěn)壓器，輸入電壓VDD為通過安全柵輸出電壓，經(jīng)偏置電阻R40后為分流穩(wěn)壓器T2提供陰極電流(>lmA)，通過分流穩(wěn)壓器T2的分流作用，調整偏置電阻R9和R7的阻值可輸出所要求的穩(wěn)定電壓。為防止報警器的誤動作，電路采用開機報警延時電路，其電路如圖4所示。驅動電路是低電平送入，驅動電路不工作。關機后，C4充的電荷由D2放掉，以備下次使用。當C4充電完后，延時結束，U3A的管腳I應為高電平，電路進入正常工作狀態(tài)。報警時報警燈要閃爍顯示，以增強報警效果，在振蕩電路中它是一個由時基電路集成塊構成的多諧振蕩器，它驅動LED產(chǎn)生閃爍效果?，F(xiàn)場采集與井上計算機監(jiān)測平臺之間采用MODEM傳輸數(shù)據(jù)，通過MODEM與監(jiān)測平臺聯(lián)系，來實現(xiàn)采集模塊的遠距離數(shù)據(jù)傳輸；前端數(shù)據(jù)采集由于使用單片機系統(tǒng)，采用現(xiàn)成MODEM芯片MSM7512B模塊電路，可以采用半雙工的傳輸方式，傳輸速率為1200bps，使用單一 +5V電源，外圍電路簡單，且直接輸出TTL電平，可以很方便的與計算機RS-232接口協(xié)議或單片機實現(xiàn)點對點的通信。數(shù)據(jù)轉發(fā)如圖5所示。本實用新型計算機機軟件主要是對數(shù)據(jù)的進一步處理，總站多路數(shù)據(jù)轉發(fā)器傳輸出來的數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控計算機負責采集數(shù)據(jù)。監(jiān)測界面友好，可通過連結投影儀在大屏幕上實時顯示當前各個采集點參數(shù)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了實時監(jiān)測、動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、曲線繪制、報表打印輸出等功能。本實用新型按GB1348692標準的規(guī)定，催化瓦斯傳感器連續(xù)工作8h的零點漂移不應大于O. 1%CH4，但在使用較長時間后，就會出現(xiàn)嚴重的零點漂移，主要原因是熱催化傳感元件和補償元件的物理參數(shù)一致性差。自動校零的設計思路是開機后，讀初值，通過電路設計，使元件完全不與井下的瓦斯氣體反應，可以認為此時測量到的檢測值即為零漂值。將此“零漂值”存入單片機RAM中。這一過程結束后，開始檢測瓦斯氣體。通過A/D轉換后的原始數(shù)據(jù)要經(jīng)數(shù)據(jù)總線進入單片機中進行預處理，減掉存儲在RAM中的“零漂值”，使檢測值得到補償，實現(xiàn)瓦斯氣體測量數(shù)據(jù)的自動校零；最后將數(shù)據(jù)與預設報警值進行比較。 本實用新型采用非線性補償軟件設計，催化元件的非線性特性可以近似用一個多項式來表示Y=W1X1+W2X2+W3X3+. ..+WnXn (X為輸出信號，W1、W2、W3. . . Wn為系數(shù))。由于催化元件參數(shù)的離散性，不同催化傳感元件的W1、W2、W3...系數(shù)是有差異的，因此，按一般的線性函數(shù)逼近方法進行線性校正不僅復雜，而且也是非常粗略的。在實際中采用分段直線法進行簡單的線性處理，增加分段線性校正的區(qū)域，可保證較高的精度。
權利要求1.瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，由瓦斯?jié)舛葴y定儀和計算機組成，其特征在于瓦斯?jié)舛葴y定儀由復合型防爆電器設備、傳感器、電池組成，復合型防爆電器電路采用厚膜電路，包括與微處理器電路連接的數(shù)據(jù)采集運算放大電路、穩(wěn)壓電路、報警延時電路、通信控制電路及現(xiàn)場狀態(tài)顯示模塊。
2.如權利要求I所述瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器為ATmegaS，并與數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、串行通信模塊連接。
3.如權利要求I所述瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集運算放大電路包含兩個放大級，前兩個放大器組成第一級，二者均接成同相輸入，后一個放大器構成差動放大級，將差動輸入信號轉換成單端對地輸出。
4.如權利要求I所述瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述穩(wěn)壓電路由調整管Q8、分流穩(wěn)壓器T2、偏置電阻R40、R9、R7和電容C3組成，T2是3端可調分流穩(wěn)壓器，輸入電壓VDD為通過安全柵輸出電壓，經(jīng)偏置電阻R40后為分流穩(wěn)壓器T2提供陰極電流，通過分流穩(wěn)壓器T2的分流作用，調整偏置電阻R9和R7的阻值可輸出所要求的穩(wěn)定電壓。
5.如權利要求I所述瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于所述報警延時電路包括由時基電路集成塊構成的多諧振蕩器,并驅動LED閃爍。
專利摘要一種瓦斯數(shù)字化監(jiān)測報警系統(tǒng)，由瓦斯?jié)舛葴y定儀和計算機組成，其特征在于瓦斯?jié)舛葴y定儀由復合型防爆電器設備、傳感器、電池組成，復合型防爆電器電路采用厚膜電路，主要包括與微處理器電路連接的數(shù)據(jù)采集運算放大電路、穩(wěn)壓電路、報警延時電路、通信控制電路及現(xiàn)場狀態(tài)顯示模塊。本實用新型采用了先進的表面貼裝技術和便于調零和維修的結構，本安試驗、防爆檢驗、性能檢驗，設計合理，為本質安全電路，具有工作時間長、密封性能好、短路保護、性能穩(wěn)定、報警準確可靠等特點。采用了新型的微控制器測控系統(tǒng)，在煤礦井下使用維護方便，起到有效避免瓦斯事故的作用，給煤礦安全生產(chǎn)提供重要保障。
文檔編號E21F17/18GK202707146SQ20122017579
公開日2013年1月30日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者廖高華 申請人:南昌工程學院