專利名稱：煤體瓦斯解析速度自動檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測技術(shù)，特別是涉及一種煤體瓦斯解析速度自動檢測儀。
背景技術(shù)：
在新建礦井的通風(fēng)設(shè)計、煤層瓦斯抽放、評價煤層瓦斯的突出危險性等工作中，煤 層解析初速度是估算原始瓦斯含量及瓦斯殘存含量的關(guān)鍵參數(shù)之一，該參數(shù)的準(zhǔn)確與否對 于煤層瓦斯的突出危險性預(yù)測和評定有著重要影響。目前，在測定煤層瓦斯含量方面主要有間接測量法、直接檢測法和解析檢測法。間 接檢測法通過對煤層和煤樣的分析得到煤質(zhì)、煤層溫度等相關(guān)參數(shù)，進而間接得出煤層的 瓦斯含量。間接檢測法的誤差比較大。直接檢測法利用專用采樣器材采集現(xiàn)場煤樣并封存， 帶回實驗室后經(jīng)充分釋放檢測，得到瓦斯含量。直接檢測法存在采樣過程繁瑣、實驗室操作 復(fù)雜、成功率較低的問題。解析檢測法利用普通煤芯管采集煤樣后，將煤樣裝入密封罐進行 現(xiàn)場解析，根據(jù)解析規(guī)律推算煤樣的部分瓦斯損失量，最后將煤樣帶回實驗室繼續(xù)解析，確 定煤層的總瓦斯含量。解析檢測法主要包括排水集氣檢測、壓差檢測以及瓦斯解析速度測 試三種類型。排水集氣檢測和壓差檢測操作復(fù)雜、自動化程度低、檢測誤差較大。瓦斯解析 速度測試采用計算機監(jiān)控、較先進的傳感器采集數(shù)據(jù)，自動化程度高，且消除了人為因素導(dǎo) 致的誤差；但其主要用于實驗室解析，不能適應(yīng)現(xiàn)場解析的需要。由此可見，在現(xiàn)有技術(shù)中，對煤樣的瓦斯解析檢測均需要在實驗室進行，無法適應(yīng) 現(xiàn)場狀況；而且，盡管瓦斯解析速度測試自動化程度高，消除了人為因素導(dǎo)致的誤差，但由 于傳感器的應(yīng)用比較單一，因此解析誤差仍然比較大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種檢測精度高、現(xiàn)場適應(yīng)性強的煤體瓦 斯解析速度自動檢測儀。為了達到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為—種煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，包括被封裝為一體的采集模塊、主控模塊和 外部存儲模塊；采集模塊包括η個檢測精度相同但量程不同的氣體流量傳感器，各氣體流 量傳感器根據(jù)量程按從大到小的順序進行切換；其中，η ^ 2，且η為自然數(shù)；不同量程的氣 體流量傳感器對應(yīng)不同的與瓦斯解析速度范圍，大量程的氣體流量傳感器對應(yīng)瓦斯解析速 度大的瓦斯解析速度范圍；氣體流量傳感器，用于從煤體采樣罐采集瓦斯流量，對該流量信號濾波后，將流量 信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，由主控模塊確定的工作氣體流量 傳感器將轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的瓦斯流量發(fā)送至主控模塊。主控模塊，用于預(yù)設(shè)各氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍；根據(jù)采集時間 和工作氣體流量傳感器發(fā)送的瓦斯流量獲取實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，如果實時 瓦斯解析速度下降至工作氣體流量傳感器的量程對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍下限，則切斷當(dāng)前的工作氣體流量傳感器，并將下一順序的氣體流量傳感器切換為工作氣體流量傳感器； 還用于將瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量發(fā)送至外部存儲模塊。外部存儲模塊，用于存儲主控模塊發(fā)送的瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度 和瓦斯累積流量。綜上所述，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀根據(jù)瓦斯解析速度，由不同 量程的氣體流量傳感器采集瓦斯流量，因此，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀 的檢測精度較高；本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀被封裝為一個整體，符合GB 3836. 4-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電器設(shè)備》，能直接應(yīng)用于煤礦現(xiàn)場環(huán)境，對煤體瓦斯進行 解析，而不需要將煤體樣本帶回實驗室進行解析，因此，本發(fā)明適應(yīng)現(xiàn)場的能力較強。


圖1為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第一種組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第二種組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第三種組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第四種組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明中氣體流量傳感器的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明中主控模塊的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例對 本發(fā)明作進一步地詳細描述。圖1為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第一種組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所 示，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀包括被封裝為一體的采集模塊1、主控模塊2 和外部存儲模塊3 ；采集模塊1包括η個檢測精度相同但量程不同的氣體流量傳感器11 In，各氣體流量傳感器11 In根據(jù)量程按從大到小的順序進行切換；其中，η > 2，且η為 自然數(shù)；氣體流量傳感器11 In根據(jù)量程與瓦斯解析速度范圍一一對應(yīng)，大量程的氣體流 量傳感器對應(yīng)瓦斯解析速度大的瓦斯解析速度范圍。氣體流量傳感器11 In，用于從煤體采樣罐采集瓦斯流量，對該流量信號濾波 后，將流量信號轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，由主控模塊2確定的工 作氣體流量傳感器將轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的瓦斯流量發(fā)送至主控模塊2。實際應(yīng)用中，瓦斯釋放特點是先快后慢，直至停止。實踐中，瓦斯解析速度一般為 300毫升/分鐘至1毫升/分鐘。由于瓦斯流量的變化范圍比較寬，氣體流量傳感器在其檢 測上下限附近精度低，故采用多個氣體流量傳感器分段采集的方式。比如，量程為0 500 毫升/分鐘的氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍為[300毫升/分鐘，150毫升/分 鐘)，量程為0 200毫升/分鐘的氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍為[150毫升 /分鐘，15毫升/分鐘)，量程為0 20毫升/分鐘的氣體流量傳感器對應(yīng)的解析速度范圍 為[15毫升/分鐘，0毫升/分鐘)。系統(tǒng)默認從最高量程開始檢測。主控模塊2，用于預(yù)設(shè)各氣體流量傳感器11 In對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍；根據(jù) 采集時間和工作氣體流量傳感器發(fā)送的瓦斯流量獲取實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，如果實時瓦斯解析速度下降至工作氣體流量傳感器的量程對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍下限， 則切斷當(dāng)前的工作氣體流量傳感器，并將下一順序的氣體流量傳感器切換為工作氣體流量 傳感器；還用于將瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量發(fā)送至外部存儲 模塊3。本發(fā)明中，主控模塊2采用51系列單片機。外部存儲模塊3，用于存儲主控模塊2發(fā)送的瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析 速度和瓦斯累積流量。實際應(yīng)用中，所述外部存儲模塊3為SD卡(安全數(shù)碼卡，Secure Digital Memory Card) 0本發(fā)明中，外部存儲模塊3采用了 SD接口設(shè)計?？傊瑸榱颂岣弑景l(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀的檢測精度，采集模塊 采用不同量程的多個氣體流量傳感器從煤體采樣罐采集瓦斯流量，主控模塊根據(jù)實時瓦斯 解析速度從多個氣體流量傳感器中確定工作氣體流量傳感器，進而獲取精度較高的瓦斯解 析速度。由于煤體解析時間較長，且往往需要多批次檢測，因此采用容量較大的外部存儲模 塊存儲采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。主控模塊根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行煤體解析，并根據(jù)解析速度控制 氣體流量傳感器的切換。本發(fā)明中，采集模塊、主控模塊、外部存儲模塊被封裝為一個整體， 符合GB 3836. 4-2000《爆炸性氣體環(huán)境用電器設(shè)備》，能直接在煤礦現(xiàn)場進行煤體解析，具 有較強的現(xiàn)場適應(yīng)能力，并且具有操作簡單的特點。由此可見，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速 度自動檢測儀可排除人為因素的影響，有效減少誤差，提高檢測結(jié)果的可靠性，以利于礦井 的通風(fēng)設(shè)計、煤層瓦斯抽放及評價煤層瓦斯的突出危險性等工作的順利進行。圖2為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第二種組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所 示，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀除了包括圖1所示的組成部分外，還封裝有 鍵盤4，用于預(yù)設(shè)氣體流量傳感器11 In的瓦斯解析速度范圍，并將瓦斯解析速度范圍發(fā) 送至主控模塊2。實際應(yīng)用中，鍵盤4采用了 4X4矩陣式鍵盤，其除了可以設(shè)置氣體流量傳感器 11 In的瓦斯解析速度范圍等參數(shù)外，還可以實現(xiàn)工作模式選擇、輸入或顯示模式控制等 功能。圖3為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第三種組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所 示，所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀除了包括圖2所示的組成部分外，還封裝有顯示模 塊5;其中，主控模塊2，還用于將采集時間、實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量、當(dāng)前工作時間 發(fā)送至顯示模塊5。鍵盤4，還用于對顯示模塊5進行顯示控制。實際應(yīng)用中，如果需要在現(xiàn)場回看檢測數(shù)據(jù)，那么，顯示模塊5可以在鍵盤4的控 制下，將已存儲數(shù)據(jù)顯示出來。顯示模塊5，用于顯示主控模塊2發(fā)送的采集時間、實時瓦斯解析速度、瓦斯累積 流量、當(dāng)前工作時間；或者，在鍵盤4的控制下，從外部存儲模塊3讀取并顯示瓦斯流量、采 集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量。實際應(yīng)用中，顯示模塊5采用了 IXD液晶顯示方式。為了適應(yīng)井下光線較暗的不利條件，顯示模塊5具有LCD背景光可調(diào)功能。圖4為本發(fā)明所述瓦斯解析速度自動檢測儀的第四種組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所 示，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀除了包括如圖3所示的各組成部分外，還封 裝有上位機通訊接口 6，用于連通所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀與上位機，并將從外部 存儲模塊3所讀取的瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量轉(zhuǎn)發(fā)至上位 機。實際應(yīng)用中，上位機通訊接口 6采用USB接口，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動 檢測儀可以通過USB接口與上位機通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、程序維護與更新、系統(tǒng)軟件調(diào)試等 功能。圖5為本發(fā)明中氣體流量傳感器的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，氣體流量傳感器 11 In中的任一氣體流量傳感器li，均包括預(yù)處理單元lil、流量/電信號轉(zhuǎn)換單元Π2 和A/D轉(zhuǎn)換單元li3 ；其中，i = 2，3，...，n ；預(yù)處理單元lil，用于對氣體流量傳感器11 In采集的表示瓦斯流量的流量信號 進行濾波處理，并將處理后的流量信號發(fā)送至流量/電信號轉(zhuǎn)換單元li2。流量/電信號轉(zhuǎn)換單元li2，用于將預(yù)處理單元Iil發(fā)送的流量信號轉(zhuǎn)換為電信號 后發(fā)送至A/D轉(zhuǎn)換單元li3。A/D轉(zhuǎn)換模塊li3，用于將流量/電信號轉(zhuǎn)換單元li2發(fā)送的電信號由模擬量轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量后，發(fā)送至主控模塊2。圖6為本發(fā)明中主控模塊的組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，主控模塊2包括運算 單元21、內(nèi)部存儲單元22和控制單元23 ；其中，運算單元21，用于根據(jù)采集時間和工作氣體流量傳感器發(fā)送的瓦斯流量獲取實時 瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，并在控制單元23的控制下，將瓦斯流量、采集時間、瓦斯解 析速度、瓦斯累積流量發(fā)送至外部存儲模塊3 ；從內(nèi)部存儲單元22中讀取工作氣體流量傳 感器對應(yīng)的預(yù)設(shè)的瓦斯解析速度范圍，對實時斯解析速度與讀取的瓦斯解析速度范圍進行 比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至控制單元23。內(nèi)部存儲單元22，用于存儲預(yù)設(shè)的各氣體流量傳感器11 In的量程對應(yīng)的瓦斯 解析速度范圍?？刂茊卧?3，用于接收運算單元21發(fā)送的比較結(jié)果，當(dāng)實時瓦斯解析速度下降至 工作氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍下限時，切斷當(dāng)前的工作氣體流量傳感器， 并將下一順序的氣體流量傳感器切換為工作氣體流量傳感器。實際應(yīng)用中，為提高本發(fā)明采集數(shù)據(jù)的存儲速度和可靠性，主控模塊2還可包括 64K的數(shù)據(jù)緩存模塊。實際應(yīng)用中，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀可通過上位機通訊接口連 接上位機。上位機可以從外部存儲模塊讀取原始檢測數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，并對原始檢測數(shù)據(jù) 和分析數(shù)據(jù)進行進一步的分析，監(jiān)測瓦斯釋放趨勢等特性；另外，上位機還可對本發(fā)明所述 煤體瓦斯解析速度自動檢測儀進行軟件更新、調(diào)試和維護。實際應(yīng)用中，本發(fā)明所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀還封裝有直流電源，用于 為采集模塊、主控模塊、鍵盤、顯示模塊供電。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述檢測儀包括被封裝為一體的 采集模塊、主控模塊和外部存儲模塊；采集模塊包括Π個檢測精度相同但量程不同的氣體 流量傳感器，各氣體流量傳感器根據(jù)量程按從大到小的順序進行切換；其中，η > 2，且η為 自然數(shù)；不同量程的氣體流量傳感器對應(yīng)不同的瓦斯解析速度范圍，大量程的氣體流量傳 感器對應(yīng)瓦斯解析速度大的瓦斯解析速度范圍；氣體流量傳感器，用于從煤體采樣罐采集瓦斯流量，對流量信號濾波后，將流量信號轉(zhuǎn) 換為電信號，再將電信號由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，由主控模塊確定的工作氣體流量傳感器 將轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的瓦斯流量發(fā)送至主控模塊；主控模塊，用于預(yù)設(shè)各氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍；根據(jù)采集時間和工 作氣體流量傳感器發(fā)送的瓦斯流量獲取實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，如果實時瓦斯 解析速度下降至工作氣體流量傳感器的量程對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍下限，則切斷當(dāng)前的 工作氣體流量傳感器，并將下一順序的氣體流量傳感器切換為工作氣體流量傳感器；還用 于將瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量發(fā)送至外部存儲模塊；外部存儲模塊，用于存儲主控模塊發(fā)送的瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦 斯累積流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述氣體流量 傳感器包括預(yù)處理單元、流量/電信號轉(zhuǎn)換單元和A/D轉(zhuǎn)換單元；其中，預(yù)處理單元，用于對所述氣體流量傳感器采集的表示瓦斯流量的流量信號進行濾波處 理，并將處理后的流量信號發(fā)送至流量/電信號轉(zhuǎn)換單元；流量/電信號轉(zhuǎn)換單元，用于將預(yù)處理單元發(fā)送的流量信號轉(zhuǎn)換為電信號后發(fā)送至A/ D轉(zhuǎn)換單元；A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將流量/電信號轉(zhuǎn)換單元發(fā)送的電信號由模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后， 發(fā)送至所述主控模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述主控模塊 包括運算單元、內(nèi)部存儲單元和控制單元；其中，運算單元，用于根據(jù)采集時間和所述工作氣體流量傳感器發(fā)送的瓦斯流量獲取實時 瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，并在控制單元的控制下，將瓦斯流量、采集時間、瓦斯解析速 度、瓦斯累積流量發(fā)送至所述外部存儲模塊；從內(nèi)部存儲單元中讀取所述工作氣體流量傳 感器對應(yīng)的預(yù)設(shè)的瓦斯解析速度范圍，對實時斯解析速度與讀取的瓦斯解析速度范圍進行 比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至控制單元；內(nèi)部存儲單元，用于存儲預(yù)設(shè)的所述各氣體流量傳感器的量程對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍；控制單元，用于接收運算單元發(fā)送的比較結(jié)果，當(dāng)實時瓦斯解析速度下降至所述工作 氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍下限時，切斷當(dāng)前的工作氣體流量傳感器，并將 下一順序的氣體流量傳感器切換為所述工作氣體流量傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述檢測儀還 封裝有鍵盤，用于預(yù)設(shè)所述各氣體流量傳感器對應(yīng)的瓦斯解析速度范圍，并將各預(yù)設(shè)的瓦 斯解析速度范圍發(fā)送至所述主控模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述檢測儀還封裝有顯示模塊；其中，所述主控模塊，還用于將采集時間、實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量、當(dāng)前工作時間 發(fā)送至顯示模塊；所述鍵盤，還用于對顯示模塊進行顯示控制；顯示模塊，用于顯示所述主控模塊發(fā)送的采集時間、實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流 量、當(dāng)前工作時間；或者，在所述鍵盤的控制下，從所述外部存儲模塊讀取并顯示瓦斯流量、 采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述檢測儀還 封裝有上位機通訊接口，用于連通所述煤體瓦斯解析速度自動檢測儀與上位機，并將從所 述外部存儲模塊讀取的瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量轉(zhuǎn)發(fā)至上 位機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，其特征在于，所述外部存儲 模塊為SD卡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤體瓦斯解析速度自動檢測儀，包括被封裝為一體的采集模塊、主控模塊和外部存儲模塊；采集模塊包括n個檢測精度相同但量程不同的氣體流量傳感器，各氣體流量傳感器根據(jù)量程按從大到小的順序進行切換，n≥2，且n為自然數(shù)；氣體流量傳感器從煤體采樣罐采集瓦斯流量；主控模塊預(yù)設(shè)瓦斯解析速度范圍，獲取實時瓦斯解析速度、瓦斯累積流量，確定工作氣體流量傳感器；外部存儲模塊存儲瓦斯流量、采集時間、實時瓦斯解析速度和瓦斯累積流量。本發(fā)明所述檢測儀具有檢測精度高、現(xiàn)場適應(yīng)性強等特點，可廣泛應(yīng)用于煤礦等采集行業(yè)。
文檔編號G01N33/22GK102141564SQ20101060552
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉海波, 張素妍, 李濤, 李輝, 溫志輝, 王福忠, 高慶華 申請人:河南理工大學(xué)