红外光学瓦斯探测仪制造技术

本实用新型专利技术为一种红外光学瓦斯探测仪，涉及煤矿井下瓦斯探测装置。本实用新型专利技术解决现有的瓦斯探测装置所用的传感器大多需要短期内校准，而且容易产生误报警等问题。该红外光学瓦斯探测仪包含瓦斯敏感红外探测器和后续信号处理电路，瓦斯敏感红外探测器包含柱状空心管，柱状空心管的管壁上开有通气孔，柱状空心管的两端开有固定孔，一端的固定孔内固定有红外发光管，另一端的固定孔内固定有双通道滤波红外传感器；后续信号处理电路包含单片机和与单片机信号输出端相连的显示、报警电路；后续信号处理电路还包含双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路、比较电路和红外发光管的调制驱动电路。该探测仪提高了探测的准确性。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种煤矿井下瓦斯探测装置，具体为一种红外光学瓦斯探测仪。
技术介绍
现有的瓦斯探测装置都是利用热催化原理、化学原理的气敏传感器以及相应的后续信号处理电路来实现瓦斯浓度探测。而这类传感器大多需要短期内校准，而且容易产生误报警，因此，使用的可靠性相对较差。
技术实现思路
本技术解决现有的瓦斯探测装置所用的传感器大多需要短期内校准，而且容易产生误报警等问题，提供一种红外光学瓦斯探测仪。并只以提供该瓦斯探测仪的硬件结构为目的。本技术是采用如下技术方案实现的红外光学瓦斯探测仪，包含瓦斯敏感红外探测器和后续信号处理电路，瓦斯敏感红外探测器包含柱状空心管，柱状空心管的管壁上开有通气孔，柱状空心管的两端开有固定孔，一端的固定孔内固定有红外发光管，另一端的固定孔内固定有双通道滤波红外传感器；后续信号处理电路包含单片机和与单片机信号输出端相连的显示、报警电路；后续信号处理电路还包含双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路、比较电路和红外发光管的调制驱动电路；双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路包含前置放大电路、与前置放大电路相连的由锁相放大芯片构成的锁相放大电路；红外发光管的调制驱动电路包含脉冲信号发生电路、与脉冲信号发生电路输出端相连的信号放大电路，信号放大电路的一路输出端LEDWAVE与红外发光管的驱动电路相连，驱动电路的输出端连接有红外发光管，信号放大电路的另一路输出端REFWAVE与双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路中的锁相放大芯片的参考输入端相连；比较电路由比较器构成，经双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路处理后的被测输出信号、基准输出信号通过比较器的输入端进入比较器，比较器的输出端与单片机的信号输入端相连。双通道滤波红外传感器是现有的公知产品(可选用TPS2534G5G20型号)。其内有窄带滤光片、集成的光电转换电路、信号放大电路；窄带滤光片只允许两个特定波长的(红外)光线通过。理论上已知，红外光在波长3.3μm处对甲烷(瓦斯气体的主要成份)气体有很大的吸收峰，而其它波长的红外光通过甲烷气体后峰值几乎没有变化。因此，本技术所选用的双通道滤波红外传感器只允许波长3.3μm和其它任一波长(4.0μm)的红外光通过并将它们转换成电信号输出，与3.3μm波长的红外光对应的输出电信号作为被测输出信号，与另一波长的红外光对应的输出电信号作为基准输出信号，通过对两输出信号的比较可反映出3.3μm波长的红外光通过瓦斯气体后其峰值的变化量，并将变化量值输入单片机进行分析判断，进而计算出瓦斯气体的浓度，达到瓦斯探测的目的。传感器输出的信号很微弱，而且其内混杂有大量的噪声干扰信号。为此，本技术将红外发光管的驱动信号加以调制，使红外发光管发出一定频率的脉冲光，并以红外发光管的调制驱动信号作为参考信号在后续的锁相放大电路中对传感器的输出信号(被测输出信号和基准输出信号)进行锁相放大，使与红外发光管的调制驱动信号的频率、相位一致的信号放大输出，滤掉噪声干扰信号，以此提高输出信号的信噪比，使红外光学瓦斯探测仪具有相当的探测精度。煤矿井下含有瓦斯的空气从瓦斯敏感红外探测器管壁上的通气孔进入探测器内，探测器一端的红外发光管发出的脉冲光(选用特定的红外发光管，其发出的红外光的波长在3.0μm-5.0μm之间)经过探测器内的瓦斯气体，并被另一端的双通道滤波红外传感器感知并产生两路信号输出(一路是对应于3.3μm波长的被测输出信号，一路是对应于4.0μm波长基准输出信号)，两路信号经前置放大、锁相放大后在比较电路中进行比较，比较电路的输出信号进入单片机，单片机在相应软件的支持下，对比较电路的输出信号进行分析判断，该输出信号值达到或超过设定的临界值时，单片机驱动显示报警电路进行显示报警。本技术所述的红外光学瓦斯探测仪以瓦斯敏感红外探测器作为敏感元件，解决了现有瓦斯探测仪的气敏传感器需频繁人工校准、容易老化的问题，同时通过合理设计的后续信号处理电路，提高了探测的准确性。该红外光学瓦斯探测仪结构新颖、合理，体积小，便于携带，使用方便。附图说明图1为本技术所述红外光学瓦斯探测仪的瓦斯敏感红外探测器的结构示意图；图2为本技术所述红外光学瓦斯探测仪的后续信号处理电路的原理图；图3为封装壳体的结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为图3的左视图；图6为封装壳体的盖板结构示意图；图2中各同号线端相连。具体实施方式红外光学瓦斯探测仪，包含瓦斯敏感红外探测器和后续信号处理电路，瓦斯敏感红外探测器包含柱状空心管1，柱状空心管的管壁上开有通气孔2，柱状空心管的两端开有固定孔3、4，一端的固定孔3内固定有红外发光管，另一端的固定孔4内固定有双通道滤波红外传感器；后续信号处理电路包含单片机U11和与单片机信号输出端相连的显示、报警电路；后续信号处理电路还包含双通道滤波红外传感器的被测输出信号TPS2和基准输出信号TPS3的处理电路、比较电路和红外发光管的调制驱动电路；双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路包含前置放大电路、与前置放大电路相连的由锁相放大芯片U2、U3构成的锁相放大电路；红外发光管的调制驱动电路包含脉冲信号发生电路、与脉冲信号发生电路输出端相连的信号放大电路，信号放大电路的一路输出端LEDWAVE与红外发光管的驱动电路相连，驱动电路的输出端连接有红外发光管IR715，信号放大电路的另一路输出端REFWAVE与双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路中的锁相放大芯片U2、U3的参考输入端相连；比较电路由比较器U12构成，经双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路处理后的被测输出信号、基准输出信号通过比较器U12的输入端进入比较器，比较器U12的输出端RU与单片机的信号输入端相连。双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路中的锁相放大芯片U2、U3选用AD630。锁相放大电路的输出端还连接有由芯片U5(LM324)构成的放大跟随电路和由芯片U6(AD8138)、U7(AD8310)构成的对数运放电路，对信号作进一步的放大处理。比较器U12选用AD623型号。红外发光管的调制驱动电路中的脉冲信号发生电路由振荡信号发生芯片U16(ICL8038)构成，信号放大电路由放大芯片U19(LM324)构成，驱动电路由恒流驱动芯片U17(MAX1916)、U18(MAX1659)构成。上述所涉及的各集成芯片所配置的外围电路是计算机领域的技术人员公知的，在此未对其进行详细描述。所述的显示、报警电路是连接于单片机信号输出端的由三极管驱动的发光二极管和蜂鸣器。瓦斯敏感红外探测器的柱状空心管的两端的固定孔3、4开在柱状空心管的底部，同时，柱状空心管红外发光管一端的内腔制成半凹镜形状，另一端制成与水平成45度角的平面。这样，增加聚光性，保证红外光在柱状空心管内集中传输，传感器能更好地感知红外光。还可在柱状空心管的内壁镀上一层铜或金，以进一步增加内壁的反光性能。瓦斯敏感红外探测器的柱状空心管上的通气孔2上粘贴纳米薄膜。用于过滤尘埃、灰尘，有利于适应井下恶劣的工作环境。将瓦斯敏感红外探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外光学瓦斯探测仪，包含瓦斯敏感红外探测器和后续信号处理电路，其特征为：瓦斯敏感红外探测器包含柱状空心管（１），柱状空心管的管壁上开有通气孔（２），柱状空心管的两端开有固定孔（３）、（４），一端的固定孔（３）内固定有红外发光管，另一端的固定孔（４）内固定有双通道滤波红外传感器；后续信号处理电路包含单片机（Ｕ１１）和与单片机信号输出端相连的显示、报警电路；后续信号处理电路还包含双通道滤波红外传感器的被测输出信号（ＴＰＳ２）和基准输出信号（ＴＰＳ３）的处理电路、比较电路和红外发光管的调制驱动电路；双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路包含前置放大电路、与前置放大电路相连的由锁相放大芯片（Ｕ２）、（Ｕ３）构成的锁相放大电路；红外发光管的调制驱动电路包含脉冲信号发生电路、与脉冲信号发生电路输出端相连的信号放大电路，信号放大电路的一路输出端（ＬＥＤＷＡＶＥ）与红外发光管的驱动电路相连，驱动电路的输出端连接有红外发光管（ＩＲ７１５），信号放大电路的另一路输出端（ＲＥＦＷＡＶＥ）与双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路中的锁相放大芯片（Ｕ２）、（Ｕ３）的参考输入端相连；比较电路由比较器（Ｕ１２）构成，经双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路处理后的被测输出信号、基准输出信号通过比较器（Ｕ１２）的输入端进入比较器，比较器（Ｕ１２）的输出端（ＲＵ）与单片机的信号输入端相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文栋，刘俊，熊继军，薛晨阳，文丰，谭秋林，李强龙，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：实用新型
国别省市：14[中国|山西]