激光瓦斯监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光瓦斯监控系统，采用激光对瓦斯浓度进行监控，采用ＣＡＮ总线协议通过光纤进行激光和数据的传输；系统包括激光发射器、光开关、瓦斯探头、光耦合器、光电探测器、监控计算机、光电转换器以及连接的光纤和电路；激光器、光开关、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；系统井上部分安装有监控计算机、光电探测器和激光器；井下部分则分布若干瓦斯探头和监测点，每个监测点又安装有微处理器、光藕合器、光开关和光电探测器。该系统实现了瓦斯检测和控制的实时性，具有以下优点：检测灵敏度高、响应时间快速、使用寿命超长、探测距离长、维护费用极低。适用于煤矿矿井瓦斯的监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用光学手段测试的系统，也涉及矿井信号装置，进一步而言，属于采用激光对煤矿瓦斯进行监控的系统。
技术介绍
瓦斯是煤矿中产生的气体，其主要成分是甲烷。浓度在爆炸极限内的瓦斯遇明火即发生爆炸，对矿工生命威胁极大。因此对瓦斯的监测是矿井的重要工作。目前已广泛应用的瓦斯检测和控制系统是采用传统的电化学方式进性瓦斯浓度的检测，传统电化学方式存在以下缺点①需要定期对传感器进行校正，且校正繁琐；②检测速度低30秒左右；③检测精度低，只能检测20×106左右；④检测距离仅1km；⑤使用寿命低；⑥抗干扰能力差。光学气体传感器是后出现的一种新型传感器，它主要指利用介质对光吸收而使光产生衰减以及由于不同光路的光干涉而产生干涉条纹等特性制成的光纤气体传感器。光纤用于气体传感有着其它传感器不可比拟的优势①便于复用，便于成网；②抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀，适合于测量可燃易爆气体或工作于易燃以及强电磁干扰环境下测量；③传感单元结构简单，稳定可靠；④重量轻、体积小、外形可变；⑤灵敏度高。光吸收瓦斯气体传感器除了具备上述光学气体传感器所具有的优点外，还具有光路简单，可对瓦斯气体浓度、成分进行精确测量以及可同时对其它气体的成分、浓度进行检测等特点，从而弥补了光干涉法不能对气体的具体成分进行测量分析的缺点。200610044428.1号专利申请就公开了一种“煤矿瓦斯差分吸收式光纤多点监测系统”。现阶段光吸收瓦斯气体检测方法是利用瓦斯气体的光谱吸收来检测气体浓度，由于不同气体的吸收谱线具有不同的特征，所以它们在一定程度上还可以从混合气体中区分出不同的气体以及这种气体在混合气体中的体积比。但还存在着光路复杂、光源不稳定及光电器件零点漂移影响测量精度等缺陷。
技术实现思路
本专利技术针对传统产品的上述缺点，主要解决传感器的校正、检测速度、精度、距离、使用寿命等问题，提供了一种激光瓦斯监控系统。本专利技术的激光瓦斯监控系统采用激光对瓦斯浓度进行监控，采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输；该系统包括激光发射器、光开关、瓦斯探头、光耦合器、光电探测器、监控计算机(即CPU处理器)、光电转换器以及连接的光纤和电路，激光器、光开关、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；整个激光瓦斯监控系统分为井上和井下两部分，井上部分安装有监控计算机、PIN光电探测器和激光器；井下部分则分布若干的瓦斯探头和监测点，每个监测点又安装有微处理器、光藕合器、光开关和光电探测器；整个过程采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输。本专利技术的激光瓦斯监控系统的工作原理是由激光发生器产生的激光经光开关送至各路瓦斯探头，探头检测到的光信号经过光耦合器和光电转换送出电信号，把电信号进行放大为标准信号送给A/D转换，得到数字信号，并送CPU进行处理；同时CPU送出控制信号到光开关，实现对激光检测系统的控制；当瓦斯浓度达到设定值时，系统立即通过CAN(工业现场总线的一种规格)向井下的报警器发出报警信号，井下即进行声光报警。专利技术人指出1650nm波长的激光具有只对瓦斯气体的高灵敏度，因此采用1650nm波长的激光通过矿井下的气体场对瓦斯浓度进行监控可以检测出瓦斯的微小变化，可以提高监测灵敏度和检测范围。专利技术人还指出，采用CAN(控制局部区域网络，工业现场总线的一种规格)总线协议通过光纤进行激光和数据的传输，可以提高检测距离和传输速度；上位机应用VB(一种计算机软件开发语言及环境)做界面，经过USBCAN设备把USB通信协议转换为相应CAN通信协议，然后送入光纤转换器，实现了与LPC2294进行双向通信。采用该通信方式，较传统的监控系统，在速度方面有明显的提高，可以高达1Mbps，同时传输距离也相应的增加，直接传输距离可以达到5km。采用光纤传输，改善了环境恶劣的井底的安全状况。本专利技术提供的激光瓦斯监控系统由于引入了嵌入式实时系统，实现了瓦斯检测和控制的实时性，将光纤应用到CAN总线中，解决了远距离传输的难题，具有极强的抗电磁干扰性能；可见该系统具有以下优点对瓦斯检测灵敏度高、响应时间快速、使用寿命超长、探测距离长、维护费用极低。适用于煤矿矿井瓦斯的监测。附图说明以下附图用以更清楚地说明本专利技术的激光瓦斯监控系统图1为系统工作原理图；图2为采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输示意图；图3为瓦斯监控仪的结构示意图；图4为系统工作示意图；图5为井下部分监测示意图。具体实施例方式在某矿井井下根据瓦斯监测的实际需要安装若干瓦斯气体检测探头、8位单片微控制器控制的控制器，该控制器包括光开关控制及光电检测电路，矿井井上部分安装激光发射器、PIN光电探测器和计算机，井下部分则分布若干的瓦斯探头和监测点，每个监测点又安装有微处理器、光开关、光藕合器、光电探测器；系统的激光器、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接，并用光纤和电路将上述设备连接起来，其中控制器用RS232(计算机接口的一种标准)接口连接到计算机；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；整个过程采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输。工作程序是用1650nm波长激光器发射激光并使用光纤传输到井下，通过PC控制的光开关进行光路切换进入指定瓦斯气体检测点，再通过另一组光开关将激光信号送井上的PIN光电探测器，送计算机内的AD转换卡进行数据采集，在计算机界面上显示井下某点的瓦斯浓度，在计算机中使用VB开发控制程序完成瓦斯浓度检测和显示；通过电路实现报警和设备控制当瓦斯浓度达到设定值时，系统立即通过RS-485向井下的报警器发出报警信号，井下即进行声光报警。权利要求1一种激光瓦斯监控系统，含有探头、监测器、报警器，其特征在于该系统采用激光对瓦斯浓度进行监控，采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输；系统包括激光发射器、光开关、瓦斯探头、光耦合器、光电探测器、监控计算机、光电转换器以及连接的光纤和电路，激光器、光开关、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；整个系统分为井上和井下两部分，井上部分安装有监控计算机、PIN光电探测器和激光器；井下部分则分布若干的瓦斯探头和监测点，每个监测点又安装有微处理器、光藕合器、光开关和光电探测器。2如权利要求1所述的激光瓦斯监控系统，其特征在于系统的工作原理是由激光发生器产生的激光经光开关送至各路瓦斯探头，探头检测到的数据经过光耦合器和光电转换送出电信号，把电信号进行放大为标准信号送给A/D转换，得到数字信号，并送CPU进行处理；同时CPU送出控制信号到光开关，实现对激光检测系统的控制；当瓦斯浓度达到设定值时，系统立即向井下发出报警信号，井下的报警器即进行声光报警。3如权利要求1所述的激光瓦斯监控系统，其特征在于所用的激光是1650nm波长的激光。全文摘要本专利技术公开了一种激光瓦斯监控系统，采用激光对瓦斯浓度进行监控，采用CAN总线协议通过光纤进行激光和数据的传输；系统包括激光发射器、光开关、瓦斯探头、光耦合器、光电探测器、监控计算机、光电转换器以及连接的光纤和电路；激光器、光开关、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；系统井上部分安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光瓦斯监控系统，含有探头、监测器、报警器，其特征在于该系统采用激光对瓦斯浓度进行监控，采用ＣＡＮ总线协议通过光纤进行激光和数据的传输；系统包括激光发射器、光开关、瓦斯探头、光耦合器、光电探测器、监控计算机、光电转换器以及连接的光纤和电路，激光器、光开关、瓦斯探头、光藕合器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；整个系统分为井上和井下两部分，井上部分安装有监控计算机、ＰＩＮ光电探测器和激光器；井下部分则分布若干的瓦斯探头和监测点，每个监测点又安装有微处理器、光藕合器、光开关和光电探测器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李捍东，郭汝华，张发斌，何一兵，陈璇，
申请(专利权)人：贵州大学，贵州东方网络有限公司，贵州昕春科技贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]