瓦斯浓度智能测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及瓦斯浓度智能测试系统及方法，主要包括光干涉瓦斯传感器、信号调理电路、温度传感器、气压传感器、Ａ／Ｄ转换器、数据采集和处理模块、定闹时钟信号发生器和上位计算机；其特点是：由光干涉瓦斯传感器、温度传感器和气压传感器测量被测点的瓦斯浓度、温度和气压三种数据；上位计算机读取数据采集和处理模块中瓦斯浓度、温度和气压的数据，及定闹时钟信号发生器产生的年、月、日、时的数据，并由上位计算机计算和在显示器上显示被测点真实瓦斯浓度值，或显示真实瓦斯浓度值随整点时间变化曲线。本发明专利技术操作简单、测量精度高，提高了实时处理和修正数据能力，为煤矿井下瓦斯的自动检测和遥测开辟了新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于瓦斯浓度测量
，具体地说涉及基于微处理器、计算机与双光束干涉技术的。
技术介绍
煤矿井下工作的安全隐患主要来自于过高浓度的瓦斯含量，瓦斯的主要成分是甲 烷，是一种没有颜色、没有气味的气体，人们很难从自身的生理功能来感觉它的存在，对瓦 斯的检测主要靠仪器设备。目前，对瓦斯的测量主要有热催化元件检测法、气敏半导体元件 传感器、光干涉式瓦斯检测法和红外吸收检测方法。在这些方法中由热催化元件和气敏半 导体元件作为传感器，其测量点的温度、湿度和含氧量，及元器件本身的固有缺陷等，都会 使传感器的稳定性变差、测量精度变低；红外吸收方法存在着结构复杂、价格高等不利于大 量推广的缺陷；光干涉式瓦斯检测法，具有测量准确度高、坚固耐用并且高低浓度均可测量 的优点。比如，在基于光干涉式瓦斯检测方面，中国专利91205283. X《智能化光干涉瓦斯 检测仪》，利用微处理器进行数据处理；专利200520033421. 0《便携式智能光干涉甲烷检测 器》，对所用的光源和光路等进行了改进；专利200810195648. 3《光干涉甲烷检测器》，对所 用的光路及气室与外界的联系方法等也进行了改进，但要获得瓦斯浓度数值得通过人眼观 察光干涉条纹等，其操作过程相对复杂、检测速度慢、甚至还会出现不准确的情形。总之，在 现有技术或方法中检测瓦斯浓度时，不能同时实时地测量被测量点的温度和气压，因此，不 能给出真实的瓦斯浓度值，也不能以图形的形式显示瓦斯变化的规律，另外，测量数据与时 间不具有关联性，这些都不利于井下瓦斯的自动化检测和遥测，也不利于组建井下瓦斯网 络测量系统。专利
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服上述现有技术光干涉瓦斯浓度检测方法的缺陷，提供一种基于光干涉瓦斯传感器的操作简单、检测速度快、测量精度高，不但可以检测被测量点的瓦斯浓度，同时还检测被测量点的温度和气压，而且还有利于井下瓦斯的自动化检测和遥测，还有利于组建井下瓦斯网络测量系统的。 本专利技术是通过以下技术方案来实现 —种瓦斯浓度智能测试系统，包括光干涉瓦斯传感器、信号调理电路、模拟开关、 A/D转换器、数据采集和处理模块、数据传输模块与系统电源；所述的数据采集和处理模块 包括微处理器、数据存储器、程序存储器、3-8线译码器、地址锁存器、定闹时钟信号发生器 与微处理器监控电路；其特征是 參它还包括温度传感器、气压传感器与上位计算机；所述上位计算机中安装系统、数据采集和处理软件； 參所述定闹时钟信号发生器是小时定闹模式，并在整点时刻定闹时钟信号发生器产生定闹中断信号； 參所述光干涉瓦斯传感器的干涉条纹信号经信号调理电路、模拟开关和A/D转换器转换并计算后的数据，温度传感器采集到的温度信息经模拟开关和A/D转换器转换后的 数据，及气压传感器采集到的气压数据存储到数据储存器中； 參所述程序存储器中还包含用来控制采集数据和对采集的数据进行计算和存储的数据采集和处理程序。 所述的气压传感器Ull采用数字式气压传感器，该数字式气压传感器的主时钟信号是由外接的振荡电路产生的；所述振荡电路由两片瓷片电容C1和C2、一只晶体CRY1、一个金属膜电阻R4和两个反相器U17与U18组成。两片瓷片电容Cl和C2的一端接地另一端分别与晶体CRY1两端连接，同时，晶体CRY1的两端与电阻R4的两端连接后， 一端接反相器U17的输入端，另一端接反相器U17的输出端，反 相器U17的输出端与反相器U18的输入端连接，反相器U18的输出端接气压传感器Ull的主时钟信号输入端。 所述的瓦斯浓度智能测试系统的光干涉瓦斯传感器，包括光源、聚光镜、气室、背面镀有反射膜的平面镜、折光棱镜、反射棱镜、负透镜、大反射棱镜和光电转换装置，其特征是在光干涉瓦斯传感器气样室的出气管术端与装在外壳体上的堵头之间增设有一个过滤室。 —种瓦斯浓度智能测试方法，采用上述由光干涉瓦斯传感器、信号调理电路、模拟 开关、A/D转换器、数据采集和处理模块、数据传输模块与系统电源；温度传感器、气压传感 器与上位计算机组成的瓦斯浓度智能测试系统；其特征是该瓦斯浓度智能测试方法为 參由光干涉瓦斯传感器、温度传感器和气压传感器测量被测点的瓦斯浓度、温度 和气压三种数据； 參定闹时钟信号发生器的定闹模式为小时定闹； 參微处理器接到定闹时钟信号发生器发出的断信号后，数据采集和处理模块将光干涉瓦斯传感器的干涉条纹信号经信号调理电路、模拟开关和A/D转换器转换的瓦斯浓度 数据，温度传感器采集到的温度信息经模拟开关和A/D转换器转换后的温度数据及气压传 感器采集到的气压数据，及定闹时钟信号发生器产生的年、月、日、时的数据存储到数据储 存器中； 參上位计算机中安装数据采集和处理软件，该软件用于读取数据储存器中瓦斯浓度、温度和气压的数据，及定闹时钟信号发生器产生的年、月、日、时的数据，并由上位计算 机计算和在显示器上显示被测点真实瓦斯浓度值，或显示真实瓦斯浓度值随整点时间变化 曲线； 所述的上位计算机计算被测点真实瓦斯浓度值，其计算数学模型为 101325 r 其中被测点真实的瓦斯浓度为XA，直接测量的瓦斯浓度为Xm、测量点的温度为T， 测量点的大气压力为P。本专利技术，突出的实质性特点是 它利用双光束干涉的方法测量瓦斯浓度，不但可以检测被测量点的瓦斯浓度，同 时还检测被测量点的温度和气压，并以三者进行数据融合，提高计算瓦斯浓度的准确度；在 测量以上数据同时，还记录了年、月、日和整点数据，保证了瓦斯浓度与时间的关联性，能对瓦斯含量进行准确的计算和实时地显示。这些提高了利用计算机平台实时处理数据的能 力，并且可进一步使得在煤矿井下实现瓦斯检测自动化和遥测，有利于组建瓦斯浓度的网 络检测系统。其显著的有益效果是 1、利用计算机强大的软硬件资源，可以进行比较好的数据预处理，同时也可提高 测量的分辨率和准确性； 2、不仅可以对数据进行实时采集，而且可以对采集的数据进行保存、回放、处理和 显示； 3、由于采用了多传感器融合技术，使得对瓦斯浓度的计算更加准确，更加可靠； 4、可以显示真是的瓦斯浓度随整点时间的变化曲线，有利于分析瓦斯浓度的变化 规律； 5、可以进一步实现煤矿井下瓦斯网络测量和监测，从宏观上掌握不同测量点瓦斯 含量的分布情况。附图说明 图1是本专利技术的的总原理框图； 图2是光干涉瓦斯传感器中气样室的出气管与外界之间串联过滤室的结构示意 图； 图3是数据采集和处理模块与光电转换装置、信号调理、A/D转换器、模拟开关、气压传感器和温度传感器连接的电路原理示意图； 图4是数据传输模块和系统电源电路原理示意图； 图5是程序存储器中的数据采集和处理程序流程图； 图6是图5中串行口中断子程序流程图； 图7是图5和图6中的外部中断0子程序流程图； 图8是上位计算机中的数据采集和处理软件的主要功能图； 图9是上位计算机读取数据流程图； 图10是上位计算机校正定闹时钟信号发生器的日期和时间流程图； 图11是上位计算机采集并显示当前值流程图； 图12是上位计算机显示真实的瓦斯浓度随整点时间的变化曲线流程图。 具体实施例方式下面结合附图说明具体实施方式，对本专利技术做进一步详细的说明。 如图1所示，本专利技术的瓦斯浓度智能测试系统。该系统包括光干涉瓦斯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瓦斯浓度智能测试系统，包括光干涉瓦斯传感器、信号调理电路、模拟开关、Ａ／Ｄ转换器、数据采集和处理模块、数据传输模块与系统电源；所述的数据采集和处理模块包括微处理器、数据存储器、程序存储器、３－８线译码器、地址锁存器、定闹时钟信号发生器与微处理器监控电路；其特征是：●它还包括温度传感器、气压传感器与上位计算机；所述上位计算机中安装系统、数据采集和处理软件；●所述定闹时钟信号发生器是小时定闹模式，并在整点时刻定闹时钟信号发生器产生定闹中断信号；●所述光干涉瓦斯传感器的干涉条纹信号经信号调理电路、模拟开关和Ａ／Ｄ转换器转换并计算后的数据，温度传感器采集到的温度信息经模拟开关和Ａ／Ｄ转换器转换后的数据，及气压传感器采集到的气压数据存储到数据储存器中；●所述程序存储器中还包含用来控制采集数据和对采集的数据进行计算和存储的数据采集和处理程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志伟，王忠庆，温廷敦，武志芳，张记龙，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]