矿用光纤瓦斯监测转换装置制造方法及图纸

一种矿用光纤瓦斯监测转换装置，它包括ＤＦＢ光源和光纤传感探头以及连接二者的光路组件，其特征是所述的光源由锯齿波电路驱动，所述光路组件包括分路器以及与分路器连接的探测光路组件和参考光路组件，所述探测光路组件将光纤传感探头返回的光信号输入到光电转换电路，所述光电转换电路将光信号转换成模拟电压信号输入到ＡＤ转换电路，其特征是所述ＡＤ转换电路输出数字信号到微处理器信号处理电路，本技术方案主要用于煤矿瓦斯检测。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种矿井瓦斯浓度监测装置,尤其是涉及-种矿用光纤瓦斯检测装置。
技术介绍
近年来，井下瓦斯突出、爆炸事件是矿井事故的主要原因之一，为了保障矿工生命和国 家财产安全，改善矿井生产条件，我国耗费巨资装配了大量的瓦斯检测装置，为防止瓦斯爆 炸、确保人身安全起到了一定的保障作用。出现在20世纪80年代的光纤气体检测技术是一种新型气体检测方法，它具有其它瓦斯 检测方法不可比拟的优势。它具有测量精度高、测量范围大、传输距离远、抗电磁干扰能力 强、气体选择性好和使用寿命长等优点。但是由于种种原因真正用到煤矿等环境中的瓦斯光 纤传感器装置几乎没有。其中专利矿用瓦斯远程光纤激光检测仪(申请号200810015614.1〉 给出了一种采用锯齿波调制技术实现具有自参考功能的矿用瓦斯远程光纤激光检测仪，该实 用新型釆用参考光路消除了光路传输等影响，同时还通过自身参考消除了差分方式等方法存 在的不完全对称造成的零点漂移等问题，提高了仪器的抗温度和电路干扰能力。但是该远程 检测仪只能与PC机配合实现瓦斯的远程监测，并且没有标准的瓦斯浓度输出接口，不能与煤 矿现有设备进行配套使用，由于上述原因使其在矿井等领域大范围推广使用受到较大限制。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术给出了一种瓦斯监测转换装置方案，与上述专利技术的 区别是本技术不使用计算机而采用微处理器进行数据采集处理，实现瓦斯浓度信号的检 测，增加了瓦斯浓度标准输出接口，方便了与矿上现有控制设备等的关联使用。此外，本实 用新型所使用的恒流源驱动电路是由微处理器通过数字方式产生的，提高了光源驱动的精度 和抗干扰能力，从而提高了整个系统的抗干扰能力；本技术的光源温度控制电路采用专 门的温度控制芯片，提高光源波长控制的精度，从而提高了系统的精度和稳定性。本方案是通过如下技术措施来实现的它包括DFB光源和光纤传感探头以及连接二者的 光路组件，其特征是所述的光源由锯齿波电路驱动，所述光路组件包括分路器以及与分路器 连接的探测光路组件和参考光路组件，所述探测光路组件将光纤传感探头返回的光信号输入 到光电转换电路，所述光电转换电路将光信号转换成模拟电压信号输入到AD转换电路，其特 征是所述AD转换电路输出数字信号到微处理器信号处理电路； .所述探测光路组件包括输入端与分路器连接的第一 2X2耦合器、第二 2X2耦合器和第3三2X2耦合器，第一耦合器的输出端通过一段较长的光纤和第一瓦斯传感探头的光信号输入 端相连，第一耦合器的反射端和光电探测电路的输入端第一光电操测器连接。第二和第三2 X2耦合器的输出端分别与第二和第三瓦斯传感探头连接，反射端分别与光电探测电路的第二 光电探测器和第三光电探测器连接。所述参考光路组件包括一个输入端与分路器连接的第四2X2耦合器，第四2X2耦合^ 的一个输出端通过光纤接入到参考气室，所述参考气室通过光纤输出光信号至第四光电探测 器，第四2X2耦合器的另二输出端与第五光电探测器连接。所述的微处理器信号处理电路通过微处理器实现了信号的采集、处理和浓度信号转换、 输出等功能。与所述微处理器信号处理电路连接的还有输出显示和按键输入电路，电源电路。其中数 据显示电路主要是LCD显示电路用以显示瓦斯浓度和装置本身的状态；按键输入电路用以控 制显示电路所显示的内容，实现装置的浓度显示和参数设置等功能。与所述微处理器信号处理电路连接的有模拟信号输出电路。所述的微处理器信号处理电 路经过模拟信号输出电路把转换装置所得到的瓦斯浓度信号转换为4-20mA电流信号或者 200-1000HZ的频率信号进行输出。与所述微处理器信号处理电路通过数据输出电路连接有声光报警和LED显示。所述的微 处理器信号处理电路通过数据输出电路把所得到的瓦斯浓度信号经过光缆传送到瓦斯传感探 头的声光报警和LED显示单元，由其根据设定值进行报警和浓度显示。所述微处理器信号处理电路控制光源驱动电路产生恒流源驱动DFB光源发光。所述微处 理器信号处理电路通过自身的DA产生一定的模拟信号控制锯齿波恒流源电路产生恒流源驱 动DFB光源发光；其中锯齿波的频率和信号大小由微处理器信号处理电路控制。所述的DFB温度控制电路控制DFB激光器的波长。通过专用温度控制芯片(ADN8S30、 LTC1923等)控制光源的波长使其固定在瓦斯气体的吸收峰所在的波长。所述的电源电路为其他电路单元供电。整个装置由正负12V的开关电源供电，各电路单 元之间通过电路板上的电源线连接为其提供电能。装置工作时首先由光源驱动电路(包括光源驱动电路和光源温度控制电路)驱动光源产 生指定波长的光，光源发出的光经光路到达传感装置和参考气室，然后带有浓度信号的光信 号又返回到光电转换电路，经过光电转换后光信号转换为相应的模拟电压信号，该电压信号 经过AD转换电路把模拟电压信号转换为微处理器能够识别的数字信号，该数字信号经过微 处理器数字处理电路根据Beer-Lambert定律，计算可得出现场的瓦斯浓度信号。该浓度信号通过数据输出电路传送到传感装置进行显示或声光报警，通过模拟信号输出电路转换为 4-20mA的电流信号或者200-1000HZ的频率信号进行浓度输出，该浓度信号还通过数字显示 电路进行浓度信号显示。按键电路可对主机进行设置，实现数字显示电路在浓度显示，各通 道电压值显示及主机参数设置等之间的转换。本技术所述的矿用瓦斯光纤检测装置充分发挥光纤测量技术的优势，将光学和电子两 部分技术有机结合，使得本技术具有如下优势。1、 由于采用单片微计算机对数据进行采集处理，实现了瓦斯浓度的显示和声光报警功能， 使装置的智能化程度提高，同时降低了仪器的制造成本；2、 装置配有浓度信号输出的标准接口，即每个传感器配有一个200~1000HZ的频率型输出 接口、 一个4一20mA的电流输出接口和一个数字RS232/RS485接口，揭高了该装置与其 他矿用设备的兼容性，有利于利用现有设备实现风机闭锁、瓦斯断电等智能化控制功能；3、 该光纤检测装置还增加了现场显示和报警功能，井下出现瓦斯突出等危险情况时，井下工 人可以更方便看到报警信息；4、 本技术采用数字驱动和专用温度控制芯片控制光源的温度，提高了系统的测量精度和 稳定性，图3给出了某个装置一个光纤传感探头的一组典型测量值。附图说明图1瓦斯转换装置结构框图图2装置光路图，其中，1—光源、2—分路器、3—第一耦合器、4~第一光缆，5—第一 传感探头，6-第二耦合器，7—第二光缆，8—第二传感探头，9一第三耦合器，10~第三光缆， 11—第三传感探头，12—第四耦合器，13—参考气室，PD1—第一探测器，PD2—第二探测器， PD3—第三探测器，PD4—第四探测器，PD5—第五探测器。图3瓦斯典型测量值；图4瓦斯浓度和测量电压关系图；图5微处理器信号处理电路； 图6光源驱动和温度控制电路；图7光电转换和AD转换电路；图8模拟信号输出电路；图 9数字信号输出电路；图10数据输出电路；图ll数据显示电路；图12按键输入电路；具体实施方案现结合附图对本技术的具体实施方案做如下详述作为一个具体例子，以下给出了实现该技术的一个具体实例，即光纤瓦斯转换装置。如原理框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿用光纤瓦斯监测转换装置，它包括ＤＦＢ光源和光纤传感探头以及连接二者的光路组件，其特征是所述的光源由锯齿波电路驱动，所述光路组件包括分路器以及与分路器连接的探测光路组件和参考光路组件，所述探测光路组件将光纤传感探头返回的光信号输入到光电转换电路，所述光电转换电路将光信号转换成模拟电压信号输入到ＡＤ转换电路，其特征是所述ＡＤ转换电路输出数字信号到微处理器信号处理电路；　所述探测光路组件包括输入端与分路器连接的第一２×２耦合器、第二２×２耦合器和第三２×２耦合器，第一耦 合器的输出端通过一段较长的光纤和第一瓦斯传感探头的光信号输入端相连，第一耦合器的反射端和光电探测电路的输入端第一光电探测器连接；第二和第三２×２耦合器的输出端分别与第二和第三瓦斯传感探头连接，反射端分别与光电探测电路的第二光电探测器和第三光电探测器连接；　所述参考光路组件包括一个输入端与分路器连接的第四２×２耦合器，第四２×２耦合器的一个输出端通过光纤接入到参考气室，所述参考气室通过光纤输出光信号至第四光电探测器，第四２×２耦合器的另一输出端与第五光电探测器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘统玉，王哲，李艳芳，魏玉宾，赵燕杰，尚盈，周忠，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]