煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置，该装置由电源模块、传感模块、信号处理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温控电路和调制电路；传感模块包括ＬＤ、气室和光电探测器；所述存储分析模块包括Ａ／Ｄ转换器、示波器和计算机。该检测装置具有灵敏度高、响应快、动态范围大、不受电磁干扰、耐腐蚀、体积小的特点，可以实现信号的长距离传输和现场实时遥测，该装置传感模块可以放入恶劣环境中进行检测，能够实时检测煤矿瓦斯气体浓度，及时排除煤矿安全生产隐患，在煤矿安全生产中具有重要的意义。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种瓦斯气体光谱吸收检测装置，特别是一种对煤矿井 下瓦斯气体浓度的光谱吸收检测装置，属于检测领域。
技术介绍
在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡人数的50%以上。为了有效的检测井下瓦斯气体浓度，必须设置能在线实时 快速检测瓦斯气体浓度的仪器和设备。瓦斯气体的基本检测方法有气敏传感 法、热催化式传感法、气相色谱法、光学方法等许多种。常见的几种检测方 法不能在线实时检测瓦斯气体的浓度，同时其检测的灵敏度也较低，对煤矿 安全生产事故得不到及时发现，从而造成生产的安全隐患。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对现有煤矿瓦斯气体浓度检测技 术的不足，提供一种灵敏度较高，在线实时检测的煤矿瓦斯气体浓度光谱吸 收检测装置。为解决上述技术问题，本技术釆用的技术方案是 一种煤矿瓦斯 气体浓度光谱吸收检测装置，其特征在于由电源模块、传感模块、信号处 理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温控电路和调制电路，所述稳流电路、温控电路和调制电路分别连接驱动电路；所述传感模块包括LD、气室和光电探测器，LD的输出通过气室传送 到光电探测器输入端；所述信号处理模块包括放大电路、滤波电路、多功能信号发生器、多点信号平均器和选频放大电路，所述放大电路输出端连 接滤波电路，所述滤波电路输出端连接多点信号平均器，所述多功能信号 发生器输出端连接多点信号平均器，所述多点信号平均器输出端连接选频放大电路；所述存储分析模块包括A/D转换器、示波器和计算机，A/D转 换器输出端连接示波器，所述示波器输出端连接计算机；所述驱动电路输出端连接LD,所述光电探测器输出端连接放大电路，所述选频放大电路输出端连接A/D转换器。所述放大电路由电阻R1、 R2、 R3、电容C1和运算放大器LM358组成；电阻R1、 R2和运算放大器LM358组成一个有源放大电路，电阻R3为平衡电阻，电容C1完成输入信号的高频滤波。所述气室右侧上端设置有进气孔，所述气室左侧下端设置有出气孔。 所述气室长60，，内径为3，。本技术和现有技术相比具有以下优点该检测装置具有灵敏度高、响应快、动态范围大、不受电磁干扰、耐腐 蚀、体积小、可以实现信号的长距离传输和现场实时遥测、传感器可以放入 恶劣环境(如有毒，高温气体)中，实时检测煤矿瓦斯气体浓度，及时排除煤 矿安全生产隐患，在煤矿安全生产中具有重要的意义。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图i为本技术结构框图2为本技术气室的结构示意图3为本技术放大电路的电路图4为本技术基于同步积分器的滤波电路的电路图5为本技术选频放大电路的电路附图标记说明l一调制电路；4一驱动电路；7—光电探测器；IO—选频放大电路;2 —温控电路； 5—LD; 8—滤波电路； 11一A/D转换器;3—稳流电路； 6—气室；9一多点信号平均器: 12 —示波器；13—计算机； H —多功能信号发生15—放大电路；器；16—出气孔； 17—光源； 18 —进气孔；20—电源模块； 21—传感模块； 22—信号处理模块；23—存储分析模块；具体实施方式如图l所示，煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置包括电源模块20、 传感模块21、信号处理模块22和存储分析模块23;所述电源模块20包 括驱动电路4、稳流电路3、温控电路2和调制电路1，所述稳流电路3、 温控电路2和调制电路1分别连接驱动电路4;所述传感模块21包括LD5、 气室6和光电探测器7， LD5的输出通过气室6传送到光电探测器7输入 端；所述信号处理模块22包括放大电路15、滤波电路8、多功能信号发 生器14、多点信号平均器9和选频放大电路10,所述放大电路15输出端 连接滤波电路8，所述滤波电路8输出端连接多点信号平均器9,所述多 功能信号发生器14输出端连接多点信号平均器9，所述多点信号平均器9 输出端连接选频放大电路10;所述存储分析模块23包括A/D转换器11、 示波器12和计算机13, A/D转换器11输出端连接示波器12，所述示波 器12输出端连接计算机13;所述驱动电路4输出端连接LD5，所述光电 探测器7输出端连接放大电路10,所述选频放大电路IO输出端连接A/D 转换器11。电源的型号为VITC002 (包括稳流电路3、温控电路2、调制电路l和 驱动电路4)。所述LD5选用的是杭州海洋科技有限公司销售的半导体激光器组件，包 括一个单模双异质结半导体激光二极管LD5和一块驱动电源，LD5型号为 VCT1654，工作波长为1.654/^，具有温控功能，表l给出了其性能参数。5表1 VCT1654型LD5性能参数额定功率(w『)_0.48 单模抑制比(必) 30光谱宽度(臓) <3 电流调谐系数()0.7阈值电流() <5.5 温度调谐系数(，广C ) o.ii调制电流(^ ) 0.49-4.66工作温度("C ) 0-50额定功率下正向电压(r)<2.0 模拟带宽(似他) 30如图2所示，本技术气室6右侧上端设置有进气孔18,左侧的下端 设置有出气孔16,光源17从气室6左侧射入，右侧射出。考虑到易加工性 和灵敏度需要，本系统设计了长60，的测量气室6，内径为3，，气室材料 由95#玻璃制成。通过计算，该气室的容积为「 = ^(3/2)2><6(^424.115^。为 了使光得到充分的吸收和设备的方便性，气室6长度选择60，，从而得到较 大光强变化，便于后续的检测分析。图3为放大电路15，釆用LM358运算放大器，电阻R1， R2和运算放大 器LM358组成一个有源放大电路，电阻R3为平衡电阻，电容Cl完成对输 入信号的高频滤波。放大电路15输出信号V。-(l+R2/Rl)Vi,起到对信号Vi 的滤波和放大作用。图4为本技术选用的同步积分器电路，电路中输入信号先要经过低 通滤波器进行预处理，然后通过8个通道的RC积分电路，由模拟开关 MAX307顺序选通这8个通路，设有用信号频率为/，则参考方波信号频率 为V,经过移相后再分频，得到三种频率/,2/和4,的方波信号来控制 MAX307的选通门。最后经过OP177组成的电压跟随器和带通滤波器，将会 输出与有用信号成正比的正弦信号，噪声被极大程度地压制。多点信号平均器是一种信号处理装置，能从较强的干扰和噪声中提取信 号，依据时域特性的取样平均来改善信噪比，复现被噪声淹没的信号波形。 它适用于重复信号的波形复现，在信号出现以后依次取多个信号样品，并按 固定频率重复取样。把每一个周期的许多取样信号，依次一一对应相加求平 均，从而有效地改善了信噪比，对于多点信号平均器，可以由数字存储器或6模拟存储器来实现求和平均，原理相同。多点信号平均器的取样点的多少， 与要求复现的波形精度有关，取样点越多，复现波形越精确。具体要釆样多 少点数，应根据要求复现的波形精度，成本及技术的可能性来决定。目前釆 用数字存储器的多点信号平均器，通常选用120个取样点。本设备釆用模拟 存储器，优点是直观形象，成本低廉。图5所示选频放大电路中，输入信号Vm经过由Rp R2和Po组成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿瓦斯气体浓度光谱吸收检测装置，其特征在于由电源模块、传感模块、信号处理模块和存储分析模块组成；所述电源模块包括驱动电路、稳流电路、温控电路和调制电路，所述稳流电路、温控电路和调制电路分别连接驱动电路；所述传感模块包括ＬＤ、气室和光电探测器，ＬＤ的输出通过气室传送到光电探测器输入端；所述信号处理模块包括放大电路、滤波电路、多功能信号发生器、多点信号平均器和选频放大电路，所述放大电路输出端连接滤波电路，所述滤波电路输出端连接多点信号平均器，所述多功能信号发生器输出端连接多点信号平均器，所述多点信号平均器输出端连接选频放大电路；所述存储分析模块包括Ａ／Ｄ转换器、示波器和计算机，Ａ／Ｄ转换器输出端连接示波器，所述示波器输出端连接计算机；所述驱动电路输出端连接ＬＤ，所述光电探测器输出端连接放大电路，所述选频放大电路输出端连接Ａ／Ｄ转换器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓冰，田丰，李国民，武风波，吕光杰，汪仁，张辉，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：实用新型
国别省市：87[]