專利名稱：激光瓦斯監控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用光學手段測試的系統，也涉及礦井信號裝置，進一步而言，屬于采用激光對煤礦瓦斯進行監控的系統。
背景技術：
瓦斯是煤礦中產生的氣體，其主要成分是甲烷。濃度在爆炸極限內的瓦斯遇明火即發生爆炸，對礦工生命威脅極大。因此對瓦斯的監測是礦井的重要工作。目前已廣泛應用的瓦斯檢測和控制系統是采用傳統的電化學方式進性瓦斯濃度的檢測，傳統電化學方式存在以下缺點①需要定期對傳感器進行校正，且校正繁瑣；②檢測速度低30秒左右；③檢測精度低，只能檢測20×106左右；④檢測距離僅1km；⑤使用壽命低；⑥抗干擾能力差。
光學氣體傳感器是后出現的一種新型傳感器，它主要指利用介質對光吸收而使光產生衰減以及由于不同光路的光干涉而產生干涉條紋等特性制成的光纖氣體傳感器。光纖用于氣體傳感有著其它傳感器不可比擬的優勢①便于復用，便于成網；②抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕，適合于測量可燃易爆氣體或工作于易燃以及強電磁干擾環境下測量；③傳感單元結構簡單，穩定可靠；④重量輕、體積小、外形可變；⑤靈敏度高。
光吸收瓦斯氣體傳感器除了具備上述光學氣體傳感器所具有的優點外，還具有光路簡單，可對瓦斯氣體濃度、成分進行精確測量以及可同時對其它氣體的成分、濃度進行檢測等特點，從而彌補了光干涉法不能對氣體的具體成分進行測量分析的缺點。200610044428.1號專利申請就公開了一種“煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點監測系統”。現階段光吸收瓦斯氣體檢測方法是利用瓦斯氣體的光譜吸收來檢測氣體濃度，由于不同氣體的吸收譜線具有不同的特征，所以它們在一定程度上還可以從混合氣體中區分出不同的氣體以及這種氣體在混合氣體中的體積比。但還存在著光路復雜、光源不穩定及光電器件零點漂移影響測量精度等缺陷。
發明內容
本發明針對傳統產品的上述缺點，主要解決傳感器的校正、檢測速度、精度、距離、使用壽命等問題，提供了一種激光瓦斯監控系統。
本發明的激光瓦斯監控系統采用激光對瓦斯濃度進行監控，采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸；該系統包括激光發射器、光開關、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監控計算機(即CPU處理器)、光電轉換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開關、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監控計算機則連接到光開關和光電探測器；整個激光瓦斯監控系統分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監控計算機、PIN光電探測器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監測點，每個監測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關和光電探測器；整個過程采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸。
本發明的激光瓦斯監控系統的工作原理是由激光發生器產生的激光經光開關送至各路瓦斯探頭，探頭檢測到的光信號經過光耦合器和光電轉換送出電信號，把電信號進行放大為標準信號送給A/D轉換，得到數字信號，并送CPU進行處理；同時CPU送出控制信號到光開關，實現對激光檢測系統的控制；當瓦斯濃度達到設定值時，系統立即通過CAN(工業現場總線的一種規格)向井下的報警器發出報警信號，井下即進行聲光報警。
發明人指出1650nm波長的激光具有只對瓦斯氣體的高靈敏度，因此采用1650nm波長的激光通過礦井下的氣體場對瓦斯濃度進行監控可以檢測出瓦斯的微小變化，可以提高監測靈敏度和檢測范圍。
發明人還指出，采用CAN(控制局部區域網絡，工業現場總線的一種規格)總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸，可以提高檢測距離和傳輸速度；上位機應用VB(一種計算機軟件開發語言及環境)做界面，經過USBCAN設備把USB通信協議轉換為相應CAN通信協議，然后送入光纖轉換器，實現了與LPC2294進行雙向通信。采用該通信方式，較傳統的監控系統，在速度方面有明顯的提高，可以高達1Mbps，同時傳輸距離也相應的增加，直接傳輸距離可以達到5km。采用光纖傳輸，改善了環境惡劣的井底的安全狀況。
本發明提供的激光瓦斯監控系統由于引入了嵌入式實時系統，實現了瓦斯檢測和控制的實時性，將光纖應用到CAN總線中，解決了遠距離傳輸的難題，具有極強的抗電磁干擾性能；可見該系統具有以下優點對瓦斯檢測靈敏度高、響應時間快速、使用壽命超長、探測距離長、維護費用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監測。
以下附圖用以更清楚地說明本發明的激光瓦斯監控系統圖1為系統工作原理圖；圖2為采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸示意圖；圖3為瓦斯監控儀的結構示意圖；圖4為系統工作示意圖；圖5為井下部分監測示意圖。
具體實施例方式
在某礦井井下根據瓦斯監測的實際需要安裝若干瓦斯氣體檢測探頭、8位單片微控制器控制的控制器，該控制器包括光開關控制及光電檢測電路，礦井井上部分安裝激光發射器、PIN光電探測器和計算機，井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監測點，每個監測點又安裝有微處理器、光開關、光藕合器、光電探測器；系統的激光器、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接，并用光纖和電路將上述設備連接起來，其中控制器用RS232(計算機接口的一種標準)接口連接到計算機；監控計算機則連接到光開關和光電探測器；整個過程采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸。
工作程序是用1650nm波長激光器發射激光并使用光纖傳輸到井下，通過PC控制的光開關進行光路切換進入指定瓦斯氣體檢測點，再通過另一組光開關將激光信號送井上的PIN光電探測器，送計算機內的AD轉換卡進行數據采集，在計算機界面上顯示井下某點的瓦斯濃度，在計算機中使用VB開發控制程序完成瓦斯濃度檢測和顯示；通過電路實現報警和設備控制當瓦斯濃度達到設定值時，系統立即通過RS-485向井下的報警器發出報警信號，井下即進行聲光報警。
權利要求
1一種激光瓦斯監控系統，含有探頭、監測器、報警器，其特征在于該系統采用激光對瓦斯濃度進行監控，采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸；系統包括激光發射器、光開關、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監控計算機、光電轉換器以及連接的光纖和電路，激光器、光開關、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監控計算機則連接到光開關和光電探測器；整個系統分為井上和井下兩部分，井上部分安裝有監控計算機、PIN光電探測器和激光器；井下部分則分布若干的瓦斯探頭和監測點，每個監測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關和光電探測器。
2如權利要求1所述的激光瓦斯監控系統，其特征在于系統的工作原理是由激光發生器產生的激光經光開關送至各路瓦斯探頭，探頭檢測到的數據經過光耦合器和光電轉換送出電信號，把電信號進行放大為標準信號送給A/D轉換，得到數字信號，并送CPU進行處理；同時CPU送出控制信號到光開關，實現對激光檢測系統的控制；當瓦斯濃度達到設定值時，系統立即向井下發出報警信號，井下的報警器即進行聲光報警。
3如權利要求1所述的激光瓦斯監控系統，其特征在于所用的激光是1650nm波長的激光。
全文摘要
本發明公開了一種激光瓦斯監控系統，采用激光對瓦斯濃度進行監控，采用CAN總線協議通過光纖進行激光和數據的傳輸；系統包括激光發射器、光開關、瓦斯探頭、光耦合器、光電探測器、監控計算機、光電轉換器以及連接的光纖和電路；激光器、光開關、瓦斯探頭、光藕合器和光電探測器依次用光纖連接；監控計算機則連接到光開關和光電探測器；系統井上部分安裝有監控計算機、光電探測器和激光器；井下部分則分布若干瓦斯探頭和監測點，每個監測點又安裝有微處理器、光藕合器、光開關和光電探測器。該系統實現了瓦斯檢測和控制的實時性，具有以下優點檢測靈敏度高、響應時間快速、使用壽命超長、探測距離長、維護費用極低。適用于煤礦礦井瓦斯的監測。
文檔編號G05B15/00GK1963462SQ20061005127
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月10日 優先權日2006年11月10日
發明者李捍東, 郭汝華, 張發斌, 何一兵, 陳璇 申請人:貴州大學, 貴州東方網絡有限公司, 貴州昕春科技貿易有限公司