专利名称：多探头可燃气体在线智能检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种多探头可燃气体(包括甲烷)在线智能检测仪，它属 于电子和单片微机应用技术领域，它可在线智能检测煤矿井下甲烷浓度。
技术背景 我国煤矿很多，常有事故发生。其主要原因之一是煤矿井下甲烷在线检 测设备没有达到应有的技术水平。例如，我国绝大数煤矿含有硫化物，它可与水汽形成酸，侵 蚀甲烷检测元件，、使其参数发生变化，若不及时调整，检测误差会越来越大。为了减小检测 误差，现有常用甲烷在线检测设备，需定期(例如每5天一次)将它从煤矿井下拿到地面， 人工调整放大电路中与可燃气体检测元件(简称检测元件)之零点和灵敏度相关的参数，然 后再安装到煤矿井下检测处，不仅费时费事，而且对煤矿安全生产不利。
针对上述情况，本实用新型的微处理器内含可自动调整参数程序，程序运行时，它可定 期自动调整(例如每3天一次)与检测元件之零点和灵敏度相关的参数，可克服现有常用甲 烷在线检测设备的上述弊端。
发明内容本实用新型由多探头检测�？�(简称检测�？�)、红外光敏接收电路、高 性能微处理器(简称"HliP")、显示器、信号输出电路、电源转换�？�、检测�？楣┑缈刂� 电路(简称供电控制电路)、外接插座、防尘网和外壳组成。检测�？榭捎�2至6个检测单 元和2至6个程序可控电动气阀组成，各检测单元可以是1只可燃气体检测元件，它也可由
可燃气体检测元件与精密放大电路构成。各检测单元的输出和红外光敏接收电路的输出接"H JUP"的输入，"HjaP"的输出接显示器、供电控制电路和信号输出电路的输入端。显示器可 由2至6个LED数码管及其适配电路组成，也可由LCD数显屏或液晶点阵显示屏及其适配电 路组成；信号输出电路的功能是实现V/f或V/i转换，其输出接外接插座的信号输入端，外 接插座的电源输出端接电源转换�？榈氖淙耄缭醋荒？榈氖涑鼋�"HjaP"、显示器、信 号输出电路和供电控制电路的电源输入端，供电控制电路的输出接检测�？榈牡缭词淙攵�。
本实用新型的"HHP"内含固化软件，其程序可通过供电控制电路控制电动气闽处于开 启或封闭状态，并可控制各可燃气体检测元件上电压之高低，其变化在0至3.6V范围内。而 且"HjiP"内含可自动调整检测参数的程序，即其程序运行时，它可自动调整与可燃气体检 测元件之零点和灵敏度相关的参数。
本实用新型的"H Ji P"可选用"含2至8个输入端和1个输出端"的多路模拟开关、10bit 至24bit A/D转换器、10bit至18bit D/A转换器、程序存贮器和数据存贮器"的单片微机。 "HjLiP"内固化软件之程序运行时，可定期自动调整(例如每3天一次)与检测元件之零点 和灵敏度相关的参数，使本实用新型不需要人工调参数，可持续使用200天以上。而且本 实用新型可用2至6个检测元件实时检测同一甲烷浓度，将其数据送给"HjiP",自动智能 分析并确认甲烷浓度实时值，大幅度提高了检测数据的可信度。
由于本实用新型不需要人工拆装/调参数，可持续使用200天以上，可大幅度减少人工 调参数工作量；而且它可用多个探头检测同一实时甲烷浓度，大幅度提高了检测数据的可信 度，因此在煤矿应用本实用新型，对提高煤矿安全生产率具有重要意义。 附图i兌明
以下结合附图和实施实例对本实用新型进一步说明。 图l是本实用新型的可实施原理框图之一。图l中"CSM"代表检测模块，"HnP"代表高性能微处理器，"DP"代表显示器，"LR"代表红外光敏接收电路，"0C"代表信号输出电
路，"JC"代表外接插座，"PM"代表电源转换�？椋�"SC"代表检测模块的供电控制电路。 图2是图4中"ESi"的一种可实施的电路原理图之一，图中IC2可选用光控M0S器件。 图3是图4中"PAi"的一种可实施的电路原理图之一，它是一种精密差动放大电路，其
中A3需选用精密运放器件，ra和rb分别代表甲烷检测元件内之"黑元件"的等效电阻和"白元
件"的等效电阻。此电路的原理，可在公开的技术资料中査到。
图4是
图1中"CSM"和"SC"的一种可实施原理框图之一，其中"SC"由ESi、"ES2"、 "ES3"
和"ES4"组成。关于"ESi，，,已在前面说明。"ES2'，、"ES3"和"ES4"的实施电路可与"ESi"
的实施电路相同。
图4中"GVa"代表�？绱牌В�"GVb"代表常闭电磁气阀，它们左侧的虛点线代表防 尘网，与虛点线相连的粗线框表示封闭。图中"GSi"、 "GS2"、 "GS3"和"GS4"分别代表1#、 2#、 3#和4#甲烷检测元件或其他可燃气体检测元件。当"GVa"通电时，它关闭，"GSi"和"GS2" 处于封闭状态，外界气体不能与"GSi"或"GS2"接触，或者说，仅当"GVa"未通电时，"GVa" 才开启，外界气体才能与"GSi"或"GS2"接触；而"GVb"则反之，即当"GVb，'未通电时，它 关闭，"GS3"和"GS4"处于封闭状态，外界气体不能与"GS3"或"GS4"接触，仅当"GVa" 通电时，"GVa"才开启，外界气体才能与"GS3"或"GSV'接触。图中的"PAi"已在前面说 明，"PA2"、 "PA3"和"PA4"的实施电路可与"PAi"的实施电路相同。
图5描述了图1中"HpP"和"DP" —种可实施的电路原理，其中IC5是高性能微处理 器，它内含多路模拟开关、精密A/D转换器、精密D/A转换器、程序存贮器和数据存贮器的 单片微机。图中IC6是带数据锁存功能的BCD码—七段码转换器件，C51、 C53、 C55和C61 代表独石电容器，C52和C54代表铝电解电容器，C56和C57代表瓷片电容器；CR代表石英 谐振器，L51和L52代表电感器，R50至R67代表电阻器，So代表Reset按钮，npl、 np2、 np3 和叩4代表共阴极LED数码管的阴极。图5还描述了 IC5与"LR"及"OC"的连接，"LR" 可选用巿场上出售的红外光敏接收�？椋�"OC"可选用以AD654为核心的V —f转换电路， AD654器件资料中有详细技术说明。此外，电源转换模块"PM"，可选购"AC/DC"或"DC/DC" �？椋缪」�"12-24VDC —2. 8VDC/0. 6A、 5Vdc/0, 5A和12Vdc/1A"的"DC/DC" �？椋� 和"H^P"之程序运行及报警指示灯等原理电路，皆可在公用的技术资料中查到，无需赘述。
具体实施方式
下面进一步说明本实用新型的一种具体实施方式
。 图2中IC2可选用AQV101,它是一种光控MOS器件，其输出侧关断耐压〉30V,导通等效 电阻<0. 4Q。图2中R21可选220Q/0. 125W金属膜电阻器，当IC2的光控输入端"脚1"为 低电平时，IC2的内部输入侧之发光二极管不发光，其输出侧关断，即IC2的电源输入端"脚 4"与电源输出端"脚6"相当于开路；当IC2的光控端"脚1"为髙电平时，IC2的内部输 入侧之发光二极管的电流可达10mA,它发光，使IC2的输出侧导通，即IC2的"脚4"与《脚 6"接近短路(等效电阻〈0.4Q)。
图3中以ra和rb为等效电阻的检测元件可选用煤矿用甲烷检测载体催化元件 MJC4,+VGS可选2.8V 。图中A3可选用OPA735,它是单电源供电的精密运放器件，其输入失 调电压《5pV,温漂《0. 05yV/X:,输入偏置电流《0. 3nA ，开环增益》115dB。图中C31可 选用l)uF独石电容器，R31可选用2kQ/0. 25w/0. W/5ppm/lC的精密金属膜电阻器，R32可 选用lOOkD/0. 25w/0. l'/。/5ppm〃C的精密金属膜电阻器，R33可选用2kQ/0. 125WAW金属膜电阻器，R34可选用lkQ/0.25w/0. P/i/5ppm广C的精密金属膜电阻器，Rw可选用温度系数《 5ppra TC的2kQ 10圈电位器。
图4中"PAi"、 'TA2"、 "PA3"和"PA4" 的输出分别接图5中IC5的模拟输入端AIN1、 A皿、AIN3和AIN4。
图5中"+Vdd"可接+5V电源，C51可选用6. 8uF独石电容器，C52和C54可选用100 m F/10V铝电解电容器，C53、 C55和C61可选用l)aF独石电容器，C56和C57可选用15pF瓷 片电容器；CR可选用12MHz石英谐振器，L51和L52可选用68/j H电感器，R50可选用30k Q/0. 0625W/5y。金属膜电阻器，R51至R67可选用39OQ/0. 0625W/5。/。金属膜电阻器，IC5可选 用MSC1212Y5 (它是高性能微处理器，详见其器件资料)，编写恰当软件，将其固化在 MSC1212Y5中。图中IC6可选用CD4511, LED数码管可选用5101AS,此器件可查到相关详细 技术说明。
在上述基础上，当固化在"HHP"中软件运行时，本实用新型可自动以下列各模式工作
Ml模式本实用新型接通电源后，固化在"H(aP"中软件自动运行，进入M1工作摸式， 即"HlilP"的I/O 口 P3.7输出并保持低电平，"ES3"关断，检测元件"GS3"和"GS4"没 有电压，而且"HliP"的I/C) 口 P3.5也输出并保持低电平，"ES2"关断，常闭电磁气阀"GVb" 关闭，"GS3"和"GS4"处于封闭状态，"GS3"和"GS4"不能与外界气体接触，即"GS3"和 "GS4"处于休眠状态。从"GS3"和"GS4"进入休眠状态之时起，"HjiP"内部定时器之一 (设其为"DVT")开始计时，在DVT计时之累计值未达到额定值RT之前，"H y P"的I/O 口 P3.4输出并保持低电平，"ESl"关断，�？绱牌�"G'Va"开启，"GSi"和"GS2"与 外界气体接触，而且"HjJP"的1/0 口 P3.6输出并保持高电平，"ES4"导通，给"GSi"和 "GS2"加电压，即"GSl"和"GS2"处于工作状态，它们随甲烷浓度变化的输出信号，分 别经过"PAi，'和"PA2"放大后送给"HHP",经A/D转换、数字滤波和纠正偏差(零点偏差 和灵敏度偏差)等运算处理后，获得"GSl"和"GS2"检测的两个数据(设其为DN1和DN2), 将二者进行比对，若二者的相对误差^允许值AE (例如AE-3",则取二者的平均值作为甲 烷浓度检测确认值，经D/A转换后从VDACO 口输出给"OC"，并继续以Ml模式工作。若DNl 和DN2的相对误差〉AE ,则进入M2工作模式。
M2模式按M2模式工作时，"HyP"的I/O 口 P3.7输出并保持高电平，"ES3"导通， 给"GS3"和"GS4"加电压，同时"HmP"的I/O 口 P3.5也输出并保持高电平，"ES2" 导 通，常闭电磁气阀"GVb"开启，"GS3"和"GS4"与外界气体接触，二者进入工作状态。它 们随甲烷浓度变化的输出信号，分别经过"PA3"和"PA4"放大后送给"HjiP",再经过 A/D转换、数字滤波和纠偏等运算处理后，"HiaP"获得"GS3"和"GS4"检测的两个相应 数据(设其为DN3和DN4)。然后将DN3、 DN4与DNl、 DN2进行"两两"比对运算，取"相 对误差《AE"的数据之平均值，作为曱烷浓度检测确认值，经D/A转换后从VDACO 口输出给 信号输出电路。而且"HJJP"自动找出并记录"GSi"和"GS2"检测数据连续出现异常(相对 误差〉AE)之次数，设其为EN1(与"GSl"检测数据连续出现异常之次数对应)和EN2(与"GS2" 检测数据连续出现异常之次数对应)。若在EN1和EN2超出允许值AN(例如AN-5)之前，"GSi" 和"GS2"检测数据恢复正常(相对误差《AE),则"H|UP"的I/0口P3.5和P3.7都输出并保 持低电平，"GS3"或"GS4"再进入休眠状态；而且"HnP"的I/O 口 P3.4和P3.6的输出 分别保持低电平和高电平，本实用新型仍以Ml模式工作。M3模式若"DVT"自动计时累计超过额定值RT (例如RT=72小时)或EN1与EN2之一 超出AN，则本实用新型按M3模式工作，自动调整与检测元件之零点和灵敏度相关的参数， 即自动进行下述操作
M3. 1搡作"HJUP"的I/O 口 P3.4禾口 P3.6分别输出并保持低电平和高电平，检测元 件"GSl"和"GS2"继续处于检测工作状态，同时P3.5和P3.7皆输出并保持高电平，检测 元件"GS3"和"GS4"也进入工作状态。
M3.2操作:M3. 1操作完成后，等待WT1(例如WT1=20S)时间后，"H |J P"使'W和 "GS4"代替"GSl"和"GS2"进行甲烷浓度检测工作，同时"H/iP"使P3.4和P3.6都输 出并保持高电平，"GSl"和"GS2"进入零点偏差检测阶段，即等待WT2(例如WT2—0S)时 间后，"H]UP"运行恰当程序，在"GSl"和"GS2"不与外界气体接触条件下，分别将"PAi" 和"PA2"的输出电压经过A/D转换、数字滤波和运算处理后，获得"GSi"和"GS2"各自的 零点偏差值厶bl和厶b2,并将它们分别存入各自的零点偏差专用寄存器，供纠偏运算用。
M3. 3操作M3.2操作完成后，进行M3. 3操作，即"GS3"和"gs4"继续进行甲烷浓 度检测工作，同时"HJUP"使P3.4和P3.6分别输出并保持低电平和髙电平，等待WT1时 间后，"H|jP"运行恰当程序，在"GSi"、 "GS2"、 "GS3"和"GS4"都与外界气体接触条 件下，将"PAl"、 "PA2"、 "PA3"和"PA4"的输出信号分别经过A/D转换、数字滤波和运算 后，获得"GSl"和"GS2"各自的灵敏度偏差值Akl和厶k2,并将它们分别存入各自的灵敏 度偏差专用寄存器，供纠偏运算用.
M3.4操作M3. 3操作完成后，"H ja P"运行恰当程序，在"GSi"、 "GS2"、 "GS3"和 "GS4"都与外界气体接触条件下，将"PAl"、 "PA2"、 "PA3"和"PA4"的输出信号分别经过 A/D转换、数字滤波和纠偏等运算后，对它们的检测数据DN1、 DN2、 DN3和DN4进行比对运算， 自动分析"GS1"和"GS2"经过上述自动调整检测元件相关参数后，其检测数据是否符合要 求。若符合要求，则进入M1工作模式。若不符合要求，则可再进行上述M3.2至M3.4之操 作，并记录此种操作之次数，设其为PN.若在PN > AP(例如AP-3)之前，"GSi"和"GS2" 检测的数据达到所需技术要求，则进入M1工作模式；否则进入NM工作模式。
M4模式若"HjUP"得出甲烷浓度检测确认值接近安全临界值Wth (例如0.8%甲烷浓 度)或"GSl"和"GS2"之一自动调整参数之效果不符合要求(PN >AP)，则本实用新型按 M4模式工作，即可自动发出报警信号。
M5模式若"LR"接收到红外光信号，则本实用新型以M5模式工作。在此工作模式下， 用户可通过红外�？仄鳎薷那懊嫠龅腁E、 AP、 AN、 RT、 WTl、 WT2和Wth等参数值。
据以上所述可知，检测元件"GS3"和"GS4"通常处于休眠状态，除"GSi"和"GS2"的 检测数据出现异常外，它们仅在自动调整1#和2#检测元件相关参数期间工作，设每3天自 动调整一次，每次工作约2分钟，再考虑出现异常情况等因素，乘以裕量系数2，则270天 内"GS3"和"GS4"与外界气体接触时间累计不超过6小时，其参数变化很�。珊雎圆患疲� 而且所选用的载体催化元件MJC4，在及时调整参数前提下，可连续使用一年以上。因此，本 实用新型不需要人工调参数，可持续使用200天以上，而且留有相当大的裕量。
权利要求1.一种多探头可燃气体在线智能检测仪，其特征是它由多探头检测模块、红外光敏接收电路、高性能微处理器、显示器、信号输出电路、电源转换�？�、检测�？楣┑缈刂频缏�、外接插座、防尘网和外壳组成，检测�？榈氖涑龊秃焱夤饷艚邮盏缏返氖涑鼋痈咝阅芪⒋砥鞯氖淙耄咝阅芪⒋砥鞯氖涑鼋蛹觳饽？楣┑缈刂频缏�、显示器和信号输出电路的输入，信号输出电路的输出接外接插座的信号输入端，外接插座的电源的输出端接电源转换�？榈氖淙耄缭醋荒？榈氖涑鼋痈咝阅芪⒋砥鳌⑾允酒�、信号输出电路和检测�？楣┑缈刂频缏返牡缭词淙攵耍觳饽？楣┑缈刂频缏返氖涑鼋蛹觳饽？榈墓┑缍�。
2. 根据权利要求1所述的多探头可燃气体在线智能检测仪，其特征是检测�？槭嵌� 探头检测�？榈募虺疲捎�2至6个可燃气体检测单元和2至6个程序可控电动气阀组成， 各可燃气体检测单元的输出即为检测模块的输出，而且各检测单元可以是1只可燃气体检测 元件，它也可由可燃气体检测元件与精密放大电路构成。
3. 根据权利要求1所述的多探头可燃气体在线智能检测仪，其特征是高性能微处理 器可由多路模拟开关、精密放大电路、10bit至24bit A/D转换器、10bit至18bit D/A转 换器和单片机构成，也可选用具有同等功能或性能更好的高性能单片微机或微处理器。
4. 根据权利要求1所述的多探头可燃气体在线智能检测仪，其特征是显示器可由2 至6个LED数码管及其适配电路组成，也可由LCD数显屏或液晶点阵显示屏及其适配电路组成。
5. 根据权利要求1所述的多探头可燃气体在线智能检测仪，其特征是它的红外光敏 接收电路内含光敏管，它可接收红外�？仄鞣⒊龅墓庑畔ⅲ透咝阅芪⒋砥�。
专利摘要本实用新型是一种多探头可燃气体在线智能检测仪，属于电子和单片微机应用技术领域。它由多探头检测�？�、红外光敏接收电路、高性能微处理器、显示器、信号输出电路、电源转换�？�、供电控制电路、外接插座、防尘网和外壳等组成。它的高性能微处理器内含固化软件，其程序运行时，可自动定期调整与可燃气体(含甲烷)检测元件之零点和灵敏度相关的参数，使之不需要人工调参数，可持续使用200天以上。而且它可用2至6个检测元件实时测量同一甲烷浓度，微处理器自动对它们的检测数据进行智能分析，并确认实时甲烷浓度值，大幅度提高了检测数据的可信度。在煤矿推广应用本实用新型，可大幅度减少人工调参数工作量，显著提高煤矿安全生产率。
文档编号G01N21/31GK201344902SQ20082013581
公开日2009年11月11日 申请日期2008年10月8日 优先权日2008年10月8日
发明者孙梅生 申请人:孙梅生
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
