专利名称：一种红外吸收式瓦斯检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瓦斯检测装置，尤其 是一种红外吸收式瓦斯检测装置。
背景技术：
瓦斯是煤矿开采的伴生物。《煤矿安全规程》第一百三十三条至一百三十六条规定一个矿井中只要有一个煤(岩)层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。全国已有相当数量的矿井开采到600m以下的高瓦斯和瓦斯突出区，而每向下开掘垂深100m，作业面温度就会升高3 4°C，瓦斯的相对涌出量呈线性增长(不同地区梯度值不一样)，瓦斯灾害就容易发生。瓦斯爆炸形成的强大冲击波使爆炸源附近的气体以每秒几百米甚至几千米的速度向外传播，从而造成井巷、设备损坏及人员伤亡。及时、准确地检测瓦斯气体的产生源、浓度，对于工矿安全运行、人身安全及环境保护有着十分重要的意义。但现有的瓦斯检测仪的检测效果有待提高，问题主要有灵敏度不高，不能检测微弱瓦斯信号，预报准确率不高；实时性较差，低速处理器的数据处理能力较慢，使仪器显示的瓦斯浓度与实际现场的瓦斯浓度有时间差，造成检测的实时性不好。因此，需要 一种高灵敏度的矿用红外吸收式瓦斯浓度检测仪来实时检测瓦斯浓度。
实用新型内容本实用新型针对上述问题，提出一种高灵敏度的矿用红外吸收式瓦斯浓度实时检测装置。本实用新型提供一种红外吸收式瓦斯检测装置，其特征在于，包括光源调制电路模块，将电信号转化为光信号；信号调理电路模块，包括待测信号通道和参考信号通道，其中，所述待测信号通道将信号适当放大，再进行滤波处理，所述参考信号通道提供一方波控制的相敏检波电路对被滤波处理过的信号和参考信号的乘法运算，从而得到输入信号与参考信号的和频与差频信号；控制电路模块，用TMS320LF2407为核心处理器，利用TMS320LF2407的滤掉和频信号成分，提取深埋在噪声中的微弱信号。其中，所述前置放大电路中，信号输出端接运算放大器的同相端，在运算放大器的反相端和输出端之间接入电容。其中，所述待测信号通道由前置放大电路、滤波电路、相敏检波电路、电平提升电路组成其中，所述参考信号通道由移相电路组成。其中，更包括声光报警电路，所述声光报警电路由三极管、蜂鸣器、发光二极管和限流电阻组成。其中，更包括液晶显示模块。其中，更包括键盘电路。
[0011]图I本实用新型的信号调理电路图；图2本实用新型的红外吸收式瓦斯检测装置的电路结构图；图3本实用新型的红外吸收式瓦斯检测装置的结构具体实施方式
参见图I、图2。本实用新型的实施例的红外吸收式瓦斯检测装置包括光源调制电路模块，将电信号转化为光信号、信号调理电路模块和以TMS320LF2407DSP为核心控制器的控制电路模块。光源调制电路由LM317和I个门限值为IV的N沟道增强性MOS场效应管Ql组成。TI公司的TMS320LF2407DSP的PWM12 口连接Ql的栅极；信号调理模块包括两个通道待测信号通道和参考信号通道。待测信号通道由前置放大电路、滤波电路、相敏检波电路、电平提升电路组成。前置放大电路中，IR32BC信号输出端接运算放大器AD8552的同相端，在AD8552的反相端和输出端之间接入0. 01 ii F的电容，AD8552的输出端接滤波电路 中运算放大器AD542的反相端，AD542的同相端接地，AD542的输出端接模拟开关AD7510的13脚，AD7510的10脚直接连11脚，14脚直接连15脚，且11脚和14脚之间接入10 y F的电容。AD7510的13脚引出接带通滤波器中的低噪声高精度运算放大器0P07(i)的反相端，0P07(i)的输出端接0P07(ii)的反相端，0P07(ii)的输出端接相敏检波电路中高精度平衡调制/解调芯AD630的I脚，AD630的3脚和4脚间接入IOK的电阻，AD630的5脚和6脚间接入IOK的电阻，AD630的10脚、14脚、17脚相连后接地，AD630的15脚、19脚、20脚相连，AD630的13脚引出接入电平提升电路中的高精度运算放大器0PA2277的同相端，0PA2277的反相端串联5K电阻后接地，0PA2277的输出端与TMS320LF2407的ADCIN00。参考信号通道由移相电路组成，AD630的9脚接移相电路中的D触发器⑶4013的I脚，⑶4013的3脚接单稳态触发器MC14528的7脚，MC14528的4脚接与或门CD4030的3脚，与或门CD4030的I脚接光源调制电路中LM317的2脚；环境温度测量电路选用美国Dallas半导体公司生产的新型数字化温度传感器DS18B20，其数字信号输入/输出端DQ直接接到TMS320LF2407D的IOPFl 口，并接上4. 7KQ上拉电阻，外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)VDD接3. 3V源；电源GND接地；声光报警电路由三极管、蜂鸣器、发光二极管和限流电阻组成，由TMS320LF2407的I0PF2和I0PF3 口分别控制光报警方式和声报警方式。三极管9013是一种常用的低电压、大电流、小信号的小功率开关NPN型硅三极管。当I0PF2 口输出信号为低电平时，发光二极管给出光指示信号，I0PF2 口输出电流能直接驱动发光二极管，所以不需要外接驱动，并串联4. 7K限流电阻。三极管9013为蜂鸣器的驱动器，蜂鸣器的正常工作为正3. 3V，声音强度为80DB，当I0PF3 口输出信号为高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声音，并串联2K限流电阻；液晶显示模块选用一款内嵌SED1335控制器的AT-320240Q1型液晶显示屏，其数据线与TMS320LF2407的数据线直接相连，其AO 口 TMS320LF2407的地址总线AO 口相连，TMS320LF2407的地址总线Al 口经过一个反相器连接AT-320240Q1的巧口，TMS320LF2407的读写管脚复用，当该管脚为高时，通过非门输出低电平选通液晶显示屏的读信号；当读管脚为低时，则直接选通液晶显示屏的写信号；键盘电路选用4个4N25型光电耦合器在键盘和TMS320LF2407的I/O 口之间进行光电隔离。按键控制电路由四个按键组成，采用独立按键式键盘。TMS320LF2407的IOPEl I0PE4四个I/O复用端口作为键盘的连接端口 ；数据存储模块选用XICOR公司生产的X5043型EEPROM芯片。TMS320LF2407的SPISMO数据发送端与X5403的数据接收端SI相连；TMS320LF2407的SPIS0MI数据接收端与X5403的数据发送端SO相连；SPZS7E设置成I/O 口，与X5403的片选端灰D/相连；SPICLK为SPI数据传送的时钟信号，与X5403的串行时钟端SCK相连。电源通过LMl 17和LMl37两芯片的调整给各模块供电。与现有的技术相比，本实用新型增加了信号调理电路和采用TMS320LF2407为核心处理器。先选用低噪声的运算放大器AD8552适当放大；然后经运算放大器AD542和模拟开关AD7510组成的旋转电容滤波器进行滤波处理；再经低噪声高精度运算放大器0P-07组成的带通滤波器滤掉频率低于基频而高于二次频的噪声信号；最后进入一个经参考信号通道提供的方波控制的相敏检波电路，通过多功能高精度平衡调制/解调芯AD630组成的相敏检波电路现实输入信号和参考信号的乘法运算，从而得到输入信号与参考信号的和频与差频信号；高精度运放0PA2277组成电平提升电路把相敏检波电路输出信号的参考电平提高，使其达到TMS320LF2407的ADC的工作电压(0 3. 3V)。电平提升电路的输出信号通过TMS320LF2407的ADCIN00 口进行采样，然后通过低通滤波算法，利用TMS320LF2407的高速处理数据能力实现滤掉和频信号成分，从而可以提取深埋在噪声中的微弱信号。通过信号调理电路和TMS320LF2407的结合，是滤波更彻底，从而消除更多的外界干扰，实现了瓦斯 浓度的高灵敏度的实时检测。与现有技术相比，本实用新型的瓦斯检查装置利用甲烷(瓦斯的主要成份)对红外辐射有选择性吸收和其吸收强度是甲烷浓度函数的原理，设计了合理的光源调制电路和微弱信号调理电路，使得本实用新型能检测到微弱瓦斯浓度，实现了瓦斯浓度检测的高灵敏度。并以高速微处理器为核心设计电路，能够分析瞬时瓦斯信号，实现了瓦斯浓度的实时检测。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的修改或等同替换，只有不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权力要求范围当中。
权利要求1.一种红外吸收式瓦斯检测装置，其特征在于，包括 光源调制电路模块，将电信号转化为光信号； 信号调理电路模块，包括待测信号通道和参考信号通道，其中，所述待测信号通道将信号适当放大，再进行滤波处理，所述参考信号通道提供一方波控制的相敏检波电路对被滤波处理过的信号和参考信号的乘法运算，从而得到输入信号与参考信号的和频与差频信号; 控制电路模块，用TMS320LF2407为核心处理器，利用TMS320LF2407的滤掉和频信号成分，提取深埋在噪声中的微弱信号。
2.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，所述前置放大电路中，信号输出端接运算放大器的同相端，在运算放大器的反相端和输出端之间接入电容。
3.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，所述待测信号通道由前置放大电路、滤波电路、相敏检波电路、电平提升电路组成。
4.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，所述参考信号通道由移相电路组成。
5.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，更包括声光报警电路，所述声光报警电路由三极管、蜂鸣器、发光二极管和限流电阻组成。
6.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，更包括液晶显示模块。
7.根据权利要求I所述的红外吸收式瓦斯检测装置，其中，更包括键盘电路。
专利摘要本实用新型公开一种红外吸收式瓦斯检测装置，利用甲烷(瓦斯的主要成份)对红外辐射有选择性吸收和其吸收强度是甲烷浓度函数的原理，实现甲烷气体浓度的检测，集瓦斯信号调理模块、液晶显示模块、环境温度采集模块、数据存储模块和报警模块等接口电路于一体。该装置将红外辐射强度转化为电压信号，通过数字信号处理器分析电压信号来实现对甲烷浓度的高灵敏度的实时测量。
文档编号G01N21/35GK202512055SQ20122008580
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者欧阳名三, 王仁宝 申请人:安徽理工大学