回波反射式激光甲烷遥测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种回波反射式激光甲烷遥测仪，包括供电单元、LD激光器、激光器控制电路、设置于LD激光器前的凸透镜、探测器以及信号检测电路，所述信号检测电路包括依次连接的PD光电接收检测模块、滤波放大模块、数据转换模块。本回波反射式激光甲烷遥测仪通过激光器发出的激光照射目标区域，探测器收集探测含有甲烷浓度信息的反射激光信号的方式，使得本甲烷遥测仪能够检测任何区域的甲烷浓度信息，实现了煤矿井下全方位的甲烷浓度检测，又通过信号检测电路分析探测器探测的信号方式，得出目标区域的甲烷浓度信息，从而解决了现有甲烷检测仪器不能够对矿区井下进行全面的甲烷浓度检测，造成一定的安全隐患的问题。
【专利说明】回波反射式激光甲烷遥测仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体检测领域，具体而言，涉及一种回波反射式激光甲烷遥测仪。
【背景技术】
[0002]在矿井下，甲烷浓度过大容易引起爆炸，也会导致空气中氧气浓度降低，影响井下作业人员的健康、生命安全，因此对矿井下空气中的甲烷浓度检测显得尤为重要。我国矿用甲烷浓度检测仪器大部分采用的是固定式的检测仪器，但是固定式的检测仪器只能进行定点监测，无法安装到采空区、工作面上隅角等甲烷气体易聚集的区域，不能够对矿区井下各区域进行全面的甲烷浓度检测，造成了一定的安全隐患。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种回波反射式激光甲烷遥测仪，以解决不能够对矿区井下各区域进行全面的甲烷浓度检测的问题。
[0004]本实用新型是这样实现的:
[0005]一种回波反射式激光甲烷遥测仪，包括供电单元、LD激光器、激光器控制电路、设置于LD激光器前的凸透镜、信号探测器、信号检测电路以及控制单元，所述激光器控制电路包括电流控制模块和温度控制模块，且所述电流控制模块和所述温度控制模块分别与所述LD激光器连接，所述信号检测电路包括依次连接的H)光电接收检测模块、滤波放大模块、A/D转换模块，所述信号探测器与所述H)光电接收器连接，所述A/D转换模块与所述控制单元连接，所述控制单元还连接有数据显示单元、警报器以及无线信号发射单元。
[0006]进一步，所述无线信号发射单元还与矿井监控设备连接。本甲烷遥测仪所设置的无线信号发射单元，通过井下的多个无线网络传感器节点与矿井监控设备连接，因此当本甲烷遥测仪检测出甲烷浓度信息后，能够通过无线网络把甲烷浓度信息发送至矿井监控设备，并进行储存，以用于后期数据分析。同时，当本甲烷遥测仪检测到某区域甲烷浓度值超标时，通过无线信号发射单元立刻向矿井监控设备发出危险警报信号，避免当井下甲烷浓度值超标后，矿井监控设备因无法及时获取甲烷超标信息，而没有及时发出危险警报，而给井下工作人员带来危险。
[0007]进一步地，所述回波反射式激光甲烷遥测仪还包括氧浓度检测单元，所述氧浓度检测单元包括探头和检测模块，所述检测模块与所述控制单元连接。当空气中的甲烷较多时，会使空气中氧含量明显降低，氧含量较低可引起人体头痛、头晕、乏力、注意力不集中，甚至是窒息。检测空气中的氧浓度，能够在一定程度上反映出空气中的甲烷含量是否超标，同时也避免井下作业人员因氧含量较低而损害健康。
[0008]进一步地，所述回波反射式激光甲烷遥测仪还包括数据存储器，且所述数据存储器与所述控制单元连接。分析数据存储器储存所测定的甲烷浓度数据，能够总结出甲烷浓度值的变动情况，从而能够对可能出现甲烷浓度超标的的区域作出提前预警。
[0009]进一步地，所述供电单元包括可充电锂电池。可充电锂电池能够进行重复利用，能够节约更多的资源。
[0010]本实用新型实现的技术效果:
[0011]本实用新型提供的一种回波反射式激光甲烷遥测仪，通过激光器发出的激光照射目标区域，探测器收集探测含有甲烷浓度信息的反射激光信号的方式，使得本甲烷遥测仪能够检测任何区域的甲烷浓度信息，实现了煤矿井下全方位的甲烷浓度检测，又通过信号检测电路分析探测器探测的信号方式，得出目标区域的甲烷浓度信息。本实用新型提供的一种回波反射式激光甲烷遥测仪结构简单，便于手持携带，可对井下任何区域进行甲烷浓度检测，从而解决了现有固定式甲烷检测仪器不能够对矿区井下进行全面的甲烷浓度检测的问题，消除了安全隐患，保障了井下作业人员的生命安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型提供的回波反射式激光甲烷遥测仪的结构框图。
【具体实施方式】
[0013]下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
[0014]请参阅图1，本实用新型提供的一种回波反射式激光甲烷遥测仪，包括供电单元、LD激光器、激光器控制电路、设置于LD激光器前的凸透镜、探测器以及信号检测电路。
[0015]在甲烷的近红外光谱吸收谱线中，1653.72nm是其吸收峰中最强的波长，为了使最终检测的甲烷浓度更为精确，需要激光器控制电路控制LD激光器发射激光的波长，并且使激光器处于较为稳定的工作状态，即能够稳定的发出所需波长的激光。本实施例中，激光器控制电路包括电流控制模块和温度控制模块。其中，电流控制模块的调制系数约为0.01nm/mA，温度控制模块的调制系数约为0.lnm/°C，即温度调制TC相当于电流调制1mA0因此，温度控制模块能够在较大的范围内调节激光器的激光波长，而通过电流控制模块能够在比较小的范围内对激光器的激光波长进行精确调节。在具体的调节过程中，可以先将激光波长控制在1653.7nm，这样保证激光波长处在甲烷吸收峰峰值附近，然后，通过电流控制模块对激光波长进行更加精确的调制，此时激光波长调制范围为±0.2nm，相应的，激光波长的变化范围为1653.5nm-1653.9nm，在电流扫描范围内激光波长必然会经过吸甲烷收峰峰值1653.72nm处，保证了激光器波长的最佳吸收效果。所以，通过电流控制模块和温度控制模块相互配合，能够把激光器发出的激光的波长调节到较精确的值，以利于最终获取更为精确甲烷浓度信息。
[0016]当激光穿过含有甲烷的目标区域时，激光的光分子会被甲烷气体吸收，且甲烷浓度越高被吸收的分子越多，因此反射回来的激光携带有甲烷浓度信息。为了使反射回来且带有甲烷浓度信息的激光能够被设置于本甲烷遥测仪的探测器所接收到，在LD激光器的前端设置有凸透镜，当反射回来的激光经过凸透镜的两次折射后，能够被探测器成功接收到。
[0017]当探测器收集到激光信号后，把该激光信号传递到信号检测电路，以利用该激光信号携带的信息分析出目标区域的甲烷浓度值。为了能够准确的分析出甲烷浓度值，信号检测电路包括依次连接的ro光电接收检测模块、滤波放大模块以及数据转换模块。探测器所传递过来的信号首先经过ro光电接收检测模块，转换成模拟电信号，ro光电接收检测模块再把该模拟电信号传递到滤波放大模块，过滤掉信号中的噪声干扰信号，且把过滤后的模拟电信号进行信号放大，接着把放大后的模拟电信号传递到数据转换模块，转换成表示甲烷浓度信息的数字电信号，并最终把数字电信号传递到控制单元。
[0018]而与控制单元相连接的还有数据显示单元、警报器以及无线信号发射单元。其中，设置无线信号发射单元，是为了能够通过无线网络把检测的甲烷浓度信息发送至矿井监控设备，并进行储存，以用于后期数据分析。当本甲烷遥测仪检测到某区域甲烷浓度值超标时，通过无线信号发射单元立刻向矿井监控设备发出危险警报信号，避免当井下甲烷浓度值超标后，矿井监控设备因无法及时获取甲烷超标信息，而没有及时发出危险警报，而给井下工作人员带来危险。
[0019]为了进一步检测甲烷浓度值，在本甲烷遥测仪中，还设置有氧浓度检测单元，氧浓度检测单元包括用于探测氧的探头和氧浓度分析的检测模块，检测模块与控制单元连接。当空气中的甲烷较多时，会使空气中氧含量明显降低，因此检测空气中的氧浓度，能够在一定程度上反映出空气中的甲烷含量是否有增加的可能。
[0020]为了便于甲烷遥测仪的使用者查看所测定的数据，本甲烷遥测仪还设置有数据储存模块。
[0021]需要说明的是，本回波反射式激光甲烷遥测仪在使用过程中，会消耗一定量的电能，而为了起到节能、环保的效果，本甲烷遥测仪的供电单元设置有可充电锂电池。
[0022]需要说明的是，本实施例中，所提到的甲烷超标，是指超过国家制定的井下甲烷浓度安全值，即煤矿矿井中甲烷浓度不超过I %。
[0023]需要说明的是，本实施例中，所提到的矿井监控设备，为煤矿所现有的监控设备，且该监控设备具有网络接入功能。
[0024]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种回波反射式激光甲烷遥测仪，其特征在于，包括供电单元、LD激光器、激光器控制电路、设置于LD激光器前的凸透镜、信号探测器、信号检测电路以及控制单元，所述激光器控制电路包括电流控制模块和温度控制模块，且所述电流控制模块和所述温度控制模块分别与所述LD激光器连接，所述信号检测电路包括依次连接的H)光电接收检测模块、滤波放大模块、A/D转换模块，所述信号探测器与所述H)光电接收器连接，所述A/D转换模块与所述控制单元连接，所述控制单元还分别连接有数据显示单元、警报器以及无线信号发射单元。
2.根据权利要求1所述的回波反射式激光甲烷遥测仪，其特征在于，所述无线信号发射单元还与矿井监控设备连接。
3.根据权利要求1所述的回波反射式激光甲烷遥测仪，其特征在于，所述回波反射式激光甲烷遥测仪还包括氧浓度检测单元，所述氧浓度检测单元包括探头和检测模块，所述检测模块与所述控制单元连接。
4.根据权利要求1所述的回波反射式激光甲烷遥测仪，其特征在于，所述回波反射式激光甲烷遥测仪还包括数据存储器，且所述数据存储器与所述控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的回波反射式激光甲烷遥测仪，其特征在于，所述供电单元包括可充电锂电池。
【文档编号】G01N21/17GK204177730SQ201420513236
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】高昊, 周海坤, 刘鹏 申请人:煤科集团沈阳研究院有限公司