一种煤矿用低浓度甲烷传感器的制作方法

本实用新型涉及一种甲烷传感器，具体涉及一种煤矿用低浓度甲烷传感器，属于煤矿气体监测装置技术领域。

背景技术：

甲烷传感器应用于煤矿安全检测系统中，用于煤矿井巷，采掘工作面、采空区、回风巷道、机电峒室等处连续监测甲烷浓度，当甲烷浓度超限时，能自动发出声、光报警，可供煤矿井下作业人员，甲烷检测人员，井下管理人员等随身携带使用，也可供上述场所固定使用；现有的甲烷传感器封闭性比较差，且仅仅能够进行监测报警，无法进行联控。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出了一种煤矿用低浓度甲烷传感器，采用红外外部调节，整机采用全封闭结构，传感器没有调节孔和需要调节的零件，密封性能好，工作稳定可靠，且能够配合甲烷断电仪完成环境联控。

本实用新型的煤矿用低浓度甲烷传感器，采用热催化原理探头进行低浓度甲烷气体监测，适用于煤矿有瓦斯爆炸危险的场所测量甲烷浓度；传感器具有半自动调零、调满度、设置报警点和断电点，所有功能均可通过红外遥控设置，并且具有超限声光报警、超限断电信号输出功能；传感器没有调节孔和需要调节的零件，密封性能好，工作稳定可靠；传感器具有多种信号输出形式，可以和其他煤矿监测系统相兼容；也可以独立使用于多种矿用火灾检测系统；其控制板主要由电源电路、甲烷气敏传感元件及电桥电路、放大电路、a/d变换器、红外接收器、单片机最小系统、三位数码管电路、输出控制电路、报警/断电电路组成；电源电路将由关联设备送来的直流9～18v的电源稳压为5v电压，供给整机电路使用；甲烷气敏传感元件是采用热催化原理探头（黑白元件），其工作原理是：黑白元件由测量元件（黑元件）和补偿元件（白元件）构成，测量元件的表面涂有黑色的催化剂；工作时黑白元件有工作电流流过而发热，空气中的甲烷在高温的测量元件的催化剂作用下，发生无焰燃烧，甲烷浓度越高，测量元件的温度越高，其电阻值越大，而补偿元件的温度不变，测量电桥输出与甲烷浓度成正比的信号电压；测量电桥输出的信号电压经过放大电路放大处理后，送a/d转换器转换，变成数字信号送入单片机进行处理，由显示电路显示出甲烷的浓度值，并经输出控制电路输出与甲烷的浓度值对应的频率信号；报警/断电电路由发光二极管、蜂鸣器和控制驱动电路构成，当甲烷浓度超过设定的报警点时，传感器会发出声、光报警信号，当甲烷浓度超过设定的断电点时，传感器输出断电信号；甲烷浓度超过断电点后，只有当甲烷浓度降低到设定的复电点以下时，传感器解除断电信号输出；其具体结构如下：包括传感器主机和与传感器主机通信的红外遥控板；所述传感器主机包括方形的壳体，及设置于壳体前侧的面盖；所述壳体内侧设置有控制板；所述壳体顶部设置有悬挂勾；所述壳体底部固定有四芯接头和传感器安装管座；所述面盖上部两侧设置有光报警罩；所述面盖中部一体制成有凸起的环形窗口；所述面盖内面于环形窗口处贴合固定有透明板；所述面盖于环形窗口下部压制有环形外凸部；所述环形外凸部上开设有多个声音通孔；所述面盖于环形外凸部底部设置有铭牌位；所述光报警罩内面贴合固定有led；所述透明板内面贴合固定有三位led数码管；所述环形外凸部内面贴合固定有蜂鸣器；所述传感器安装管座内侧安装有甲烷气敏传感元件；所述led、三位led数码管、蜂鸣器和甲烷气敏传感元件电连接到控制板。

进一步地，所述四芯插头为电源输入和信号输出接口，其四芯分别为电源+脚、电源-脚、信号输出+脚和空引脚。

进一步地，所述控制板包括电桥电路；所述电桥电路其桥臂与甲烷气敏传感元件串接；所述电桥电路输出端电连接到电压放大器，所述电压放大器电连接到ad转换器；所述ad转换器电连接到单片机最小系统；所述单片机最小系统分别通过led驱动电路、led数码管驱动电路和蜂鸣器驱动电路电连接led、三位led数码管和蜂鸣器；所述四芯接头分别电连接到控制板供电电源端和输出控制电路；所述单片机最小系统还电连接有与红外遥控板通信的红外接收器，其完成甲烷浓度检测和后续声光报警驱动及外部输出。

进一步地，所述红外遥控板包括遥控板体，及设置于遥控板体内侧的红外发射电路，及设置于遥控板体上，分别与红外发射电路电连接的开关键、上升按键、下降按键、转换按键和设定按键；传感器开机稳定后，使红外遥控板正对传感器右边的光报警罩,按一下开关键,传感器进入调零状态,此时传感器数码管的个位数的小数点显示并闪烁；将传感器置于新鲜空气中,或对传感器探头通入纯净的标准空气,流量为200ml/min,待读数稳定后,传感器在调零状态下,按一下遥控器的下降按键,传感器即自动归零；传感器进入调零状态后,如果要取消刚才的调零操作,按一下遥控器的开关键即可；接着进行调满度；传感器进入调零状态以后,再按一下遥控器的转换键,传感器从调零状态进入调满度状态,此时传感器的百位数小数点闪烁,个位数的小数点不显示；对传感器探头通入1.00～4.00％的甲烷标准气,流量为200ml/min,待读数稳定后,通过遥控器的下降按键和上升按键,使传感器的显示值与所用的标准气体浓度一致即可；调满度无效（甲烷浓度过低≤0.5％ch4或超出传感器的满度调节范围≥4.00％ch⁴或予热时间不足≤15分钟）时，传感器发出声光提示信号；满度设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；报警点设定，传感器进入调零状态以后，按两下遥控器的转换键，传感器进入报警点设定状态，此时传感器的数码管百位数显示“b”，通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定报警点；报警点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；断电点设定，传感器进入调零状态以后，按三下遥控器的转换键，传感器进入断电点设定状态，此时传感器数码管的百位数显示“d”；通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定断电点；断电点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；复电点设定，传感器进入调零状态以后，按四下遥控器的转换键，传感器进入复电点设定状态，此时传感器数码管的百位数显示“f”，通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定复电点；复电点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态。

进一步地，所述四芯接头通过插头电缆线分别电连接供电电源和甲烷断电仪控制信号端。

作为优选的实施方案，所述环形外凸部内侧设置有防尘膜。

本实用新型与现有技术相比较，本实用新型的煤矿用低浓度甲烷传感器，采用红外外部调节，整机采用全封闭结构，传感器没有调节孔和需要调节的零件，密封性能好，工作稳定可靠，且能够配合甲烷断电仪完成环境联控。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1整体结构示意图。

图2是本实用新型的控制板结构示意图。

图3是本实用新型的甲烷气敏传感元件其采集和放大电路原理图。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图2所示，本实用新型的煤矿用低浓度甲烷传感器，采用热催化原理探头进行低浓度甲烷气体监测，适用于煤矿有瓦斯爆炸危险的场所测量甲烷浓度；传感器具有半自动调零、调满度、设置报警点和断电点，所有功能均可通过红外遥控设置，并且具有超限声光报警、超限断电信号输出功能；传感器没有调节孔和需要调节的零件，密封性能好，工作稳定可靠；传感器具有多种信号输出形式，可以和其他煤矿监测系统相兼容；也可以独立使用于多种矿用火灾检测系统；其控制板主要由电源电路、甲烷气敏传感元件及电桥电路、放大电路、a/d变换器、红外接收器、单片机最小系统、三位数码管电路、输出控制电路、报警/断电电路组成；电源电路将由关联设备送来的直流9～18v的电源稳压为5v电压，供给整机电路使用；甲烷气敏传感元件是采用热催化原理探头（黑白元件），其工作原理是：黑白元件由测量元件（黑元件）和补偿元件（白元件）构成，测量元件的表面涂有黑色的催化剂；工作时黑白元件有工作电流流过而发热，空气中的甲烷在高温的测量元件的催化剂作用下，发生无焰燃烧，甲烷浓度越高，测量元件的温度越高，其电阻值越大，而补偿元件的温度不变，测量电桥输出与甲烷浓度成正比的信号电压；测量电桥输出的信号电压经过放大电路放大处理后，送a/d转换器转换，变成数字信号送入单片机进行处理，由显示电路显示出甲烷的浓度值，并经输出控制电路输出与甲烷的浓度值对应的频率信号；报警/断电电路由发光二极管、蜂鸣器和控制驱动电路构成，当甲烷浓度超过设定的报警点时，传感器会发出声、光报警信号，当甲烷浓度超过设定的断电点时，传感器输出断电信号；甲烷浓度超过断电点后，只有当甲烷浓度降低到设定的复电点以下时，传感器解除断电信号输出；其具体结构如下：包括传感器主机和与传感器主机通信的红外遥控板；所述传感器主机包括方形的壳体1，及设置于壳体前侧的面盖2；所述壳体1内侧设置有控制板；所述壳体1顶部设置有悬挂勾3；所述壳体1底部固定有四芯接头4和传感器安装管座5；所述面盖2上部两侧设置有光报警罩6；所述面盖2中部一体制成有凸起的环形窗口7；所述面盖2内面于环形窗口处贴合固定有透明板8；所述面盖2于环形窗口下部压制有环形外凸部9；所述环形外凸部9上开设有多个声音通孔10；所述面盖2于环形外凸部底部设置有铭牌位11；所述光报警罩6内面贴合固定有led12；所述透明板8内面贴合固定有三位led数码管13；所述环形外凸部9内面贴合固定有蜂鸣器14；所述传感器安装管座5内侧安装有甲烷气敏传感元件15；所述led12、三位led数码管13、蜂鸣器14和甲烷气敏传感元件15电连接到控制板。

其中，所述四芯插头4为电源输入和信号输出接口，其四芯分别为电源+脚、电源-脚、信号输出+脚和空引脚。

如图2所示，所述控制板包括电桥电路16；所述电桥电路16其桥臂与甲烷气敏传感元件15串接；所述电桥电路16输出端电连接到电压放大器17，所述电压放大器17电连接到ad转换器18；所述ad转换器18电连接到单片机最小系统19；所述单片机最小系统19分别通过led驱动电路20、led数码管驱动电路21和蜂鸣器驱动电路22电连接led12、三位led数码管13和蜂鸣器14；所述四芯接头4分别电连接到控制板供电电源端和输出控制电路23；所述单片机最小系统19还电连接有与红外遥控板通信的红外接收器24，其完成甲烷浓度检测和后续声光报警驱动及外部输出；如图3所示，黑白元件由测量元件，产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，通过外部的a/d转换器或送入单片机片的a/d转换输入口，将此放大的模拟量信号转换为数字信号；然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。

其中，所述红外遥控板包括遥控板体25，及设置于遥控板体内侧的红外发射电路，及设置于遥控板体上，分别与红外发射电路电连接的开关键26、上升按键27、下降按键28、转换按键39和设定按键30；传感器开机稳定后，使红外遥控板正对传感器右边的光报警罩,按一下开关键,传感器进入调零状态,此时传感器数码管的个位数的小数点显示并闪烁；将传感器置于新鲜空气中,或对传感器探头通入纯净的标准空气,流量为200ml/min,待读数稳定后,传感器在调零状态下,按一下遥控器的下降按键,传感器即自动归零；传感器进入调零状态后,如果要取消刚才的调零操作,按一下遥控器的开关键即可；接着进行调满度；传感器进入调零状态以后,再按一下遥控器的转换键,传感器从调零状态进入调满度状态,此时传感器的百位数小数点闪烁,个位数的小数点不显示；对传感器探头通入1.00～4.00％的甲烷标准气,流量为200ml/min,待读数稳定后,通过遥控器的下降按键和上升按键,使传感器的显示值与所用的标准气体浓度一致即可；调满度无效（甲烷浓度过低≤0.5％ch4或超出传感器的满度调节范围≥4.00％ch⁴或予热时间不足≤15分钟）时，传感器发出声光提示信号；满度设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；报警点设定，传感器进入调零状态以后，按两下遥控器的转换键，传感器进入报警点设定状态，此时传感器的数码管百位数显示“b”，通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定报警点；报警点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；断电点设定，传感器进入调零状态以后，按三下遥控器的转换键，传感器进入断电点设定状态，此时传感器数码管的百位数显示“d”；通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定断电点；断电点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态；复电点设定，传感器进入调零状态以后，按四下遥控器的转换键，传感器进入复电点设定状态，此时传感器数码管的百位数显示“f”，通过按遥控器的上升按键和下降按键，即可设定复电点；复电点设定以后，按一下遥控器的开关键，传感器退出遥控状态。

再一实施例中，所述四芯接头4通过插头电缆线分别电连接供电电源和甲烷断电仪控制信号端。

其中，所述环形外凸部9内侧设置有防尘膜。

上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。