CN203249865U - 基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种
基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统。
目前，井下瓦斯浓度检测大多采用热催化瓦斯检测仪器，但该类型的监测设备测量范围窄、传感器校准困难、稳定性和重复性差等。一种基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其组成包括：两个红外光源（
1
），所述的红外光源分别对准光源调制器（
2
），所述的光源调制器分别对准待检气室（
3
）和参考气室（
4
），所述的待检气室和参考气室分别连接探测器（
5
），所述的待检气室和参考气室分别安装进气口（
6
）和出气口（
7
），所述的待检气室和参考气室外部套有加热装置（
8
）；所述的探测器同时连接信号处理装置（
9
）。本实用新型应用于瓦斯浓度检测。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统。
背景技术：
长期以来，瓦斯事故是煤矿安全生产的主要威胁之一，严重影响了社会的和谐稳定，对国民经济和人民的生命安全造成极大的伤害，随着煤矿开采工艺、技术手段的不断提高，开采规模的不断扩大，煤层瓦斯涌出量也越来越大，因此，实现瓦斯浓度的高精度的实时在线检测是预防煤矿瓦斯事故的关键，对煤矿的安全生产具有重大意义。目前，井下瓦斯浓度检测大多采用热催化瓦斯检测仪器，但该类型的监测设备测量范围窄、传感器校准困难、稳定性和重复性差。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其组成包括：两个红外光源，所述的红外光源分别对准光源调制器，所述的光源调制器分别对准待检气室和参考气室，所述的待检气室和参考气室分别连接探测器，所述的待检气室和参考气室分别安装进气口和出气口，所述的待检气室和参考气室外部套有加热装置；所述的探测器同时连接信号处理装置。
所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，所述的待检气室和参考气室的内壁均渡有红外反射膜。
所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，所述的探测器还具有信号调理电路，所述的信号处理装置还具有差分放大电路，所述的信号调理电路连接差分放大电路，所述的差分放大电路连接微处理器。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型选用红外光源的波长为可见光到
，并且满足
处有较高的辐射能量，再通过光源调制器的调制实现了瓦斯气体浓度的谐波检测，两路相同波长的调制光源分别发射到参考气室和通有瓦斯气体的待检气室，参考气室内预装有标准氮气，浓度为99.9%，调制后的红外光穿过参考气室时，光强不会被吸收。由于待检测气体是在其特征吸收波长下的光的吸收随其浓度变化，因此通过对瓦斯气体吸收光谱的分析，可实现瓦斯气体浓度的检测，这种检测装置相对于传统的瓦斯浓度检测装置具有测量精度高、测量范围宽、信噪比高和响应时间快的诸多优点。
本实用新型设置了两个红外光通道检测装置，这种基于差分式光谱吸收技术的单波长双通道的瓦斯浓度检测方法可有效地抑制检测系统噪声干扰，大大的提高了瓦斯浓度检测的效率和精度，同时也大大简化了检测系统的结构。
本实用新型采用的这种DSP数字信号处理器本身具有模数转换和信号处理功能，差分放大电路输出的模拟信号经AD转换及信号处理后得到当前瓦斯浓度值，并将该值显示出来，同时能够对超过设定浓度的情况进行报警处理。为便于气体浓度后续分析及数据的调用，将不同时刻检测的数据进行存储。
本实用新型为检气室和参考气室套了加热装置，排除了外部温度及湿度的影响，保持了整个检测装置的内部温度，使探测器输出更为稳定的指示值。
附图说明：
附图1是本实用新型的检测系统结构示意图。
附图2是本实用新型的信号处理装置与探测器连接的结构示意图。
附图3是本实用新型的监测系统信号处理流程图。
具体实施方式：
实施例1：
基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其组成包括：两个红外光源1，所述的红外光源分别对准光源调制器2，所述的光源调制器分别对准待检气室3和参考气室4，所述的待检气室和参考气室分别连接探测器5，所述的待检气室和参考气室分别安装进气口6和出气口7，所述的待检气室和参考气室外部套有加热装置8；所述的探测器同时连接信号处理装置9，所述的探测器为光强探测器。
所述的红外光源、光源调制器和探测器相对于所述的待检气室和参考气室为同轴固定。
所述的参考气室内预装有标准氮气，浓度为99.9%。
实施例2：
实施例1所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，所述的待检气室和参考气室的内壁均渡有红外反射膜。
实施例3：
实施例1或2所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，所述的探测器还具有信号调理电路10，所述的信号处理装置还具有差分放大电路11，所述的信号调理电路连接差分放大电路，所述的差分放大电路连接微处理器12，所述的微处理器采用DSP数字处理器。
原理：由于瓦斯气体中除了含有甲烷外，还含有二氧化碳、水蒸气和一氧化碳等成分。通过查HITRAN数据库可得瓦斯气体中各种气体成分的红外波段吸收谱线，对比各种气体在红外波段的吸收峰值，然后选择出甲烷对红外光吸收强度最强处的波长，以此波长为依据对红外光源进行调制，通过光谱吸收技术来检测甲烷气体的浓度。本实用新型的红外光源选用的红外光源的波长范围从可见光到
，并且满足
处有较高的辐射能量。
瓦斯浓度检测过程：由于瓦斯检测过程中，检测装置的灵敏度和精度会受各种外界环境因素的影响，所以本实用新型采用双光源单波长双通道的气体差分检测模型，如附图3所示，经过光源调制器的调节后两路相同波长的调制光源分别发射到参考气室和通有瓦斯气体的待检气室，参考气室内预装有标准氮气，浓度为99.9%，调制后的红外光穿过参考气室时，光强不会被吸收；两个气室的末端都装有光强探测器，经过气室的光被光强探测器接收，两个光强探测器将接收到的光强信号转换为对应的电信号，该电信号较微弱，经过信号调理电路的放大和检波，将这两路模拟电信号经过差分放大电路的比较后送给DSP数字处理器进行A/ D转换和处理，并将当前浓度的值显示出来，若超过设定浓度，则进行报警处理，同时将不同时刻所检测出来的数据进行存储，以便后续分析。
Claims (3)
1.一种基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其组成包括：两个红外光源，其特征是：所述的红外光源分别对准光源调制器，所述的光源调制器分别对准待检气室和参考气室，所述的待检气室和参考气室分别连接探测器，所述的待检气室和参考气室分别安装进气口和出气口，所述的待检气室和参考气室外部套有加热装置；所述的探测器同时连接信号处理装置。
2.根据权利要求1所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其特征是：所述的待检气室和参考气室的内壁均渡有红外反射膜。
3.根据权利要求1或2所述的基于红外光谱吸收的煤矿瓦斯浓度检测系统，其特征是：所述的探测器还具有信号调理电路，所述的信号处理装置还具有差分放大电路，所述的信号调理电路连接差分放大电路，所述的差分放大电路连接微处理器。
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