專利名稱：礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種礦井瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)裝置,尤其是涉及-種礦用光纖瓦斯檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，井下瓦斯突出、爆炸事件是礦井事故的主要原因之一，為了保障礦工生命和國(guó) 家財(cái)產(chǎn)安全，改善礦井生產(chǎn)條件，我國(guó)耗費(fèi)巨資裝配了大量的瓦斯檢測(cè)裝置，為防止瓦斯爆 炸、確保人身安全起到了一定的保障作用。
出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代的光纖氣體檢測(cè)技術(shù)是一種新型氣體檢測(cè)方法，它具有其它瓦斯 檢測(cè)方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。它具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力 強(qiáng)、氣體選擇性好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但是由于種種原因真正用到煤礦等環(huán)境中的瓦斯光 纖傳感器裝置幾乎沒有。其中專利礦用瓦斯遠(yuǎn)程光纖激光檢測(cè)儀(申請(qǐng)?zhí)?00810015614.1〉 給出了一種采用鋸齒波調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有自參考功能的礦用瓦斯遠(yuǎn)程光纖激光檢測(cè)儀，該實(shí) 用新型釆用參考光路消除了光路傳輸?shù)扔绊?，同時(shí)還通過(guò)自身參考消除了差分方式等方法存 在的不完全對(duì)稱造成的零點(diǎn)漂移等問(wèn)題，提高了儀器的抗溫度和電路干擾能力。但是該遠(yuǎn)程 檢測(cè)儀只能與PC機(jī)配合實(shí)現(xiàn)瓦斯的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并且沒有標(biāo)準(zhǔn)的瓦斯?jié)舛容敵鼋涌冢荒芘c煤 礦現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行配套使用，由于上述原因使其在礦井等領(lǐng)域大范圍推廣使用受到較大限制。 發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型給出了一種瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置方案，與上述專利技術(shù)的 區(qū)別是本實(shí)用新型不使用計(jì)算機(jī)而采用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛刃盘?hào)的檢 測(cè)，增加了瓦斯?jié)舛葮?biāo)準(zhǔn)輸出接口，方便了與礦上現(xiàn)有控制設(shè)備等的關(guān)聯(lián)使用。此外，本實(shí) 用新型所使用的恒流源驅(qū)動(dòng)電路是由微處理器通過(guò)數(shù)字方式產(chǎn)生的，提高了光源驅(qū)動(dòng)的精度 和抗干擾能力，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力；本實(shí)用新型的光源溫度控制電路采用專 門的溫度控制芯片，提高光源波長(zhǎng)控制的精度，從而提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的它包括DFB光源和光纖傳感探頭以及連接二者的 光路組件，其特征是所述的光源由鋸齒波電路驅(qū)動(dòng)，所述光路組件包括分路器以及與分路器 連接的探測(cè)光路組件和參考光路組件，所述探測(cè)光路組件將光纖傳感探頭返回的光信號(hào)輸入 到光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)輸入到AD轉(zhuǎn)換電路，其特 征是所述AD轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)到微處理器信號(hào)處理電路； .
所述探測(cè)光路組件包括輸入端與分路器連接的第一 2X2耦合器、第二 2X2耦合器和第
3三2X2耦合器，第一耦合器的輸出端通過(guò)一段較長(zhǎng)的光纖和第一瓦斯傳感探頭的光信號(hào)輸入 端相連，第一耦合器的反射端和光電探測(cè)電路的輸入端第一光電操測(cè)器連接。第二和第三2 X2耦合器的輸出端分別與第二和第三瓦斯傳感探頭連接，反射端分別與光電探測(cè)電路的第二 光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器連接。
所述參考光路組件包括一個(gè)輸入端與分路器連接的第四2X2耦合器，第四2X2耦合^ 的一個(gè)輸出端通過(guò)光纖接入到參考?xì)馐?，所述參考?xì)馐彝ㄟ^(guò)光纖輸出光信號(hào)至第四光電探測(cè) 器，第四2X2耦合器的另二輸出端與第五光電探測(cè)器連接。
所述的微處理器信號(hào)處理電路通過(guò)微處理器實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的采集、處理和濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換、 輸出等功能。
與所述微處理器信號(hào)處理電路連接的還有輸出顯示和按鍵輸入電路，電源電路。其中數(shù) 據(jù)顯示電路主要是LCD顯示電路用以顯示瓦斯?jié)舛群脱b置本身的狀態(tài)；按鍵輸入電路用以控 制顯示電路所顯示的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)裝置的濃度顯示和參數(shù)設(shè)置等功能。
與所述微處理器信號(hào)處理電路連接的有模擬信號(hào)輸出電路。所述的微處理器信號(hào)處理電 路經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)輸出電路把轉(zhuǎn)換裝置所得到的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA電流信號(hào)或者 200-1000HZ的頻率信號(hào)進(jìn)行輸出。
與所述微處理器信號(hào)處理電路通過(guò)數(shù)據(jù)輸出電路連接有聲光報(bào)警和LED顯示。所述的微 處理器信號(hào)處理電路通過(guò)數(shù)據(jù)輸出電路把所得到的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)經(jīng)過(guò)光纜傳送到瓦斯傳感探 頭的聲光報(bào)警和LED顯示單元，由其根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行報(bào)警和濃度顯示。
所述微處理器信號(hào)處理電路控制光源驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生恒流源驅(qū)動(dòng)DFB光源發(fā)光。所述微處 理器信號(hào)處理電路通過(guò)自身的DA產(chǎn)生一定的模擬信號(hào)控制鋸齒波恒流源電路產(chǎn)生恒流源驅(qū) 動(dòng)DFB光源發(fā)光；其中鋸齒波的頻率和信號(hào)大小由微處理器信號(hào)處理電路控制。
所述的DFB溫度控制電路控制DFB激光器的波長(zhǎng)。通過(guò)專用溫度控制芯片(ADN8S30、 LTC1923等)控制光源的波長(zhǎng)使其固定在瓦斯氣體的吸收峰所在的波長(zhǎng)。
所述的電源電路為其他電路單元供電。整個(gè)裝置由正負(fù)12V的開關(guān)電源供電，各電路單 元之間通過(guò)電路板上的電源線連接為其提供電能。
裝置工作時(shí)首先由光源驅(qū)動(dòng)電路(包括光源驅(qū)動(dòng)電路和光源溫度控制電路)驅(qū)動(dòng)光源產(chǎn) 生指定波長(zhǎng)的光，光源發(fā)出的光經(jīng)光路到達(dá)傳感裝置和參考?xì)馐遥缓髱в袧舛刃盘?hào)的光信 號(hào)又返回到光電轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，該電壓信號(hào) 經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換電路把模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)微 處理器數(shù)字處理電路根據(jù)Beer-Lambert定律，計(jì)算可得出現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)。該濃度信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出電路傳送到傳感裝置進(jìn)行顯示或聲光報(bào)警，通過(guò)模擬信號(hào)輸出電路轉(zhuǎn)換為 4-20mA的電流信號(hào)或者200-1000HZ的頻率信號(hào)進(jìn)行濃度輸出，該濃度信號(hào)還通過(guò)數(shù)字顯示 電路進(jìn)行濃度信號(hào)顯示。按鍵電路可對(duì)主機(jī)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示電路在濃度顯示，各通 道電壓值顯示及主機(jī)參數(shù)設(shè)置等之間的轉(zhuǎn)換。
本實(shí)用新型所述的礦用瓦斯光纖檢測(cè)裝置充分發(fā)揮光纖測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將光學(xué)和電子兩 部分技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使得本實(shí)用新型具有如下優(yōu)勢(shì)。
1、 由于采用單片微計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，實(shí)現(xiàn)了瓦斯?jié)舛鹊娘@示和聲光報(bào)警功能， 使裝置的智能化程度提高，同時(shí)降低了儀器的制造成本；
2、 裝置配有濃度信號(hào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)接口，即每個(gè)傳感器配有一個(gè)200~1000HZ的頻率型輸出 接口、 一個(gè)4一20mA的電流輸出接口和一個(gè)數(shù)字RS232/RS485接口，揭高了該裝置與其 他礦用設(shè)備的兼容性，有利于利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)閉鎖、瓦斯斷電等智能化控制功能；
3、 該光纖檢測(cè)裝置還增加了現(xiàn)場(chǎng)顯示和報(bào)警功能，井下出現(xiàn)瓦斯突出等危險(xiǎn)情況時(shí)，井下工 人可以更方便看到報(bào)警信息；
4、 本實(shí)用新型采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)和專用溫度控制芯片控制光源的溫度，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度和 穩(wěn)定性，圖3給出了某個(gè)裝置一個(gè)光纖傳感探頭的一組典型測(cè)量值。


圖1瓦斯轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)框圖
圖2裝置光路圖，其中，1—光源、2—分路器、3—第一耦合器、4~第一光纜，5—第一 傳感探頭，6-第二耦合器，7—第二光纜，8—第二傳感探頭，9一第三耦合器，10~第三光纜， 11—第三傳感探頭，12—第四耦合器，13—參考?xì)馐遥琍D1—第一探測(cè)器，PD2—第二探測(cè)器， PD3—第三探測(cè)器，PD4—第四探測(cè)器，PD5—第五探測(cè)器。
圖3瓦斯典型測(cè)量值；圖4瓦斯?jié)舛群蜏y(cè)量電壓關(guān)系圖；圖5微處理器信號(hào)處理電路； 圖6光源驅(qū)動(dòng)和溫度控制電路；圖7光電轉(zhuǎn)換和AD轉(zhuǎn)換電路；圖8模擬信號(hào)輸出電路；圖 9數(shù)字信號(hào)輸出電路；圖10數(shù)據(jù)輸出電路；圖ll數(shù)據(jù)顯示電路；圖12按鍵輸入電路；
具體實(shí)施方案
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案做如下詳述
作為一個(gè)具體例子，以下給出了實(shí)現(xiàn)該實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)例，即光纖瓦斯轉(zhuǎn)換裝置。
如原理框圖1所示，本裝置由A和B兩部分組成，其中A是所述裝置的瓦斯傳感探頭部 分，由傳感探頭外殼、光纖準(zhǔn)直器、LED瓦斯?jié)舛蕊@示和聲光報(bào)警等組成；B是所述裝置的 主機(jī)部分，由電源電路、光源溫度控制電路、光源驅(qū)動(dòng)電路、DFB光源、光電轉(zhuǎn)換電路、AD 5轉(zhuǎn)換電路、微處理器信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)輸出電路、模擬信號(hào)輸出電路、數(shù)據(jù)顯示電路、按 鍵輸入電路和光路等組成。
DFB激光器的波長(zhǎng)對(duì)溫度和驅(qū)動(dòng)電流敏感，但是由于其波長(zhǎng)受溫度調(diào)制的速度較慢，且不 容易穩(wěn)定，因此本實(shí)用新型采用周期性改變激光器的注入電流同時(shí)控制激光器溫度在一恒定 值的辦法調(diào)制激光器波長(zhǎng)。 .
根據(jù)Beer-Lambert定律，當(dāng)光強(qiáng)為/。的光照射某種氣體時(shí)，由于發(fā)生共振吸收，其入
射光強(qiáng)/Q 和出射光強(qiáng)/之間滿足關(guān)系
/(A ) = /0(義)exp( - aC丄)
其中a為被測(cè)氣體吸收系數(shù)、C為被測(cè)氣體濃度、L為被測(cè)氣體吸收腔長(zhǎng)度?？紤]到光路 等的損耗Beer-Lambert定律可修正為如下公式
/(;i) =o(;i) exp( -ac丄)
其中K為損耗系數(shù) 反解上式可得
C = ln(《/^丄 (1)
由上式可知，通過(guò)測(cè)量入射前后的光強(qiáng)和光程即可測(cè)得被測(cè)氣體的濃度。由于系統(tǒng)的光程 是一固定值，因此我們只需測(cè)量吸收前后光強(qiáng)的變化即可測(cè)得被測(cè)瓦斯的濃度。
所述裝置中光電探測(cè)器采用InGaAs光電探測(cè)器，其輸出電流光電探測(cè)器的光強(qiáng)成一定的 線性關(guān)系，因此在光電探測(cè)電路中，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器后所輸出的電壓信號(hào)和進(jìn)入光電探測(cè)器 的光強(qiáng)成線性關(guān)系。
以下以第一通道的測(cè)量原理來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型所述裝置的具體實(shí)施方案。
如圖2所示，光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)1X4的分路器2被分為四束25: 25: 25: 25的光，分
別定義為第一、第二、第三和第四束光。其中第一、第二和第三束光分別進(jìn)入第一、第二和 第三耦合器(2X2) 3、 6、 9的入射端，經(jīng)出射端分別到達(dá)第一、第二和第三光纖傳感操頭， 該光束分別經(jīng)過(guò)探頭上的反射鏡反射后通過(guò)各自耦合器的反射端到達(dá)光電探測(cè)電路的輸入端 第一光電探測(cè)器PD1、第二光電探測(cè)器PD2和第三光電探測(cè)器PD3，該三個(gè)光電探測(cè)電路的輸 出電壓分別為V1、 V2、 V3，這些電壓信號(hào)和氣體吸收后得光強(qiáng)成一定的線性關(guān)系。第四束光 通過(guò)第四耦合器(1X2)的入射端，該第四耦合器的第一出射端經(jīng)過(guò)參考?xì)馐疫B接光電探測(cè) 電路的第四光電探測(cè)器PD4，該光電探測(cè)電路輸出的電壓信號(hào)為V4。參考?xì)馐抑醒b有高濃度斯吸收峰所在的位置，由于該參考光路的 光和經(jīng)過(guò)光纖傳感探頭的光是同一個(gè)光源發(fā)出的光，可以利用該信號(hào)消除因溫度等的變化引 起的吸收峰位置變化造成的儀器測(cè)量誤差，提高了儀器檢測(cè)的精度；第四耦合器的第二輸出 端直接和光電探測(cè)電路的第五光電探測(cè)器PD5相連，該光電轉(zhuǎn)換電路所輸出的電壓信號(hào)V5與
無(wú)氣體吸收時(shí)光強(qiáng)成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。以第一通道為例，微處理器信號(hào)處理過(guò)程中5/《和吸
收前后光強(qiáng)的比值"》《成一定的線性關(guān)系，由式(1)計(jì)算可得第一瓦斯傳感探頭處瓦斯的 濃度。圖3給出了吸收前后的光強(qiáng)變化比值(已轉(zhuǎn)換為電壓)和瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系圖，其中橫 軸代表光強(qiáng)吸收前后的比值，縱軸代表甲垸的濃度值。圖4給出了一組典型測(cè)量值。其中， 橫軸代表待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，縱軸代表本儀器的實(shí)際測(cè)量值。所述裝置的各個(gè)部分如下
所述的前端傳感裝置主要包括帶有反射鏡光纖準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)的光纖準(zhǔn)直器、六位LED數(shù)碼顯 示和聲光報(bào)警裝置。其中三位LED數(shù)碼管顯示現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛?；三位LED數(shù)碼管顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度 值；聲光報(bào)警，當(dāng)瓦斯的濃度超過(guò)設(shè)定報(bào)警值時(shí)提供聲音和燈光閃爍報(bào)警。
如圖5所示，所述的微處理器信號(hào)處理電路，作為優(yōu)先實(shí)現(xiàn)的一個(gè)方案，本裝置的微處 理器芯片采用C8051F410,首先通過(guò)第17引腳以DA的方式結(jié)合圖6虛線框所示的光源驅(qū)動(dòng) 電路產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波恒流源驅(qū)動(dòng)激光器工作；通過(guò)第9-15引腳控制并讀取AD的輸出值獲取 PDl—PD4轉(zhuǎn)換所得的電壓信號(hào)Vl-V4，通過(guò)第16引腳使用內(nèi)部AD獲得PD5轉(zhuǎn)換所得的電 壓信號(hào)V5，根據(jù)電壓V4和V5可得瓦斯吸收峰所在的位置，根據(jù)吸收峰位置和電壓Vl-V3 的值可得瓦斯吸收前后的電壓的比值，根據(jù)朗伯一比爾光譜吸收定律，通過(guò)運(yùn)算處理單元計(jì) 算可得被測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛戎怠Ｖ笸ㄟ^(guò)第30和31引腳送往液晶顯示單元LCM12864ZK進(jìn)行 濃度數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)第25-29引腳控制MAX 541并結(jié)合AD694進(jìn)行4-20mA模擬量輸出，通 過(guò)第21和22引腳結(jié)合MAX 202以RS232方式把濃度信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)絺鞲醒b置進(jìn)行 顯示和聲光報(bào)警，通過(guò)第18、 19、 20、 23和24引腳控制按鍵實(shí)現(xiàn)輸出顯示單元各顯示方式 之間的轉(zhuǎn)換。
如圖6所示，所述的激光器恒流源驅(qū)動(dòng)電路和溫度控制電路保證了激光器工作在指定的波 長(zhǎng)。其中，恒流源驅(qū)動(dòng)電路主要由電容C38、 C39、 C40，電阻R26、 R27、 R28、 R49、 R50，, 場(chǎng)效應(yīng)管Q3- NTP15NE06和運(yùn)放放大器U9-LMC6484組成。微處理器通過(guò)第17引腳數(shù)模轉(zhuǎn) 換DA產(chǎn)生的恒流源通過(guò)電阻R28轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)過(guò)運(yùn)放U9后控制Q3工作在開關(guān)狀態(tài)，通 過(guò)R49產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制的恒流源驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光。溫度控制電路以DFB激光器專用溫控芯片 ADN8830為例給出了具體實(shí)施方案。U7-ADN8830為核心器件，光源的熱敏電阻RH和R40、R41、 R42組成橋式分壓電路，通過(guò)調(diào)整電阻R42的阻值可設(shè)定光源工作的溫度。根據(jù)光源熱 敏電阻RH的值和溫度設(shè)定電阻值R42之間的差值，U7控制輸出電流的方向，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管 對(duì)Ql -FDW2520和Q2- FDW2520實(shí)現(xiàn)對(duì)DFB激光器制冷電流的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的溫 度控制。
如圖7所示，為所述的光電轉(zhuǎn)換電路和AD轉(zhuǎn)換電路。其中光電轉(zhuǎn)電路把經(jīng)過(guò)各光纖傳. 感探頭的光信號(hào)經(jīng)過(guò)InGaAs光電探測(cè)器PD1-PD5轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并把電壓信號(hào)輸出到AD 轉(zhuǎn)換電路。光電轉(zhuǎn)換電路主要由Cl-C5、 C6、 C8、 C10、 C12、 C14、 C16-C19、 C22、 C23、 C25、 C26、 PD1-PD5、 R1-R25和運(yùn)算放大器Ul-U5 (LMC6484)組成。以第一通道為例，PD1 把帶有濃度信號(hào)的光轉(zhuǎn)換成為電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電阻R1和U1的第l、 2、 3引腳組成的運(yùn)放 把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，之后經(jīng)過(guò)U1的第5、 6、 7引腳和電阻R2-R4組成的反饋放大電 路把電壓信號(hào)放大到合適的電壓范圍，該電壓VI經(jīng)過(guò)電阻R5接到AD轉(zhuǎn)換電路的一個(gè)輸入 端。AD轉(zhuǎn)換電路的核心是AD轉(zhuǎn)換芯片U8-AD974，其轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由微處理器U1的第14腳提 供，光電轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓Vl-V4分別輸出到U8的4個(gè)模擬輸入端即U8的第26、 28、 3、 5引腳上，Ul的第9、 10引腳分別連接U8的第23、 22引腳，控制了 AD974的轉(zhuǎn)換通道，數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換后，Ul通過(guò)第13引腳讀取U8第17引腳數(shù)據(jù)。PD5探測(cè)到的電壓V5直接連接到微 處理器U1的第16引腳，使用內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
如圖8所示，為所述的瓦斯?jié)舛饶M信號(hào)輸出電路。主要由電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541 和電壓電流轉(zhuǎn)換器AD694組成。以第一通道為例，U11-MAX541為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，時(shí)鐘輸入第 5腳連接微處理器Ul的第28腳，由Ul為其提供轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸入第6腳和微處理器Ul 的第29腳相連，微處理器計(jì)算所得的瓦斯?jié)舛韧ㄟ^(guò)Ul的第29腳輸出到Ull的第6腳，該 數(shù)字信號(hào)經(jīng)Ull轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)Ull的第1腳輸出到U3-AD694的第 3腳，最終瓦斯?jié)舛刃盘?hào)經(jīng)U3轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。該標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)可以與 其他工控設(shè)備直接連接使用，方便了本實(shí)用新型所述裝置與其他設(shè)備的配套使用。
如圖9所示，為所述的瓦斯?jié)舛葦?shù)字輸出接口電路。該數(shù)字輸出接口電路包括RS232和 RS485兩種輸出方式。U10-MAX202的數(shù)據(jù)輸入第11引腳和微處理器U1的第22引腳相連， 接受微處理器發(fā)送的濃度數(shù)據(jù)，通過(guò)第14腳把濃度信號(hào)發(fā)送到輸出端。同時(shí)數(shù)據(jù)接受端第13 腳接受外界的數(shù)據(jù)，通過(guò)第12腳把數(shù)據(jù)傳送給微處理器U1，采用MODBUS協(xié)議(可選用其 他通訊協(xié)議)實(shí)現(xiàn)U1與外界設(shè)備的通訊。 ，
如圖10所示，為所述的數(shù)據(jù)輸出模塊，與數(shù)字濃度輸出模塊類似，電路中通過(guò)引入 U7-MAX1487實(shí)現(xiàn)了 Ul與傳感探頭之間的RS485通訊，使得數(shù)據(jù)能夠在傳感裝置上進(jìn)行顯示和聲光報(bào)警。
如圖11所示，為所述的液晶顯示。其中，液晶顯示選用液晶模塊LCM12864ZK，通過(guò)微 處理器Ul的第30腳為其提供時(shí)鐘，第31腳傳送數(shù)據(jù)，Ul和液晶顯示模塊之間實(shí)現(xiàn)總線式 通訊即可實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊鹊娘@示。
如圖12所示，為所述的按鍵輸入電路。所述的按鍵電路包括五個(gè)按鍵分別為上、下、左、 右和功能鍵，通過(guò)微處理器U1的第18-21和第24引腳，結(jié)合軟件程序?qū)崿F(xiàn)了液晶顯示模塊 的顯示內(nèi)容在各個(gè)通道瓦斯?jié)舛龋妷褐岛蛢x器參數(shù)設(shè)置之間的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)上述原理我們實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)量，圖3給出了一組典型測(cè)量值。其中，橫軸代表待 測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度，縱軸代表本儀器的實(shí)際測(cè)量值。
此外，傳感探頭部分與主機(jī)通訊采用RS232接口，顯示采用普通的LED顯示電路即可完 成，由于該技術(shù)相對(duì)已比較成熟，實(shí)際應(yīng)用中我們采用微處理器C8051F410控制CILE公司 生產(chǎn)的數(shù)碼管P-5631A進(jìn)行顯示，蜂鳴器采用江蘇省華興機(jī)電有限公司生產(chǎn)的SFM-27型連 續(xù)聲蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 '
該例子是本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)方法，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，不違背本實(shí)用新型的前提下 所作的任何顯而易見的改動(dòng)，應(yīng)該屬于本實(shí)用新型所述的構(gòu)思和所要求的權(quán)利范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求1、一種礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，它包括DFB光源和光纖傳感探頭以及連接二者的光路組件，其特征是所述的光源由鋸齒波電路驅(qū)動(dòng)，所述光路組件包括分路器以及與分路器連接的探測(cè)光路組件和參考光路組件，所述探測(cè)光路組件將光纖傳感探頭返回的光信號(hào)輸入到光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)輸入到AD轉(zhuǎn)換電路，其特征是所述AD轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)到微處理器信號(hào)處理電路；所述探測(cè)光路組件包括輸入端與分路器連接的第一2×2耦合器、第二2×2耦合器和第三2×2耦合器，第一耦合器的輸出端通過(guò)一段較長(zhǎng)的光纖和第一瓦斯傳感探頭的光信號(hào)輸入端相連，第一耦合器的反射端和光電探測(cè)電路的輸入端第一光電探測(cè)器連接；第二和第三2×2耦合器的輸出端分別與第二和第三瓦斯傳感探頭連接，反射端分別與光電探測(cè)電路的第二光電探測(cè)器和第三光電探測(cè)器連接；所述參考光路組件包括一個(gè)輸入端與分路器連接的第四2×2耦合器，第四2×2耦合器的一個(gè)輸出端通過(guò)光纖接入到參考?xì)馐?，所述參考?xì)馐彝ㄟ^(guò)光纖輸出光信號(hào)至第四光電探測(cè)器，第四2×2耦合器的另一輸出端與第五光電探測(cè)器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，其特征是與所述微' 處理器信號(hào)處理電路連接的還有輸出顯示和按鍵輸入電路，電源電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，其特征是與所述微 處理器信號(hào)處理電路連接的有模擬信號(hào)輸出電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，其特征是與所述微 處理器信號(hào)處理電路通過(guò)數(shù)據(jù)輸出電路連接有聲光報(bào)警和LED顯示。 '
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，其特征是所述微處 理器信號(hào)處理電路控制光源驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生恒流源驅(qū)動(dòng)DFB光源發(fā)光。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，其特征是所述DFB 激光器連接有DFB溫度控制電路。
專利摘要一種礦用光纖瓦斯監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換裝置，它包括DFB光源和光纖傳感探頭以及連接二者的光路組件，其特征是所述的光源由鋸齒波電路驅(qū)動(dòng)，所述光路組件包括分路器以及與分路器連接的探測(cè)光路組件和參考光路組件，所述探測(cè)光路組件將光纖傳感探頭返回的光信號(hào)輸入到光電轉(zhuǎn)換電路，所述光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)輸入到AD轉(zhuǎn)換電路，其特征是所述AD轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字信號(hào)到微處理器信號(hào)處理電路，本技術(shù)方案主要用于煤礦瓦斯檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/39GK201378144SQ200920019689
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者劉統(tǒng)玉, 忠 周, 盈 尚, 李艷芳, 哲 王, 趙燕杰, 魏玉賓 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院激光研究所