專利名稱：一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測礦井內(nèi)氣體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種束管檢測用數(shù)據(jù)處理與控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著礦井安全防范意識的增強，火災(zāi)自燃束管監(jiān)測系統(tǒng)已逐漸廣泛的應(yīng)用于煤炭行業(yè)，其工作原理是通過束管把井下各監(jiān)測點的樣品氣抽取到檢測室，在管理工作站的控制下，通過控制柜自動切換氣路，對樣品氣進行檢測，通過氣體變化趨勢圖、三角爆炸分析原理分析可能的自燃爆炸危險程度，實現(xiàn)對井下火災(zāi)自燃、爆炸的預(yù)警，避免事故發(fā)生。目前，火災(zāi)自燃束管監(jiān)測系統(tǒng)中主要采用色譜儀作為檢測設(shè)備，而色譜儀的工作模式為樣品氣體進入色譜儀后在載氣的輸送下，經(jīng)過色譜柱的作用后改變所檢測氣體的流速，從而起到分離的作用，然后經(jīng)熱導(dǎo)或氫焰檢測器轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給采集卡，并由采集卡將關(guān)于各氣體濃度的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳送給管理工作站，由此可見，色譜儀的檢測、處理過程比較復(fù)雜，速度較慢，一路樣品氣的分析時長一般為10-15分鐘，檢測周期長；并且色譜儀在連續(xù)工作的情況下，極容易發(fā)熱，加快了色譜柱的老化速度，鑒于此，色譜儀不能長時間連續(xù)在線運行。然而，瓦斯氣體是煤礦安全生產(chǎn)最具威脅的隱患因素之一，瓦斯與氧氣的混合比例達到一定比例就有自燃、爆炸的危險，所以連續(xù)、快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測其濃度比例是煤礦所需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置及方法，能夠連續(xù)、快速的監(jiān)測礦井內(nèi)各監(jiān)測點的瓦斯氣體濃度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于包括氣體紅外檢測儀，氣體紅外檢測儀中設(shè)有氧氣紅外檢測元件、 一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件、甲烷紅外檢測元件以及CPU單元，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電聯(lián)接CPU單元。優(yōu)選的，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間設(shè)置模擬信號通道切換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中設(shè)有一路轉(zhuǎn)換通道，CPU單元控制聯(lián)接模擬信號通道切換器。優(yōu)選的，還包括管理工作站，氣體紅外檢測儀內(nèi)增設(shè)串行通訊卡，串行通訊卡包括串口以及與串口相聯(lián)的外圍通訊電路，外圍通訊電路與CPU單元電聯(lián)接，串口電聯(lián)接管理工作站。優(yōu)選的，還包括控制柜，控制柜內(nèi)安裝有第一氣體分配器和第二氣體分配器，第一氣體分配器的總?cè)肟诼?lián)通抽氣泵、各分出口上均設(shè)置兩位三通電磁閥，兩位三通電磁閥的分支輸出口一一對應(yīng)聯(lián)接第二氣體分配器的分入口，第二氣體分配器的總出口經(jīng)微型氣泵連通氣體紅外檢測儀的輸入口，各兩位三通電磁閥交替開啟，同一時間第一氣體分配器中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀的輸入口相通。優(yōu)選的，控制柜內(nèi)還設(shè)置串行通訊板，管理工作站通過通訊線聯(lián)接串行通訊板，串行通訊板并行電信號控制繼電器驅(qū)動板，繼電器驅(qū)動板控制聯(lián)接兩位三通電磁閥和抽氣栗。優(yōu)選的，控制柜的機殼上設(shè)置有通訊線的轉(zhuǎn)接件，轉(zhuǎn)接件分別聯(lián)接管理工作站和串行通訊板。優(yōu)選的，微型氣泵與氣體紅外檢測儀之間串設(shè)穩(wěn)壓閥和過濾器。本發(fā)明還提供了一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制方法，包括以下步驟
步驟一抽氣；
開啟抽氣泵工作30-45分鐘，將原來存留在束管中的氣體排出，抽入礦井內(nèi)各監(jiān)測點的氣體，開始控制某一兩位三通電磁閥工作，保證同一時間第一氣體分配器中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀的輸入口相通；
管理工作站進入延時狀態(tài)，采集的樣品氣體進入氣體紅外檢測儀，待此路樣品氣將氣體紅外檢測儀中的氣體吹出；
步驟二 檢測；
待管理工作站的延時狀態(tài)結(jié)束，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件開始一一對應(yīng)將樣品氣中氧氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)模擬信號通道切換器依次切換，A/D轉(zhuǎn)換后傳給CPU單元，CPU單元上傳至管理工作站；
步驟三結(jié)果顯示與保存；
管理工作站根據(jù)檢測結(jié)果繪制氣體濃度變化趨勢圖，并顯示與保存，完成一路束管監(jiān)測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
I、由于由氣體紅外檢測儀代替現(xiàn)有技術(shù)中的色譜儀，可直接利用氣體紅外檢測儀中各種紅外檢測元件快速的將氣體的濃度轉(zhuǎn)換為不同強度的電信號，保存在CPU單元中，此種處理方式簡潔，大大縮短了單路樣品氣的檢測、分析周期；并且紅外檢測元件屬于傳感器， 靈敏度高，并且能夠長時間在線運行，克服了現(xiàn)有技術(shù)中色譜儀中色譜柱易老化和不能長時間連續(xù)運行的弊端。2、氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間設(shè)置模擬信號通道切換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中設(shè)有一路轉(zhuǎn)換通道，CPU單元控制聯(lián)接模擬信號通道切換器，使模擬信號通道切換器在CPU單元的控制下依次將反應(yīng)各種氣體濃度的電信號輸送給一路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，減少了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的路數(shù)，降低其成本。3、在氣體紅外檢測儀內(nèi)增設(shè)串行通訊卡，串行通訊卡包括串口以及與串口相聯(lián)的外圍通訊電路，外圍通訊電路與CPU單元電聯(lián)接，串口電連接管理工作站，實現(xiàn)了氣體紅外檢測儀與管理工作站間的直接通訊，提高了系統(tǒng)控制的可靠性。
4、控制柜內(nèi)安裝有第一氣體分配器和第二氣體分配器，第一氣體分配器的總?cè)肟诼?lián)通抽氣泵、各分出口上均設(shè)置兩位三通電磁閥，兩位三通電磁閥的分支輸出口一一對應(yīng)聯(lián)接第二氣體分配器的分入口，第二氣體分配器的總出口經(jīng)微型氣泵連通氣體紅外檢測儀的輸入口，各兩位三通電磁閥交替開啟，同一時間第一氣體分配器中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀的輸入口相通,使用時,可先開啟抽氣泵一段時間，將束管中的氣體全部抽出，抽入各檢測點的氣體，通過控制兩位三通電磁閥，實現(xiàn)了同一時間只檢測一路礦井內(nèi)氣體，進一步保證了氣體檢測的準(zhǔn)確性。5、控制柜內(nèi)還設(shè)置串行通訊板，管理工作站通過通訊線聯(lián)接串行通訊板，串行通訊板并行電信號控制繼電器驅(qū)動板，繼電器驅(qū)動板控制聯(lián)接兩位三通電磁閥和抽氣泵，現(xiàn)了管理工作站與串行通訊板的串行通訊，只需要發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線和地線三根信號線即可，減少了信號線的數(shù)量，并且串行通訊具有數(shù)據(jù)校驗規(guī)程，提高了信號傳輸?shù)目煽啃?；并減少了安裝人員的接線工作量，避免了線路交叉接錯的情況。6、控制柜的機殼上設(shè)置有通訊線的轉(zhuǎn)接件，轉(zhuǎn)接件分別聯(lián)接管理工作站和串行通訊板，可使管理工作站與串行通訊板之間的通訊線在控制柜處實現(xiàn)轉(zhuǎn)接，用戶在挪動控制柜時，只需拔插接在控制柜上通訊線即可，而不必打開控制柜，更加方便用戶的使用。7、增設(shè)的穩(wěn)壓閥能夠控制氣體的流速，進一步提高各紅外檢測元件的檢測精度； 過濾器則阻擋了氣體中的灰塵，延長了各紅外檢測元件的使用壽命。 8、本發(fā)明的檢測精度高，氧氣、二氧化碳和甲烷的檢測精度為萬分之一，一氧化碳的檢測精度可以達到IOppm級。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖2是控制柜的結(jié)構(gòu)框圖。圖中標(biāo)記
I、管理工作站；2、氣體紅外檢測儀；21、氧氣紅外檢測元件；22、一氧化碳紅外檢測元件；23、二氧化碳紅外檢測元件；24、甲烷紅外檢測元件；25、模擬信號通道切換器；
26、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；27、串行通訊卡；28、CPU單元；3、控制柜；31、串行通訊板；
32、繼電器驅(qū)動板；33、兩位三通電磁閥；34、第一氣體分配器；35、第二氣體分配器；
36、微型氣泵；37、穩(wěn)壓閥；38、過濾器；4、束管；5、抽氣泵。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。如圖1、2所示，本發(fā)明中，氣體紅外檢測儀2中的氧氣紅外檢測元件21、一氧化碳紅外檢測元件22、二氧化碳紅外檢測元件23和甲烷紅外檢測元件24通過模擬信號通道切換器25電聯(lián)接具有一路轉(zhuǎn)換通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26電聯(lián)接CPU單元28， CPU單元28控制聯(lián)接模擬信號通道切換器25，直接利用氣體紅外檢測儀2中各種紅外檢測元件快速的將氣體的濃度轉(zhuǎn)換為不同強度的電信號，保存在CPU單元28中，此種處理方式簡潔，大大縮短了單路樣品氣的檢測、分析周期；并且紅外檢測元件屬于傳感器，靈敏度高， 并且能夠長時間在線運行，克服了現(xiàn)有技術(shù)中色譜儀中色譜柱易老化和不能長時間連續(xù)運行的弊端；并使模擬信號通道切換器25在CPU單元28的控制下依次將反應(yīng)各種氣體濃度的電信號輸送給一路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，減少了模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26的路數(shù)，降低其成本。在氣體紅外檢測儀2內(nèi)增設(shè)串行通訊卡27，串行通訊卡27包括串口以及與串口相聯(lián)的外圍通訊電路，外圍通訊電路與CPU單元28電聯(lián)接，串口電連接管理工作站1，實現(xiàn)了氣體紅外檢測儀2與管理工作站I間的直接通訊，提高了系統(tǒng)控制的可靠性。還設(shè)置了管理工作站I和控制柜3，氣體紅外檢測儀2內(nèi)增設(shè)串行通訊卡27，串行通訊卡27包括串口和與串口相聯(lián)的外圍通訊電路，外圍通訊電路與CPU單元28電聯(lián)接，串口電聯(lián)接管理工作站I。控制柜3內(nèi)安裝有第一氣體分配器34和第二氣體分配器35,第一氣體分配器34的總?cè)肟诼?lián)通抽氣泵5、各分出口上均設(shè)置兩位三通電磁閥33，兩位三通電磁閥33的分支輸出口一一對應(yīng)聯(lián)接第二氣體分配器35的分入口，第二氣體分配器35的總出口經(jīng)微型氣泵36連通氣體紅外檢測儀2的輸入口，各兩位三通電磁閥33交替開啟，同一時間第一氣體分配器34中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀2的輸入口相通。使用時，可先開啟抽氣泵5 —段時間，將束管4中的氣體全部抽出，抽入各檢測點的氣體，通過控制兩位三通電磁閥33，實現(xiàn)了同一時間只檢測一路礦井內(nèi)氣體，進一步保證了氣體檢測的準(zhǔn)確性?？刂乒?內(nèi)還設(shè)置串行通訊板31，管理工作站I通過通訊線聯(lián)接串行通訊板31， 串行通訊板31并行電信號控制繼電器驅(qū)動板32，繼電器驅(qū)動板32控制聯(lián)接兩位三通電磁閥33和抽氣泵5，現(xiàn)了管理工作站I與串行通訊板31的串行通訊，只需要發(fā)送數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線和地線三根信號線即可，減少了信號線的數(shù)量，并且串行通訊具有數(shù)據(jù)校驗規(guī)程， 提高了信號傳輸?shù)目煽啃裕徊p少了安裝人員的接線工作量，避免了線路交叉接錯的情況。 控制柜3的機殼上設(shè)置有通訊線的轉(zhuǎn)接件，轉(zhuǎn)接件分別聯(lián)接管理工作站I和串行通訊板31， 可使管理工作站I與串行通訊板31之間的通訊線在控制柜3處實現(xiàn)轉(zhuǎn)接，用戶在挪動控制柜3時，只需拔插接在控制柜3上通訊線即可，而不必打開控制柜3，更加方便用戶的使用。微型氣泵36與氣體紅外檢測儀2之間串設(shè)穩(wěn)壓閥37和過濾器38，穩(wěn)壓閥37能夠控制氣體的流速，進一步提高各紅外檢測元件的檢測精度；過濾器38則阻擋了氣體中的灰塵，延長了各紅外檢測元件的使用壽命。上述裝置的工作原理和控制方法如下
將匯集在檢測室的束管4中的各芯管連接在各兩位三通電磁閥33的輸入端，管理工作站I通過控制柜3內(nèi)的繼電器驅(qū)動板32啟動抽氣泵5，待抽氣泵5工作約四十五分鐘左右， 將存留在束管4中的氣體全部排出，而抽入礦井內(nèi)各檢測點的氣體，此時管理工作站I控制兩位三通電磁閥33，使只有一路芯管與氣體紅外檢測儀2的輸入口相通，管理工作站I進入延時狀態(tài)，采集的樣品氣體進入氣體紅外檢測儀2。待此路樣品氣將氣體紅外檢測儀2中的氣體吹出；待管理工作站I的延時狀態(tài)結(jié)束，氧氣紅外檢測元件21開始檢測樣品氣中氧氣的濃度，一氧化碳紅外檢測元件22開始檢測樣品氣中一氧化碳的濃度，二氧化碳紅外檢測元件23開始檢測樣品氣中二氧化碳的濃度，甲烷紅外檢測元件24開始檢測樣品氣中甲烷的濃度，保證檢測元件中的樣品氣是真正所選氣路的有效氣體；并將各濃度信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)模擬信號通道切換器25依次切換，A/D轉(zhuǎn)換后傳給CPU單元28，CPU單元28通過串口按照Modbus通訊協(xié)議上傳至管理工作站I ;
管理工作站I對上述數(shù)據(jù)進行顯示、打印、保存，并繪制趨勢變化圖，同時把數(shù)據(jù)上傳至礦井調(diào)度室?？刂埔来螌?dǎo)通其余的兩位三通電磁閥33，完成其它監(jiān)測點的檢測。經(jīng)過上述檢測，氧氣、二氧化碳和甲烷的檢測精度為萬分之一，一氧化碳的檢測精度可以達到IOppm級。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于包括氣體紅外檢測儀，氣體紅外檢測儀中設(shè)有氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件、甲烷紅外檢測元件以及CPU單元，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電聯(lián)接CPU單元。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間設(shè)置模擬信號通道切換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中設(shè)有一路轉(zhuǎn)換通道，CPU單元控制聯(lián)接模擬信號通道切換器。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于 還包括管理工作站，氣體紅外檢測儀內(nèi)增設(shè)串行通訊卡，串行通訊卡包括串口以及與串口相聯(lián)的外圍通訊電路，外圍通訊電路與CPU單元電聯(lián)接，串口電聯(lián)接管理工作站。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于 還包括控制柜，控制柜內(nèi)安裝有第一氣體分配器和第二氣體分配器，第一氣體分配器的總?cè)肟诼?lián)通抽氣泵、各分出口上均設(shè)置兩位三通電磁閥，兩位三通電磁閥的分支輸出口一一對應(yīng)聯(lián)接第二氣體分配器的分入口，第二氣體分配器的總出口經(jīng)微型氣泵連通氣體紅外檢測儀的輸入口，各兩位三通電磁閥交替開啟，同一時間第一氣體分配器中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀的輸入口相通。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于控制柜內(nèi)還設(shè)置串行通訊板，管理工作站通過通訊線聯(lián)接串行通訊板，串行通訊板并行電信號控制繼電器驅(qū)動板，繼電器驅(qū)動板控制聯(lián)接兩位三通電磁閥和抽氣泵。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于控制柜的機殼上設(shè)置有通訊線的轉(zhuǎn)接件，轉(zhuǎn)接件分別聯(lián)接管理工作站和串行通訊板。
7.按照權(quán)利要求4所述的一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，其特征在于微型氣泵與氣體紅外檢測儀之間串設(shè)穩(wěn)壓閥和過濾器。
8.一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制方法，包括以下步驟步驟一抽氣；開啟抽氣泵工作30-45分鐘，將原來存留在束管中的氣體排出，抽入礦井內(nèi)各監(jiān)測點的氣體，開始控制某一兩位三通電磁閥工作，保證同一時間第一氣體分配器中只有一個分出口與氣體紅外檢測儀的輸入口相通；管理工作站進入延時狀態(tài)，采集的樣品氣體進入氣體紅外檢測儀，待此路樣品氣將氣體紅外檢測儀中的氣體吹出；步驟二 檢測；待管理工作站的延時狀態(tài)結(jié)束，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件開始一一對應(yīng)將樣品氣中氧氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)模擬信號通道切換器依次切換，A/D轉(zhuǎn)換后傳給CPU單元，CPU單元上傳至管理工作站；步驟三結(jié)果顯示與保存；管理工作站根據(jù)檢測結(jié)果繪制氣體濃度變化趨勢圖，并顯示與保存，完成一路束管監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種束管紅外在線數(shù)據(jù)處理與控制裝置，屬于檢測礦井內(nèi)氣體技術(shù)領(lǐng)域，其包括氣體紅外檢測儀，氣體紅外檢測儀中設(shè)有氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件、甲烷紅外檢測元件以及CPU單元，氧氣紅外檢測元件、一氧化碳紅外檢測元件、二氧化碳紅外檢測元件和甲烷紅外檢測元件通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電聯(lián)接CPU單元。該控制裝置可直接利用氣體紅外檢測儀中各種紅外檢測元件快速的將氣體的濃度轉(zhuǎn)換為電信號，保存在CPU單元中，此種處理方式簡潔，縮短了單路樣品氣的檢測、分析周期；并且紅外檢測元件屬于傳感器，靈敏度高，能夠長時間在線運行，克服了現(xiàn)有技術(shù)中色譜柱易老化和不能長時間連續(xù)運行的弊端。
文檔編號G01N21/00GK102608028SQ201210040660
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者鄭偉 申請人:淄博立偉自動化監(jiān)控設(shè)備有限公司