并入個人礦工警報器的甲烷和水蒸氣傳感器的制造方法
【專利摘要】可安裝在帶有礦燈（由充電電池供電，安裝在頭盔的前側）的礦工頭盔內的個人危險氣體警報器配備有一個氣體傳感器和一個視覺指示器，它們也都由電池供電，如此一來，當氣體傳感器檢測到的氣體濃度觸發(fā)報警條件時，視覺指示器就會發(fā)出報警信號。報警條件也可發(fā)出音響警報。該氣體傳感器是一種非色散紅外（NDIR）氣體傳感器。氣體傳感器檢測甲烷時，報警條件是由高得異常的甲烷濃度水平增長率，或者由高于500ppm而又大大低于甲烷的爆炸下限值（如，將近10000ppm）的甲烷升高濃度觸發(fā)的，并且一旦甲烷樣品濃度降到甲烷的環(huán)境閥值水平以下，氣體傳感器就會重新校準。氣體傳感器檢測水蒸氣時，報警條件是由短時間內高得異常的水蒸氣增長率觸發(fā)的。如果個人氣體警報器沒有安裝在頭盔內，則是安裝在接有電源的外殼內。
【專利說明】并入個人礦工警報器的甲烷和水蒸氣傳感器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于用作為礦工用的個人安全裝置以探測、警示礦井中的危險氣體狀況的氣體傳感器的領域。

【背景技術】
[0002]利用一些氣體在紅外線的特性吸收帶的非色散紅外(NDIR)技術在氣體分析器行業(yè)廣泛應用于該些氣體的探測已經為時有幾十年了。這類氣體分析器利用的原理是，各種氣體顯示出會在紅外輻射譜的特定波長上被大量吸收。此處所用的術語“非色散”是指用于隔尚的設備，隔尚的目的在于測量特殊波長帶的福射，所述特殊波長帶與待測氣體的強吸收帶重合，這些設備通常是指窄帶濾光器或紅外透射濾光器，而不是指諸如棱鏡或衍射光柵這類的色散性元件。非色散紅外技術很久以來都被看作是最好的氣體測量方法之一。非色散紅外氣體傳感器不僅高度準確，而且也非常敏感，相對穩(wěn)定和容易操作和維護。相比非色散紅外(NDIR)氣體傳感器，如今的大多數其它氣體傳感器大體上都是交互式的。交互式氣體傳感器較不可靠、壽命短以及通常不精確，并且在有些情況下會被污染或飽和而進入失效或不能復原的狀態(tài)。
[0003]盡管交互式氣體傳感器大多都不可靠以及非色散紅外氣體探測技術是現(xiàn)有的最好技術之一，但是迄今為止，非色散紅外氣體傳感器仍然沒有得到廣泛和大量的應用。這有三大原因。
[0004]第一，如今有一些應用需要極大量的氣體傳感器，通常是數以百萬計。其中最明顯的一個例子便是在地下礦井中工作的礦工穿戴或攜帶的個人甲烷(CH4)傳感器，其可在煤礦開采過程中遇到或打開所謂的“甲烷包”時，探測接近爆炸極限水平的氣體濃度。由于甲烷沒有氣味，如果不配備個人甲烷傳感器，當有“甲烷包”被打開時，在地下工作的礦工就沒有辦法獲得這種致命情況的警示。如果礦工未注意到這種危險的工作環(huán)境，繼續(xù)挖掘煤礦床并從而跟往常一樣產生火花，最終，在迅速達到甲烷的最低爆炸極限后，就會在地下引發(fā)爆炸。
[0005]礦工在開采(煤或其它礦物)過程中遇到地下“儲水池”時，也會出現(xiàn)類似情況。在這種情況下，除非礦工可以采取某些方式留意到潛在的洪水危險，從而立即停工和撤離工地，則礦工在繼續(xù)挖掘并無意中打開儲水池的情況下，可能會發(fā)生洪水。一旦洪水真的發(fā)生，不僅是離洪水極近的工人會被遇溺，就連附件礦區(qū)的工人也可能會遇溺。而且，部分或全部地下工作隧道的淹沒以及隨后的必要清理行動都會給受災礦區(qū)帶來沉重的財務負擔。沒有任何先兆，突然挖到地下“儲水池”，并致使工地突發(fā)洪水的情況是不太可能出現(xiàn)的。然而，在挖掘過程中最先出現(xiàn)“儲水池”裂縫，則是很有可能的。除了少量的滲出水可能會被忽視外,地下水池的大量水蒸氣會沖出到最接近的工地的空氣中。最接近工地空氣中的水蒸氣數量會在沒有任何明顯誘因的情況下急劇升高。如果礦工配備了敏感的個人露點(水蒸氣)傳感器，就能探測到他們工作區(qū)域空氣中水蒸氣的急劇上升。如果探測到水蒸氣壓力上升速率超過了一定高的并無法解釋的水準，則應立即警示礦工小心遇到地下“儲水池”，大量應用的第三個也是最后一個原因是其大約40年前，一個非色散紅外氣體傳感器丨二十世紀90年代早期，非色散紅外氣體傳。如今，非色散紅外氣體傳感器(如(:02)的位生產成本已降到了 50美元左右或以下。:和合理的單位生產成本仍然太高。對于該器的單位生產成本必須降到10美元以下。
紀廣泛和大量應用的三大原因，特別是在保洪水的應用中未得到廣泛和大量應用的原3推測，本發(fā)明的目標就是一起消除這三個司保持輸出穩(wěn)定，會將這些傳感器縮小到非:器的單位生產成本降低到僅僅幾美元。本友用，以排除礦井中的地下應用中的未來的甲烷的環(huán)境閥值水平以下，氣體傳感器就會關注氣體為水蒸氣以及所述報警條件是由.蒸氣壓力的單調增長率在10分鐘內達到
=傳感器安裝在金屬外殼內(個人安全裝置:全帽后側的外表面上),該外殼有幾個外殼反樣室開口，每個口上都裝有精過濾器。此包子設備會觸發(fā)失效保護警告條件；以及電一種改進的帶有氣體探測傳感器的個人礦會提供警報。
細描述，對于本領域的技術人員而言，這一今市售的許多非色散紅外氣體傳感器的三大缺陷。在嚴格制定該新穎的氣體探測方法后，本發(fā)明繼續(xù)致力于傳感器本身的設計，本發(fā)明牢記在心的是，傳感器不僅必須滿足穩(wěn)定性、尺寸和單位生產成本的要求，還可適配于在煤礦中作為地下工作的礦工的爆炸或洪水警示裝直。
[0024]為了改進傳統(tǒng)雙光束非色散紅外氣體傳感器的性能和成本，就必須在這類裝置的氣體傳感器裝配終端尋求有利機會。如果能將探測器的個數從兩個減到一個(這實際上就是將雙光束方法變?yōu)閱喂馐椒?，同時可使新的簡化技術足以實現(xiàn)準確、可靠和穩(wěn)定的非色散紅外氣體傳感器，那么上文提到的三大目標之一，也就是設計出超低成本的非色散紅外氣體傳感器，就將會實現(xiàn)。眾所周知，利用一個紅外線源和一個探測器配置非色散紅外氣體傳感器的方法是單光束方法，而事實上，其早在60年前就已經被采用了。雖然采用單光束的非色散紅外氣體傳感器絕對是最簡單的一種方法，但是多年來，人們也很快發(fā)現(xiàn)其具有許多缺陷，包括嚴重的傳感器輸出位移、由光學元件污染造成的輸出變化以及對外部溫度的依賴性。
[0025]本發(fā)明的第一種方案就是提出一種與傳統(tǒng)雙光束技術具有同等功能的氣體探測方法，但是該方法僅用單紅外線源和單探測器。由于雙光束方法采用的探測器所起的作用很難變通，所以將其從兩個減為一個似乎是個不可能的任務?？磥砦ㄒ坏耐緩骄褪潜M力對紅外線源進行一些改進，因為其更具靈活性。正如本作者在5，026，992號美國專利(1991)中所披露，為了達到不同的操作黑體溫度，可以根據Planck的輻射曲線，通過以不同的功率水平驅動黑體源來改變黑體源的光譜特性輸出。由于經常脈沖調制雙光氣體傳感技術的紅外線源，這可很容易地實現(xiàn)。但是通過這樣的操作，可以光源的不同的光譜輸出特性，在不同的時間點產生兩個光束。
[0026]利用上文簡述的只需一個紅外線源和一個探測器的溫差源技術或所謂的單光束方法技術，可以創(chuàng)造一個參考通道和一個信號通道，本發(fā)明就是利用的這一事實。當源溫度變得非常低時，利用低幅度原驅動循環(huán)作為參考通道，隨后當溫度變得相對較高時，利用高幅度原驅動循環(huán)作為信號通道就可實現(xiàn)以上所述。按照Wong (2012)在8，143，581號美國專利中披露的輸出穩(wěn)定的雙光束非色散紅外氣體傳感器的設計教學，其中在參考通道和信號通道之間產生吸收偏差，以便給關注氣體提供傳感器校準。如果可為目前的單光束方案在參考通道(低幅源驅動)和信號通道(高幅源驅動)之間也可產生類似的吸收偏差，那么用于本發(fā)明的單光束方法的傳感器輸出也會隨著時間的過去而保持穩(wěn)定。采用8，143，581號美國專利示范的方法，參考通道探測器和信號通道探測器都必須帶具有同樣光譜特性的窄帶通濾波器，也就是具有相同的中心波長(CWL)和半高寬(FWHM)。因此，參考通道探測器輸出與信號通道探測器輸出的比率不會受到因時間流逝而發(fā)生的老化現(xiàn)象的影響。在本發(fā)明的溫差源單光束方法中，本條件已自動滿足了，因為參考通道和信號通道共用具有相同濾波器但在不同時間工作的同一個探測器。
[0027]為了達到相同的穩(wěn)定輸出性能特性，本發(fā)明使用了關鍵傳感器組件設計特征，以在溫差源單光傳感器設計方案的參考通道(低幅源驅動)和信號通道(高幅源驅動)之間產生所需的吸收偏差。本發(fā)明的新穎設計功能涉及安裝和位于紅外檢測器前面的窄帶通濾光片的戰(zhàn)略設計。通過將濾波器的中心波長(CWL)設計成覆蓋關注氣體的吸收帶的最突出部分以及使濾波器的半最大值全寬度(FWHM)窄到可以覆蓋吸收帶的同一突出部分，如探測器的輸出信號所反應的由關注氣體吸收的輻射量將會是光源光譜輸出的強函數。對目前的單光束傳感器設計方案來說，由于當參考通道受到低電壓幅度驅動，而信息通道受到更高電壓幅度驅動時，前者的光源光譜輸出不同于后者，這樣參考通道和信號通道的探測器信號輸出也會有所不同。這樣，為了使這種單光束非色散紅外氣體傳感器隨著時間推移能一直保持顯著穩(wěn)定，溫差源單光傳感器設計方案的窄帶通濾光片的戰(zhàn)略設計特征就可提供充足的在8，143，581號美國專利中教導的吸收偏差。
[0028]結果證明，本發(fā)明揭示的非色散紅外氣體傳感器溫差源單光束傳感器設計方案不僅滿意地解決了氣體傳感器不能長時間保持穩(wěn)定的問題，還導致設計出了非常緊湊的非色散紅外氣體傳感器，其單位生產成本非常低廉。此外，這種設計方案還可充分解決特殊功能的實施，供煤礦礦工在地下用作探測即將發(fā)生的甲烷爆炸或洪水危險的非色散紅外氣體傳感器特別要求所述特殊功能。
[0029]圖1描繪了本發(fā)明的溫差源單光束傳感器示意圖，其包括機械和電路布置。如圖1所示，紅外線源I與紅外檢測器2被安裝在一個鋁波導管取樣室區(qū)塊3的兩端，區(qū)塊3主要包括連接光源I與檢測器2的開式導管4。外部空氣可以通過四個開口 5自由地流入或流出取樣室導管4，每個開口都有高性能空氣過濾器(圖1未示)。鋁制取樣室區(qū)塊有四個自攻螺絲孔6，它們用來固定傳感器的鋁制保護蓋(圖1未示)。鋁制保護蓋的功能會在下文中進行描述和解釋。除了被焊接在位于鋁制取樣室區(qū)塊3下方并支撐著該區(qū)塊的打印電路板上(圖1未示)之外，光源I和檢測器2都被注入和以玻璃膠7固定，這作為一個附加方式可確保本發(fā)明的傳感器從機械設計方面考慮也是真正安全的。
[0030]圖1所描繪的打印電路板8包含本發(fā)明的傳感器的所有電路組件。紅外線源I與電壓驅動電路9相連，而電壓驅動電路9依次又與中央處理單元(CPU) 10相連。紅外檢測器2與信號處理電路單元11相連，而信號處理電路單元11也與CPUlO相連。為完成本發(fā)明傳感器的整體電路布置，打印電路板8還容納功率調節(jié)電路12及指示裝置13，該裝置包含了警報器、準備指示燈和警示燈。
[0031]正如上文討論的那樣，本發(fā)明的單光束非色散紅外氣體傳感器代表著其級別內最簡單的可能設計。傳感器不僅能長時間保持卓越的輸出穩(wěn)定性，其量產(>100萬個)的單位生產成本也能降到只有幾美元，并且其總體尺寸也絕對可以達到2.50〃x0.5〃x0.5〃。所以，本發(fā)明的單光束傳感器能完全克服前文提到的妨礙非色散紅外氣體傳感器得到廣泛和大量應用的三大原因，也就是傳感器長時間的輸出穩(wěn)定性、傳感器尺寸以及傳感器量產的單位生產成本。
[0032]特別令人滿意和值得注意的是，本發(fā)明的單光束非色散紅外氣體傳感器非常適合用于生產非色散紅外甲烷和露點傳感器，這些傳感器在地下礦井中用于消除將要面臨的甲烷爆炸或洪水危險。首先，眾所周知的是，非色散紅外探測技術可用于檢測任何氣體，只要關注的氣體在紅外線波段內有強吸收帶，如此就可設計合適的窄帶通濾光片來對其加以利用。這樣，為了將本發(fā)明的單光束非色散氣體感應技術用于甲烷和水蒸氣的檢測，就需要將合適的濾波器安裝到紅外檢測器的前面。為了檢測甲烷，濾波器的中心波長(CWL)就應為?3.38 μ，而其半最大值全寬度則應超出?0.19 μ的波段。為了檢測水蒸氣，濾波器應為:CWL=?2.57 μ 且 FWHM=?0.16 μ。
[0033]除了為本發(fā)明的單光束非色散紅外氣體傳感器提供正確的濾波器之外，必須進行一些修改以便I)滿足氣體傳感器在地下礦井中操作的所有安全要求和2)充分利用為地下工作的礦工們進行氣體檢測所特有的環(huán)境。為了符合礦井的安全要求，本發(fā)明的單光束非色散紅外氣體傳感器的一個重要功能就是其必須在本質上要安全。如圖1所示，目前的設計充分考慮了本功能，即用硅酮密封劑7將光源I和檢測器2 (見圖1)后面的空間填滿。此特征連同以下事實一道，即取樣室3上本身是一塊純硬鋁，其具有由它制成的導管以作為取樣室連接著光源I和檢測器2，從機械觀點來說，會使傳感器在本質上安全。由于傳感器的所有電子電路都是在3.0VDC以下運行，從電氣角度來看，傳感器的設計在本質上也安全。
[0034]這里要著重說明的是，本發(fā)明的非色散紅外單光束氣體傳感器進行了專門設計，主要用于通過在探測到甲烷或水蒸氣濃度水平升高速率達到危險程度時向礦工發(fā)出警報來防止地下煤礦中致命的礦井爆炸或洪水。對于這一特殊用途，可以利用多種獨特的操作環(huán)境來設計傳感器。首先，為了實現(xiàn)對礦工面臨的潛在地下甲烷爆炸或洪水發(fā)出警告的功能，在地下作業(yè)的每位礦工的附近都應配備一個個人傳感器；所有使用傳感器的礦工及附近的礦工都應能夠迅速地察覺到氣體傳感器發(fā)出的所有警報。但是，傳感器可能會因佩戴在腰帶而磨損，因此最好將其安裝在礦工頭盔14的后部，正如圖2所示。如圖2所示，本發(fā)明的單光束非色散紅外甲烷傳感器(或水蒸氣傳感器)15容納在金屬(如，鋁)保護蓋16內，并由兩個螺絲釘17適當地固定在礦工頭盔14的后部。位于傳感器印刷電路板(PCB) 8上的綠色的LED“就緒”指示燈，在傳感器通電、正常運轉及準備執(zhí)行報警功能時，閃爍出綠光。紅色的“警告”指示燈19也位于傳感器的PCB8 (見圖1)上，當到達或超過氣體檢測警報限制時，閃爍出紅光。與此同時，警報器20也會發(fā)出響亮的報警聲(>90db)，警報器也裝在傳感器的PCB8上。圖2中還有一個明亮的白色的LED燈21，安裝在礦工頭盔14前方的位置。該明亮的白色LED燈21由位于頭盔14內部位置(圖2未示)的可充電蓄電池組供電。本發(fā)明的甲烷(或水蒸氣)傳感器也由相同的可充電蓄電池組供電(圖2未示出接線方式)。
[0035]按照本發(fā)明的甲烷或水蒸氣傳感器可以加裝到現(xiàn)有的礦工安全帽上，或納入到新制頭盔的設計中。在改裝現(xiàn)有頭盔時，加上一個與頭盔外表面相符的底座并將外殼緊固到底座都很方便。底座可以通過頭盔上的鉆孔和幾個緊固件而固定在頭盔上，同時外殼也可以通過相同的幾個緊固件來固定。特別優(yōu)選的是，底座和外殼是金屬的，最好是鋁。外殼應有多個由一個或多個過濾器覆蓋的開孔，所述過濾器允許氣體進入外殼，同時還用作阻止煤灰進入從而接觸到安裝在外殼內部的傳感器。所有這些過濾器最好都易于拆卸，這樣在它們被阻塞后就可更換，但是過濾器不應阻礙燈光透出小孔，這樣透過小孔就能看見安裝在外殼內部的LED發(fā)出的光線，如能保證外殼內部發(fā)生的都是鏡面反射，就可提高可見性。對于新制頭盔來說，可將上文提到的各種部件納入到頭盔設計中，而無需進行改裝。無論是改造頭盔還是新制頭盔，最好都應將傳感器安裝在礦工頭盔的外部而非內部，因為內部的氣體流動更有限。
[0036]如上所述，通過將本發(fā)明的甲烷(或水蒸氣)傳感器方便地安裝到礦工頭盔的后部，就可利用此應用的幾個方面。首先，在地下煤礦中作業(yè)的礦工會始終戴著一頂前方裝有明亮的LED燈的頭盔。從傳感器的報警功能來看，位于礦工安全帽后方的傳感器的位置幾乎是最有利的。不論礦工在哪里作業(yè)，傳感器都會始終伴隨礦工，而這也是傳感器最重要的功能之一。第二，傳感器可容易地從頭盔的所述可充電蓄電池組獲得電源，還由于礦工在地覺出緊急狀況。除此之外，如果沒有一個或警報。例如，佩戴在礦工腰帶上的個人警報艮警器，或在其它處的礦工所佩戴的一個或盔上的個人警報裝置，很有必要進行設計，用該裝置的礦工的其它礦工也能夠輕易察
I設計了兩個報警檢測標準來發(fā)出警報。第〈平的過高上升率。由于甲烷在典型地上空)111,而地下煤礦中的典型甲烷濃度水平為?0001)1)111/分鐘時，在達到之間允許礦工I對第一個報警標準來說是充足的。第二個甲烷濃度水平來制定的。該報警水平設定低于甲烷爆炸的[此限值(?46，000卯爪)，戶向相關部門匯報這一危險情況。
[了一個觸發(fā)警報的檢測標準來發(fā)出警報，:出乎意料地或突然地出現(xiàn)大量水時才有重個絕佳機會，因為地上甲烷濃度通常低于?50ppm。那樣，在甲烷傳感器被重新校準后，甲烷樣品濃度無論何時降到甲烷環(huán)境閥值水平(其可能被設為，如:100ppm)以下，甲烷傳感器的精度都可有效地保證在+/-50ppm，這一精度足以保證為地下礦井傳感器設置的報警標準。
[0041]雖然本文業(yè)已參照若干實施例對本發(fā)明作出敘述，但那些實施例僅提出作為范例，而并不是要限制本發(fā)明的范圍。相應地，在最低限度上，以下的實施例落入本發(fā)明的范圍之內。
[0042]實施例1: 一種裝置，所述裝置包括:
[0043]具有燈的礦工頭盔，所述燈安裝在所述礦工頭盔的前方；
[0044]安裝在所述礦工頭盔上且與所述燈電連接的電源；
[0045]安裝在所述礦工頭盔上且與所述電源電連接的氣體傳感器；
[0046]安裝在所述礦工頭盔的后方的視覺指示器；以及
[0047]響應于所述氣體傳感器的輸出來改變所述視覺指示器的電子設備；
[0048]其中所述氣體傳感器測量關注氣體的濃度，并在所述氣體傳感器所探測的氣體濃度觸發(fā)所述電子設備的報警條件時使所述視覺指示器顯示警報。
[0049]實施例2:如實施例1所述的裝置，其中所述視覺指示器在所述氣體傳感器開啟時提供第一可見指示以及在所述報警條件觸發(fā)時提供第二可見指示。
[0050]實施例3:如實施例1或2所述的裝置，還包括安裝在所述礦工頭盔上且在所述報警條件觸發(fā)時發(fā)出音響警報的音響報警設備。
[0051]實施例4:如實施例1-3中任一項所述的裝置，其中所述氣體傳感器是非色散紅外(“NDIR”)氣體傳感器。
[0052]實施例5:如實施例4所述裝置，其中所述非色散紅外氣體傳感器包括:
[0053]用于將紅外輻射發(fā)射入取樣室的在高溫和低溫之間交替地脈動的單紅外線源；
[0054]設置于所述取樣室中的檢測器；
[0055]具有光譜特性的窄帶通濾光片，所述光譜特性與位于所述單紅外線源和所述檢測器之間的所述關注氣體的強吸收帶大體重疊；以及
[0056]通過利用所述檢測器處于高溫時的信號輸出和所述檢測器處于低溫時的參考輸出之間的吸收偏差來確定所述關注氣體的試樣濃度的電子設備；
[0057]其中所述單紅外線源和所述窄帶通濾光片的復雜輸出與處于高溫時的強吸收帶大體重合。
[0058]實施例6:如實施例1-5中任一項所述的裝置，其中所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率或者由高于大約500ppm和大大低于甲烷爆炸下限值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
[0059]實施例7:如實施例6所述的裝置，其中所述異常地高的甲烷濃度水平增長率為在預定時間內的將近100ppm/分鐘的單調增長率，而所述甲烷上升濃度為將近lOOOOppm。
[0060]實施例8:如實施例1-5中任一項所述的裝置，其中所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率所觸發(fā)的。
[0061]實施例9:如實施例1-5中任一項所述的裝置，其中所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由高于大約500ppm和大大低于甲烷爆炸下限值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
[0062]實施例10:如實施例6-9中任一項所述的裝置，其中一旦甲烷的樣品濃度降到甲述的裝置，其中所述電子設備在3.0700以專的氣體傳感器；
？報顯示器產生警報的電子設備；
良度，并在所述氣體傳感器所探測的氣體濃I示器產生警報；以及件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率或值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
；中所述警報顯示器在所述氣體傳感器開啟去第二指示。
I置，其中還包括安裝在所述礦工頭盔上且？設備。條件是由短時間內的異常地高的水蒸氣增
；中所述報警條件是由水蒸氣壓力的單調增勺。
廳述的裝置，其中所述氣體傳感器安裝在金
(中所述金屬外殼有多個外殼開口，每個所I'多個取樣室開口，每個所述取樣室開口也的裝置，其中在探測器的信號輸出降至模糊警報條件。
「述的裝置，其中所述電子設備在3.以
8勺技術人員而言，另外的實施例將會變得勾思的情況下，對可選擇的實施例作進一步
【權利要求】
1.一種裝置，所述裝置包括: 具有燈的礦工頭盔，所述燈安裝在所述礦工頭盔的前方； 安裝在所述礦工頭盔上且與所述燈電連接的電源； 安裝在所述礦工頭盔上且與所述電源電連接的氣體傳感器； 安裝在所述礦工頭盔的后方的視覺指示器；以及 響應于所述氣體傳感器的輸出來改變所述視覺指示器的電子設備； 其中所述氣體傳感器測量關注氣體的濃度，并在所述氣體傳感器所探測的氣體濃度觸發(fā)所述電子設備的報警條件時使所述視覺指示器顯示警報。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述視覺指示器在所述氣體傳感器開啟時提供第一可見指示以及在所述報警條件觸發(fā)時提供第二可見指示。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于還包括:安裝在所述礦工頭盔上且在所述報警條件觸發(fā)時發(fā)出音響警報的音響報警設備。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于:所述氣體傳感器是非色散紅外(“NDIR”)氣體傳感器。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述非色散紅外氣體傳感器包括: 用于將紅外輻射發(fā)射入取樣室且在高溫和低溫之間交替地脈動的單紅外線源； 設置于所述取樣室中的檢測器； 具有光譜特性的窄帶通濾光片，所述光譜特性與位于所述單紅外線源和所述檢測器之間的所述關注氣體的強吸收帶大體重疊；以及 通過利用所述檢測器處于高溫時的信號輸出和所述檢測器處于低溫時的參考輸出之間的吸收偏差來確定所述關注氣體的試樣濃度的電子設備； 其中所述單紅外線源和所述窄帶通濾光片的復雜輸出與處于高溫時的強吸收帶大體重合。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率或者由高于大約500ppm和大大低于甲烷爆炸下限值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于:所述異常地高的甲烷濃度水平增長率為在預定時間內的將近100ppm/分鐘的單調增長率，而所述甲烷上升濃度為將近lOOOOppm。
8.如權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率所觸發(fā)的。
9.如權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由高于大約500ppm和大大低于甲烷爆炸下限值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
10.如權利要求6所述的裝置，其特征在于:一旦甲烷的樣品濃度降到甲烷的環(huán)境閥值水平以下，所述氣體傳感器就會重新校準。
11.如權利要求4所述的裝置，其特征在于:所述關注氣體為水蒸氣以及所述報警條件是由短時間內的異常地高的水蒸氣增長率所觸發(fā)的。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于:所述報警條件是由水蒸氣壓力的單調增長率在10分鐘內達到30mm萊柱/分鐘所觸發(fā)的。
13.一種裝置，所述裝置包括:外殼; 安裝在所述外殼內的電源； 安裝在所述外殼內且與所述電源電連接的氣體傳感器； 警報顯示器；以及 響應于所述氣體傳感器的輸出用所述警報顯示器產生警報的電子設備； 其中所述氣體傳感器測量關注氣體的濃度，并在所述氣體傳感器所探測的氣體濃度觸發(fā)所述電子設備的報警條件時使所述警報顯示器產生警報；以及 所述關注氣體為甲烷以及所述報警條件是由異常地高的甲烷濃度水平增長率或者由高于大約500ppm和大大低于甲烷爆炸下限值的甲烷上升濃度所觸發(fā)的。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于:所述氣體傳感器是非色散紅外(“NDIR”)氣體傳感器。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于:所述非色散紅外氣體傳感器包括: 用于將紅外輻射發(fā)射入取樣室且在高溫和低溫之間交替地脈動的單紅外線源； 設置于所述取樣室中的檢測器； 具有光譜特性的窄 帶通濾光片，所述光譜特性與位于所述單紅外線源和所述檢測器之間的所述關注氣體的強吸收帶大體重疊；以及 通過利用所述檢測器處于高溫時的信號輸出和所述檢測器處于低溫時的參考輸出之間的吸收偏差來確定所述關注氣體的試樣濃度的電子設備； 其中所述單紅外線源和所述窄帶通濾光片的復雜輸出與處于高溫時的強吸收帶大體重合。
16.如權利要求14所述的裝置，其特征在于:一旦甲烷的樣品濃度降到甲烷的環(huán)境閥值水平以下，所述氣體傳感器就會重新校準。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于:所述異常地高的甲烷濃度水平增長率為在預定時間內的將近100ppm/分鐘的單調增長率，而所述甲烷上升濃度為將近lOOOOppm。
18.一種裝置，所述裝置包括: 外殼; 安裝在所述外殼內的電源； 安裝在所述外殼內且與所述電源電連接的氣體傳感器； 警報顯示器；以及 響應于所述氣體傳感器的輸出用所述警報顯示器產生警報的電子設備； 其中所述氣體傳感器測量關注氣體的濃度，并在所述氣體傳感器所探測的氣體濃度觸發(fā)所述電子設備的報警條件時使所述警報顯示器產生警報；以及 所述關注氣體為水蒸氣以及所述報警條件是由短時間內的異常地高的水蒸氣增長率所觸發(fā)的。
19.如權利要求18所述的裝置，其特征在于:所述報警條件是由水蒸氣壓力的單調增長率在10分鐘內達到30mm萊柱/分鐘所觸發(fā)的。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于:在所述探測器的信號輸出降至模糊水平以下時，所述電子設備會觸發(fā)失效保護警報條件。
【文檔編號】G01N21/3504GK104048935SQ201310278353
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權日:2013年3月12日
【發(fā)明者】黃佑民 申請人:天源華威集團有限公司