[发明专利]基于机器视觉的生物式的瓦斯检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术、机器视觉技术、生物感知技术、无线定位技术和嵌入式系统技术在煤矿安全生产监控方面的应用，具体适用于井下的瓦斯检测。

背景技术

瓦斯是煤炭开采的伴生物，瓦斯爆炸是煤矿的重大灾害之一，严重威胁煤矿安全生产，是当今世界各采煤国研究和预防的重点内容之一。我国高瓦斯含量的矿井占全国统配煤矿总数的46％，瓦斯爆炸已成为我国矿难的第一大祸首。瓦斯燃烧、爆炸的发生要具备3个条件：1)瓦斯达到一定浓度：一般情况下瓦斯爆炸浓度为5％～16％，瓦斯浓度低于5％燃烧、大于16％既不燃烧也不爆炸；2)充足的氧气：氧气浓度大于12％；3)高温火源：温度高于650～750℃。为了维持井下正常生产，我国《煤矿安全规程》规定氧气浓度不低于20％。因此，如何准确监测瓦斯浓度，并提前采取预防措施成为防止瓦斯爆炸的关键问题。

目前在日常瓦斯检测过程中大致上有光干涉式瓦斯检测器、便携式瓦斯报警仪、瓦斯监测探头等几种检测仪器。瓦斯监测探头一般固定安设在采掘工作面回风巷串联通风地点，而光干涉式瓦斯检测器、便携式瓦斯报警仪则是由安全监测员随身携带，随时检查井下任何地点的瓦斯浓度。但在一些缺氧区域，如在封闭巷道、临时停工地点检测瓦斯时，这两种检测仪器会产生与浓度截然不同的结果。如果在检测中单纯使用某一种仪器，不配合使用氧气检测仪进行气体分析，易造成错误的判断，甚至酿成事故的发生；在井下生产的瓦斯检测中，经常会出现这样的情形，即在同一地点使用不同的仪器测量瓦斯，会得到不同的瓦斯含量，有时各数值相差较大。这种情景出现给井下瓦斯的实时检测造成非常大的困难；这种瓦斯测量偏差，即孰是孰非的检测结论给煤矿生产安全管理带来了很大的麻烦。

中国发明专利申请号为200910073320.9公开了一种图像识别式干涉型瓦斯传感器，该图像识别式干涉型瓦斯传感器，由电池驱动白光光源，白光光源发出的白光通过两条光纤干涉支路后通过同一个透镜，在接收器上形成不同条纹的干涉图像进而知道瓦斯的浓度。该发明主要存在的问题是：a)瓦斯浓度指示不直观，不能连续测量；b)瓦斯浓度超限时，不能自动报警；c)制造成本以及维护成本比较高。

申请号中国发明专利申请号为200910030457.6公开了一种低功耗无线瓦斯检测装置，包括电源电路，瓦斯催化元件，与瓦斯催化元件相连接的检测电路，与检测电路相连接的微处理器，所述微处理器的输出端分别连接有显示瓦斯检测结果的显示电路、无线通信电路和电压控制电路，电压控制电路的输出端与检测电路相连接，以控制瓦斯催化元件的工作电压；这类催化燃烧型瓦斯检测仪器主要存在着的问题是：a)测值稳定性差：传感元件的温升越高，活性衰减的速度越快，测值稳定性越差；b)测量方式精度较低：检测范围仅为0～4％，对于高浓度瓦斯会得到致命的错误；c)甲烷传感器输出的微弱信号容易受到污染，有时存在零点漂移和灵敏度的变化。

中国发明专利申请号为200810015614.1公开了一种矿用瓦斯远程光纤激光检测仪，它包括光源及与之连接的第一耦合器和第二耦合器，第一耦合器通过第二光纤与第二耦合器串接，第一耦合器通过第四光纤与参考气室连接，从所述参考气室射出的光通过第五光纤与第三光电探测器连接，第二耦合器一路经第三光纤与瓦斯传感器探头连接，另一路经第六光纤与第一光电探测器连接，从瓦斯传感器探头返回的光经第三光纤和第二耦合器后经第七光纤与第二光电探测器连接，第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器与数据采集卡电连接，并将电信号送至计算机。这类发明主要存在的问题是：a)瓦斯浓度指示不直观；b)制造成本以及维护成本比较高。

此外，井下除了有瓦斯气体以外还有可能存在着其他有害气体，由于目前的瓦斯检测装置都是针对检测瓦斯气体所设计的，因此在检测指标方面就显得比较单一。