[发明专利]光干涉式智能气体传感器

说明书

技术领域

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体地说涉及基于光干涉原理，运用波动光学、微处理器、智能信息处理技术的智能气体传感器。

背景技术

煤矿事故中，因瓦斯爆炸死亡的人数最多，瓦斯是造成煤矿事故的最主要原因。目前，矿井中瓦斯测量的主要设备是基于热催化的瓦斯检测器，但由于热催化元件的固有性质，该检测器的稳定性差、标校周期短；而光干涉式瓦斯传感器，具有测量精度高、稳定性强、标校周期长的优点。在基于光干涉的瓦斯检测方面，中国专利200820039611.7《光干涉式甲烷测定器》，设计了一种方便测量、利于井下操作的光学甲烷测定器；专利200810195648.3《光干涉甲烷检测器》，对所用的光路和气室与外界的联系方式进行了改进，但需通过人眼观察光干涉条纹获得瓦斯浓度值，读数不直观、操作复杂；专利9120528.3《智能化光干涉瓦斯检测仪》利用微处理器对数据进行了处理，但未考虑外界环境温度、气压对测量结果的影响；中国专利201010107767.6《瓦斯浓度智能测试系统及方法》，对外界环境温度和气压变化进行了考虑，提高了测量准确性，但其不能进行红外遥控、无现场浓度显示，且标校复杂。

总之，在现有光干涉式瓦斯浓度监测技术与方法中，传感器不能直观的显示瓦斯浓度、标校复杂、不能联接到煤矿监控系统，并且只能测量瓦斯气体浓度，这些都不利于矿井下瓦斯等有害气体的准确的自动化检测。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有光干涉式气体浓度监测方面的缺陷，设计了一种基于光干涉原理的智能气体传感器，不仅保留了传统光干涉式瓦斯气体传感器操作简单、精度高、稳定性强、标校周期长的优点，还加入了数码显示、红外遥控、与监控系统通信的功能，不但可以实时的测量显示当前瓦斯浓度，还能将测量点的瓦斯浓度与温度信息实时的上传到煤矿监控系统；不仅能测量瓦斯浓度，还能选择测量其他气体浓度，如CO2，C2H6，SO2，NO2，C2H2，NH3，H2S等；通过红外遥控的方式可以实现报警点、断电点、复电点等参数的设置，还可以对零点漂移、灵敏度漂移进行校正，使得设置、校正过程更简单。

本发明通过以下技术方案来实现：一种光干涉式智能气体传感器，包括光干涉计、主控制板、显示板、红外遥控器。其特征在于：光干涉计包括光源、聚光镜、背面镀有全反射膜的平面镜、气室、折光棱镜、补偿棱镜、光电转换装置、标准气囊，所述气室中间由经黑化处理的铜壁水平隔开，形成相互平行的两部分，分别是气样室与标准气室，气样室经过滤室连接到进气口，标准气室用毛细管连接到标准气囊，标准气囊内为盘绕的毛细管，使用带有小孔的旋塞与大气相通，标准气室和气样室组成的气室的前后两端分别设置与铜壁和基座相互垂直的高透光平面透镜，所述背面镀有全反射膜的平面镜和折光棱镜也分别布置在气室外的前后两端，即与高透光平面透镜设置在相同的两端，背面镀有全反射膜的平面镜与气室呈45°角相对布置，光源与背面镀有全反射膜的平面镜也成45°放置，并在气室的另一侧，聚光镜布置在光源和平面镜之间，所述补偿棱镜布置在平面镜与气室之间；由光源发出的光线经聚光镜会聚后以45°角入射背面镀有全反射膜的平面镜，平面镜将光线分成两束光，其中一束光线穿过气样室，另一束光线穿过标准气室，穿过气室的两束光线分别经折光棱镜折射后再次穿过标准气室，然后穿过补偿棱镜后到达平面镜重新会合成一束光，产生的干涉条纹，经平面镜反射后到达光电转换装置，转换成电信号传输到主控制板。

主控制板包括信号处理电路、模数转换模块、微处理器、与监控系统通信模块、电源模块、拨码开关、复位按键；所述信号处理电路包括低通滤波、差分运算单元，处理后的信号电压范围适合模数转换器采集；所述模数转换模块包括模数转换器与模数转换器基准源；所述微处理器为带有内部程序存储器与内部数据存储器的微处理器，对采集的信号进行数字滤波、线性化以及温度补偿处理；所述与监控系统通信模块为由微处理器控制的频率输出驱动电路；所述电源模块将输入电压经稳压后为系统供电，经精密稳压后为光电转换电路供电；所述拨码开关用以选择设备的工作模式、量程范围；所述复位按键为复位设备到出厂设置的状态。

显示板包括显示模块、红外遥控模块、声光报警模块，所述显示模块为数码管与数码管驱动电路；所述红外遥控模块为红外接收器及其驱动；所述声光报警模块为发光二极管与有源蜂鸣器。

红外遥控器采用小型遥控器，通过红外遥控可以进行报警点、断电点、复电点等参数的设置，可以在调试与工作状态切换，还可以对零点漂移、灵敏度漂移进行校正。