专利名称：甲烷传感器的制作方法
技术领域 本实用新型属于可燃性气体检测技术领域，具体涉及一种采用现场总线技术(CAN_BUS)进行数据传输的，能够对环境空气中甲烷气体含量进行在线检测的智能数字式仪器。
技术背景 长期以来我国煤矿监控系统主要采用主从式体系结构、时分制通讯和巡检的传统方式，并配接模拟式传感器。这种方式已经越来越不能适应现代化矿井的信息采集、传输、处理和现场控制的要求。
近年来随着计算机网络技术的快速发展和应用，在通信、工业控制、生活等众多领域都发生了革命性变化。它同样影响和推动了监控系统技术的变革与发展，随之出现了将网络技术应用到监控系统最底层的“现场总线”，因此这种现场总线也称为“现场网络”。在众多现场总线中CAN_BUS是最早取得国际标准的，也是经过充分论证后被认为最适合煤矿井下监控系统的一种现场总线技术。此外CAN_BUS由于其自身卓越的性能和很高的性价比，因而成为工控领域技术发展的一个热点，被公认为最有前途的几种现场总线之一。目前CAN_BUS在我国工业控制和自动化领域得到了大力推广，并为推动此领域的信息化、现代化建设做出了重大贡献。
目前，用于煤矿井下爆炸性气体环境中的传统的甲烷传感器一般由传感元件、放大电路、采集处理电路、输出电路构成。输出形式多为模拟信号(电压、电流、频率等)，此种信号易受传输介质、环境电磁干扰等因素影响，从而使甲烷浓度监测数据产生误差。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种带有总线通信接口，数据传输可靠性高的甲烷传感器。
为此，本实用新型采用如下的技术方案 一种甲烷传感器，包括甲烷催化元件，与其相连的信号放大电路，报警及断电输出电路，显示电路和单片机，信号放大电路的输出被传送至单片机，单片机输出的报警信号和断电信号被传送至报警及断电输出电路，其特征在于，所述甲烷传感器还包括CAN总线通讯电路，所述CAN总线通讯电路用于与CAN总线干线相连，实现本甲烷传感器与地面中心站计算机的之间的通信。
作为优选实施方式，本实用新型的甲烷传感器，还包括红外遥控接收电路，用于对传感器进行包括高低报警值在内的参数设置；本传感器为本质安全型，壳体为不锈钢材料制成，线路板采用贴片焊接工艺。
本实用新型具有如下的技术效果 [1]智能型全数字传感器 具有数字化采集、数据处理、报警断电控制及通信功能。同时上电后可主动上传参数配置信息，便于实现即插即用功能。
[2]创新的数据传输模式 采用现场传感器监测数据主动上传、多主竞争的通信方式，摒弃了传统低效的主从巡检模式。在这种数据传输模式下，当任一传感器采集的数据变化量超过预先设定的门限或开关量状态发生变化时立即主动向中心站计算机上传该数据。若传感器采集的数据变化量微小或开关量状态未发生变化时，则自动转入定时上传的方式。这种创新的数据传输方式最大限度地降低了总线数据流量，极大地提升了系统的通信效率，保证了监控系统数据采集的实时性。
[3]本地断电控制 位于现场底层的CAN_BUS甲烷传感器可以直接通过总线与相关断电控制设备建立关联，从而传感器数据无需经中心站计算机或分站设备转发即可传送至关联断电设备。这样减少了中间环节，真正实现了本地断电控制。
[4]灵活的远程和本地参数设置 中心站计算机可以经总线与系统中任意甲烷传感器建立通信联系，从而实现对现场节点的远程参数设置。如从地面中心站计算机下发远程命令改变位于井下现场的CAN_BUS甲烷传感器的控制逻辑关系、报警断电门限、量程等参数。同时也可使用红外遥控器在本地对CAN_BUS甲烷传感器发送命令和进行参数设置。
[5]抗干扰与可靠性设计 由于CAN_BUS本身的优良特性，使得CAN节点具有故障自动闭锁功能。当CAN_BUS甲烷传感器由于意外因素导致发送数据失败累计超过一定次数后，该设备自动脱离总线，从而不会对总线上其它设备的正常通信造成任何影。同时CAN_BUS局部网络具有独立运行能力。当网络某处发生故障时，其它局部网络可以继续正常运行，从而极大地提高了网络的可靠性。
图1本实用新型的电气原理方框图。
具体实施方式
本实用新型提供的甲烷传感器(以下简称“传感器”)主要在煤矿安全监控系统中用于测量煤矿井下巷道、采区工作面、掘进工作面的进风巷道、回风巷道中的甲烷浓度，并将测量到的数据转换成数字信号通过干线传送到井下多功能监控器实现可靠的本地报警断电控制，同时数据上传到地面中心站计算机中进行分析处理、存储、统计、显示，从而可实现地面对全矿井的甲烷浓度进行实时监测。
参见图1，该传感器采用载体催化元件作为甲烷检测元件，参比元件，当周围环境中存在甲烷气体时，有催化剂的元件表面无焰燃烧，无催化剂的元件不燃烧，因此产生一个温度/电阻差，电阻的变化引起电参数的变化经过放大器的放大与标准电压进行比较送出相应信号给智能主板，该主板以MicroChipPIC单片机为核心，对采集到的电压信号进行分析处理，并转换成甲烷浓度值进行显示输出、报警断电输出，同时将数据通过总线传送给地面中心站计算机。
本传感器为本质安全型设备。由圆形外壳、插头、甲烷传感元件、信号放大板、智能主板、蜂鸣器等零部件组成。壳体采用不锈钢材料制成，具有电磁防护、安装方便、坚固耐用等特点。甲烷传感器线路板采用贴片焊接工艺，采用嵌入式低功耗微控制器作为核心控制器件。可实现对煤矿井下甲烷浓度的准确测量。并配有相应的红外遥控器，可自行设置高低报警值等参数，并具有全自动零点调节和标校功能。
通过使用该传感器配接其它关联设备组网形成的煤矿安全监控系统，与现有其它系统相比在系统带宽、反应速度、可靠性、组网灵活性、系统效率、传输距离，节点容量，集成能力，兼容性及开放性等方面具有优势。本实用新型传感器的主要技术参数如下 测量范围0～4％CH4 测量误差0～1％CH4≤±0.1％CH4； 1～2％CH4≤±0.2％CH4； 2～4％CH4≤±0.3％CH4. 电源参数电源扩展控制器过流保护整定值600mA， 过压保护整定值19.5VDC。
工作电压本安11～19VDC 工作电流≤100mA 传感元件寿命一年 响应时间≤30s 光报警输出LED报警灯。
声报警输出；蜂鸣器。
断电信号输出高、低电平有源开关量输出。
显示输出三位红色高亮大数码管显示CH4浓度值(显示分辨率0.01％CH4)，一位绿色小数码管作辅助功能显示。
设置功能无线红外遥控设置地址、高低报警门限、标定气样等参数。
传输信号CAN总线数字信号；传输速率5K bps。
传输距离3km。
权利要求1.一种甲烷传感器，包括甲烷催化元件，与其相连的信号放大电路，报警及断电输出电路，显示电路和单片机，信号放大电路的输出被传送至单片机，单片机输出的报警信号和断电信号被传送至报警及断电输出电路，其特征在于，所述甲烷传感器还包括CAN总线通讯电路，所述CAN总线通讯电路用于与CAN总线干线相连，甲烷传感器通过所述CAN总线通讯电路和CAN总线干线与地面中心站计算机相连。
2.根据权利要求1所述的甲烷传感器，其特征在于，所述的传感器还包括红外遥控接收电路。
3.根据权利要求1所述的甲烷传感器，其特征在于，所述的传感器为本质安全型，壳体为不锈钢材料制成，线路板采用贴片焊接工艺。
专利摘要本实用新型属于可燃性气体检测技术领域，涉及一种甲烷传感器，包括甲烷催化元件，与其相连的信号放大电路，报警及断电输出电路，显示电路和单片机，信号放大电路的输出被传送至单片机，单片机输出的报警信号和断电信号被传送至报警及断电输出电路，甲烷传感器还包括CAN总线通讯电路，CAN总线通讯电路用于与CAN总线干线相连，实现本甲烷传感器与地面中心站计算机的之间的通信。通过使用本实用新型的传感器配接其它关联设备组网形成的煤矿安全监控系统，与现有其它系统相比在系统带宽、反应速度、可靠性、组网灵活性、系统效率、传输距离，节点容量，集成能力，兼容性及开放性等方面具有优势。
文档编号G01N27/12GK201561948SQ200920098428
公开日2010年8月25日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者李玉刚, 郝冀峰 申请人:天津中煤电子信息工程有限公司