专利名称：煤体瓦斯解析速度自动检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测技术，特别是涉及一种煤体瓦斯解析速度自动检测仪。
背景技术：
在新建矿井的通风设计、煤层瓦斯抽放、评价煤层瓦斯的突出危险性等工作中，煤 层解析初速度是估算原始瓦斯含量及瓦斯残存含量的关键参数之一，该参数的准确与否对 于煤层瓦斯的突出危险性预测和评定有着重要影响。目前，在测定煤层瓦斯含量方面主要有间接测量法、直接检测法和解析检测法。间 接检测法通过对煤层和煤样的分析得到煤质、煤层温度等相关参数，进而间接得出煤层的 瓦斯含量。间接检测法的误差比较大。直接检测法利用专用采样器材采集现场煤样并封存， 带回实验室后经充分释放检测，得到瓦斯含量。直接检测法存在采样过程繁琐、实验室操作 复杂、成功率较低的问题。解析检测法利用普通煤芯管采集煤样后，将煤样装入密封罐进行 现场解析，根据解析规律推算煤样的部分瓦斯损失量，最后将煤样带回实验室继续解析，确 定煤层的总瓦斯含量。解析检测法主要包括排水集气检测、压差检测以及瓦斯解析速度测 试三种类型。排水集气检测和压差检测操作复杂、自动化程度低、检测误差较大。瓦斯解析 速度测试采用计算机监控、较先进的传感器采集数据，自动化程度高，且消除了人为因素导 致的误差；但其主要用于实验室解析，不能适应现场解析的需要。由此可见，在现有技术中，对煤样的瓦斯解析检测均需要在实验室进行，无法适应 现场状况；而且，尽管瓦斯解析速度测试自动化程度高，消除了人为因素导致的误差，但由 于传感器的应用比较单一，因此解析误差仍然比较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种检测精度高、现场适应性强的煤体瓦 斯解析速度自动检测仪。为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为—种煤体瓦斯解析速度自动检测仪，包括被封装为一体的采集模块、主控模块和 外部存储模块；采集模块包括η个检测精度相同但量程不同的气体流量传感器，各气体流 量传感器根据量程按从大到小的顺序进行切换；其中，η ^ 2，且η为自然数；不同量程的气 体流量传感器对应不同的与瓦斯解析速度范围，大量程的气体流量传感器对应瓦斯解析速 度大的瓦斯解析速度范围；气体流量传感器，用于从煤体采样罐采集瓦斯流量，对该流量信号滤波后，将流量 信号转换为电信号，再将电信号由模拟量转变为数字量，由主控模块确定的工作气体流量 传感器将转换为数字量的瓦斯流量发送至主控模块。主控模块，用于预设各气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围；根据采集时间 和工作气体流量传感器发送的瓦斯流量获取实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，如果实时 瓦斯解析速度下降至工作气体流量传感器的量程对应的瓦斯解析速度范围下限，则切断当前的工作气体流量传感器，并将下一顺序的气体流量传感器切换为工作气体流量传感器； 还用于将瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量发送至外部存储模块。外部存储模块，用于存储主控模块发送的瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度 和瓦斯累积流量。综上所述，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪根据瓦斯解析速度，由不同 量程的气体流量传感器采集瓦斯流量，因此，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪 的检测精度较高；本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪被封装为一个整体，符合GB 3836. 4-2000《爆炸性气体环境用电器设备》，能直接应用于煤矿现场环境，对煤体瓦斯进行 解析，而不需要将煤体样本带回实验室进行解析，因此，本发明适应现场的能力较强。
图1为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第一种组成结构示意图；图2为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第二种组成结构示意图；图3为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第三种组成结构示意图；图4为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第四种组成结构示意图；图5为本发明中气体流量传感器的组成结构示意图；图6为本发明中主控模块的组成结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对 本发明作进一步地详细描述。图1为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第一种组成结构示意图。如图1所 示，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪包括被封装为一体的采集模块1、主控模块2 和外部存储模块3 ；采集模块1包括η个检测精度相同但量程不同的气体流量传感器11 In，各气体流量传感器11 In根据量程按从大到小的顺序进行切换；其中，η > 2，且η为 自然数；气体流量传感器11 In根据量程与瓦斯解析速度范围一一对应，大量程的气体流 量传感器对应瓦斯解析速度大的瓦斯解析速度范围。气体流量传感器11 In，用于从煤体采样罐采集瓦斯流量，对该流量信号滤波 后，将流量信号转换为电信号，再将电信号由模拟量转变为数字量，由主控模块2确定的工 作气体流量传感器将转换为数字量的瓦斯流量发送至主控模块2。实际应用中，瓦斯释放特点是先快后慢，直至停止。实践中，瓦斯解析速度一般为 300毫升/分钟至1毫升/分钟。由于瓦斯流量的变化范围比较宽，气体流量传感器在其检 测上下限附近精度低，故采用多个气体流量传感器分段采集的方式。比如，量程为0 500 毫升/分钟的气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围为[300毫升/分钟，150毫升/分 钟)，量程为0 200毫升/分钟的气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围为[150毫升 /分钟，15毫升/分钟)，量程为0 20毫升/分钟的气体流量传感器对应的解析速度范围 为[15毫升/分钟，0毫升/分钟)。系统默认从最高量程开始检测。主控模块2，用于预设各气体流量传感器11 In对应的瓦斯解析速度范围；根据 采集时间和工作气体流量传感器发送的瓦斯流量获取实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，如果实时瓦斯解析速度下降至工作气体流量传感器的量程对应的瓦斯解析速度范围下限， 则切断当前的工作气体流量传感器，并将下一顺序的气体流量传感器切换为工作气体流量 传感器；还用于将瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量发送至外部存储 模块3。本发明中，主控模块2采用51系列单片机。外部存储模块3，用于存储主控模块2发送的瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析 速度和瓦斯累积流量。实际应用中，所述外部存储模块3为SD卡(安全数码卡，Secure Digital Memory Card) 0本发明中，外部存储模块3采用了 SD接口设计。总之，为了提高本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪的检测精度，采集模块 采用不同量程的多个气体流量传感器从煤体采样罐采集瓦斯流量，主控模块根据实时瓦斯 解析速度从多个气体流量传感器中确定工作气体流量传感器，进而获取精度较高的瓦斯解 析速度。由于煤体解析时间较长，且往往需要多批次检测，因此采用容量较大的外部存储模 块存储采集数据和分析数据。主控模块根据采集数据进行煤体解析，并根据解析速度控制 气体流量传感器的切换。本发明中，采集模块、主控模块、外部存储模块被封装为一个整体， 符合GB 3836. 4-2000《爆炸性气体环境用电器设备》，能直接在煤矿现场进行煤体解析，具 有较强的现场适应能力，并且具有操作简单的特点。由此可见，本发明所述煤体瓦斯解析速 度自动检测仪可排除人为因素的影响，有效减少误差，提高检测结果的可靠性，以利于矿井 的通风设计、煤层瓦斯抽放及评价煤层瓦斯的突出危险性等工作的顺利进行。图2为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第二种组成结构示意图。如图2所 示，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪除了包括图1所示的组成部分外，还封装有 键盘4，用于预设气体流量传感器11 In的瓦斯解析速度范围，并将瓦斯解析速度范围发 送至主控模块2。实际应用中，键盘4采用了 4X4矩阵式键盘，其除了可以设置气体流量传感器 11 In的瓦斯解析速度范围等参数外，还可以实现工作模式选择、输入或显示模式控制等 功能。图3为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第三种组成结构示意图。如图3所 示，所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪除了包括图2所示的组成部分外，还封装有显示模 块5;其中，主控模块2，还用于将采集时间、实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量、当前工作时间 发送至显示模块5。键盘4，还用于对显示模块5进行显示控制。实际应用中，如果需要在现场回看检测数据，那么，显示模块5可以在键盘4的控 制下，将已存储数据显示出来。显示模块5，用于显示主控模块2发送的采集时间、实时瓦斯解析速度、瓦斯累积 流量、当前工作时间；或者，在键盘4的控制下，从外部存储模块3读取并显示瓦斯流量、采 集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量。实际应用中，显示模块5采用了 IXD液晶显示方式。为了适应井下光线较暗的不利条件，显示模块5具有LCD背景光可调功能。图4为本发明所述瓦斯解析速度自动检测仪的第四种组成结构示意图。如图4所 示，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪除了包括如图3所示的各组成部分外，还封 装有上位机通讯接口 6，用于连通所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪与上位机，并将从外部 存储模块3所读取的瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量转发至上位 机。实际应用中，上位机通讯接口 6采用USB接口，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动 检测仪可以通过USB接口与上位机通讯，实现数据交换、程序维护与更新、系统软件调试等 功能。图5为本发明中气体流量传感器的组成结构示意图。如图5所示，气体流量传感器 11 In中的任一气体流量传感器li，均包括预处理单元lil、流量/电信号转换单元Π2 和A/D转换单元li3 ；其中，i = 2，3，...，n ；预处理单元lil，用于对气体流量传感器11 In采集的表示瓦斯流量的流量信号 进行滤波处理，并将处理后的流量信号发送至流量/电信号转换单元li2。流量/电信号转换单元li2，用于将预处理单元Iil发送的流量信号转换为电信号 后发送至A/D转换单元li3。A/D转换模块li3，用于将流量/电信号转换单元li2发送的电信号由模拟量转换 为数字量后，发送至主控模块2。图6为本发明中主控模块的组成结构示意图。如图6所示，主控模块2包括运算 单元21、内部存储单元22和控制单元23 ；其中，运算单元21，用于根据采集时间和工作气体流量传感器发送的瓦斯流量获取实时 瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，并在控制单元23的控制下，将瓦斯流量、采集时间、瓦斯解 析速度、瓦斯累积流量发送至外部存储模块3 ；从内部存储单元22中读取工作气体流量传 感器对应的预设的瓦斯解析速度范围，对实时斯解析速度与读取的瓦斯解析速度范围进行 比较，并将比较结果发送至控制单元23。内部存储单元22，用于存储预设的各气体流量传感器11 In的量程对应的瓦斯 解析速度范围。控制单元23，用于接收运算单元21发送的比较结果，当实时瓦斯解析速度下降至 工作气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围下限时，切断当前的工作气体流量传感器， 并将下一顺序的气体流量传感器切换为工作气体流量传感器。实际应用中，为提高本发明采集数据的存储速度和可靠性，主控模块2还可包括 64K的数据缓存模块。实际应用中，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪可通过上位机通讯接口连 接上位机。上位机可以从外部存储模块读取原始检测数据和分析数据，并对原始检测数据 和分析数据进行进一步的分析，监测瓦斯释放趋势等特性；另外，上位机还可对本发明所述 煤体瓦斯解析速度自动检测仪进行软件更新、调试和维护。实际应用中，本发明所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪还封装有直流电源，用于 为采集模块、主控模块、键盘、显示模块供电。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述检测仪包括被封装为一体的 采集模块、主控模块和外部存储模块；采集模块包括Π个检测精度相同但量程不同的气体 流量传感器，各气体流量传感器根据量程按从大到小的顺序进行切换；其中，η > 2，且η为 自然数；不同量程的气体流量传感器对应不同的瓦斯解析速度范围，大量程的气体流量传 感器对应瓦斯解析速度大的瓦斯解析速度范围；气体流量传感器，用于从煤体采样罐采集瓦斯流量，对流量信号滤波后，将流量信号转 换为电信号，再将电信号由模拟量转变为数字量，由主控模块确定的工作气体流量传感器 将转换为数字量的瓦斯流量发送至主控模块；主控模块，用于预设各气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围；根据采集时间和工 作气体流量传感器发送的瓦斯流量获取实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，如果实时瓦斯 解析速度下降至工作气体流量传感器的量程对应的瓦斯解析速度范围下限，则切断当前的 工作气体流量传感器，并将下一顺序的气体流量传感器切换为工作气体流量传感器；还用 于将瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量发送至外部存储模块；外部存储模块，用于存储主控模块发送的瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦 斯累积流量。
2.根据权利要求1所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述气体流量 传感器包括预处理单元、流量/电信号转换单元和A/D转换单元；其中，预处理单元，用于对所述气体流量传感器采集的表示瓦斯流量的流量信号进行滤波处 理，并将处理后的流量信号发送至流量/电信号转换单元；流量/电信号转换单元，用于将预处理单元发送的流量信号转换为电信号后发送至A/ D转换单元；A/D转换模块，用于将流量/电信号转换单元发送的电信号由模拟量转换为数字量后， 发送至所述主控模块。
3.根据权利要求1所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述主控模块 包括运算单元、内部存储单元和控制单元；其中，运算单元，用于根据采集时间和所述工作气体流量传感器发送的瓦斯流量获取实时 瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，并在控制单元的控制下，将瓦斯流量、采集时间、瓦斯解析速 度、瓦斯累积流量发送至所述外部存储模块；从内部存储单元中读取所述工作气体流量传 感器对应的预设的瓦斯解析速度范围，对实时斯解析速度与读取的瓦斯解析速度范围进行 比较，并将比较结果发送至控制单元；内部存储单元，用于存储预设的所述各气体流量传感器的量程对应的瓦斯解析速度范围；控制单元，用于接收运算单元发送的比较结果，当实时瓦斯解析速度下降至所述工作 气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围下限时，切断当前的工作气体流量传感器，并将 下一顺序的气体流量传感器切换为所述工作气体流量传感器。
4.根据权利要求1所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述检测仪还 封装有键盘，用于预设所述各气体流量传感器对应的瓦斯解析速度范围，并将各预设的瓦 斯解析速度范围发送至所述主控模块。
5.根据权利要求4所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述检测仪还封装有显示模块；其中，所述主控模块，还用于将采集时间、实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量、当前工作时间 发送至显示模块；所述键盘，还用于对显示模块进行显示控制；显示模块，用于显示所述主控模块发送的采集时间、实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流 量、当前工作时间；或者，在所述键盘的控制下，从所述外部存储模块读取并显示瓦斯流量、 采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量。
6.根据权利要求5所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述检测仪还 封装有上位机通讯接口，用于连通所述煤体瓦斯解析速度自动检测仪与上位机，并将从所 述外部存储模块读取的瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量转发至上 位机。
7.根据权利要求1所述的煤体瓦斯解析速度自动检测仪，其特征在于，所述外部存储 模块为SD卡。
全文摘要
本发明提供一种煤体瓦斯解析速度自动检测仪，包括被封装为一体的采集模块、主控模块和外部存储模块；采集模块包括n个检测精度相同但量程不同的气体流量传感器，各气体流量传感器根据量程按从大到小的顺序进行切换，n≥2，且n为自然数；气体流量传感器从煤体采样罐采集瓦斯流量；主控模块预设瓦斯解析速度范围，获取实时瓦斯解析速度、瓦斯累积流量，确定工作气体流量传感器；外部存储模块存储瓦斯流量、采集时间、实时瓦斯解析速度和瓦斯累积流量。本发明所述检测仪具有检测精度高、现场适应性强等特点，可广泛应用于煤矿等采集行业。
文档编号G01N33/22GK102141564SQ20101060552
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者刘海波, 张素妍, 李涛, 李辉, 温志辉, 王福忠, 高庆华 申请人:河南理工大学