一种矿井环境有害气体无线检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井环境有害气体无线检测系统，所述系统由多个检测单元和检测中心计算机组成，检测单元实现对检测点有害气体的特征参数进行检测，各检测单元通过无线通信模块与检测中心计算机实现信息交互。本实用新型有效解决了现有煤矿有害气体检测技术准确性低和实时性差，从而导致实际生产中被检测矿井环境面积比较大，有害气体的分布状况比较复杂，传统的单独检测一个或者几个点不能代表矿井环境有害气体的实际状况与变化趋势的问题。
【专利说明】一种矿井环境有害气体无线检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及矿井环境的智能检测与控制设备【技术领域】，具体涉及一种矿井环境有害气体无线检测系统。
【背景技术】
[0002]目前，保障煤矿生产安全，防止煤矿事故，保护煤矿职工人身安全，促进采矿业的发展，确保井下人员足够的新鲜空气必须把有害气体和粉尘冲淡到安全浓度以下，它们包括CO、H2S、C02、CH4等气体，因此必须测量有害气体的分布状况。
[0003]上述气体的来源于多方面，如CO在煤矿井下主要产生于煤的自然发火和坑木腐烂以及放炮的炮烟中，在煤矿井下监测CO浓度变化趋势可作为判断煤层是否发生自然发火的指标；急性CO中毒是吸入高浓度CO后引起以中枢神经系统损害为主的全身性疾病。轻、中度中毒主要表现为头痛、头昏、心悸、恶心、呕吐、四肢乏力、意识模糊，甚至昏迷。二氧化碳(C02)主要存在于煤层和煤块内，在采煤过程中与瓦斯一道排出，坑木腐烂、人员呼吸、煤自然发火以及爆破等也可产生二氧化碳(C02)，由于二氧化碳(C02)密度大，一般多积聚于巷道低处及通风不良的废巷中，个别煤层或岩层中会出现大量二氧化碳(C02)异常涌出现象，称为二氧化碳(C02)突出，如营城煤矿和窑街矿区曾发生二氧化碳(C02)突出事故，二氧化碳(C02)主要经呼吸道吸入人体内，高密度时有显著毒性作用，主要是对呼吸中枢的毒性作用。矿井中二氧化硫主要来源于含硫矿物(如黄铁矿等)的氧化和自然以及井下爆破；二氧化硫(S02)主要是通过呼吸道吸入而产生中毒作用，其次是皮肤、粘膜的接触吸收；硫化氢是具有臭鸡蛋气味的剧毒气体，且易燃易爆，爆炸浓度范围为4.3%-46%。有机物腐败时可产生硫化氢，故粪窑、污水沟、暗渠中常有硫化氢积聚，硫化氢属于化学性窒息性气体，急性中毒时可引起肺水肿和中毒性脑病；氨是无色有恶臭气味的刺激性气体，极易溶于水而形成氢氧化铵(氨水)，也容易从水溶液中逸出。
[0004]我国某些矿井岩层中有天然氨涌出，如铁法矿区和峰峰矿区的万年矿等，低浓度氨对眼和上呼吸道粘膜有刺激作用，吸入高浓度的NH3会引起支气管炎症及中毒性肺炎、肺水肿；矿井空气中的氮氧化物主要产生于用硝铵炸药爆破的炮烟中，氮氧化物为刺激性气体，较难溶于水，因而可达呼吸道深部的细支气管和肺泡，对肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用，可引起支气管炎和肺水肿等；当在煤层、断层或其它裂隙、空隙处积聚了大量甲烷，处于极高的压力状态下，具备一定条件时，会发生甲烷喷出或突出现象，分别称为瓦斯喷出和瓦斯突出。在我国陈奎开发了基于Web的煤矿瓦斯动态采集与监控系统，提高了煤矿瓦斯采集的网络化与数字化水平，李兵等开发了基于WSN的矿井瓦斯检测系统，杨丽等开发了基于STC12LE5608AD的便携式瓦斯检测报警仪，这些测试方法具有可靠性低、准确性低和实时性差等特点，它们不能准确测量出煤矿有害气体的浓度，特别是煤矿有害气体的成分复杂，它们的形成过程复杂，因此采用单一的测量方法是不能够有效地测量出有害气体的浓度。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种矿井环境有害气体无线检测系统，本实用新型有效解决了现有煤矿有害气体检测技术准确性低和实时性差，从而导致实际生产中被检测矿井环境面积比较大，有害气体的分布状况比较复杂，传统的单独检测一个或者几个点不能代表矿井环境有害气体的实际状况与变化趋势的问题。
[0006]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0007]—种矿井环境有害气体无线检测系统，其特征在于:所述装置由多个检测单元和检测中心计算机组成，检测单元实现对检测点有害气体的特征参数进行检测，各检测单元通过无线通信模块与检测中心计算机实现信息交互；所述检测单元由气路和参数采集电路组成，气路和参数采集电路由矿井气体进气口、洁净空气进气口、进气电磁阀、排气口、排气电磁阀、传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机构成，矿井气体进气口、洁净空气进气口通过进气管道上设置的过滤网进入矿井，进气管道上设置进气电磁阀，矿井通过排气管道与排气口连接，排气管道上设置排气电磁阀，传感器阵列、温湿度传感器安装于被检测矿井内，传感器阵列、温湿度传感器将采集到的有害气体的特征参数经滤波电路、信号调理电路发送给MSP430单片机进行数据处理，并将处理后的数据通过无线通信模块传送给检测中心计算机，电源模块为传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机提供工作电源，各个检测单元通过无线通信模块实现与检测中心计算机信息交互。
[0008]本实用新型进一步技术改进方案是:
[0009]所述传感器阵列包括甲烷传感器TGS816、氨气传感器TGS826、硫化氢传感器TGS825、二氧化碳传感器TGS4160、一氧化碳传感器TGS203。
[0010]本实用新型更进一步技术改进方案是:
[0011]所述无线通信模块采用型号为nRF2401的无线通信模块；
[0012]所述单片机采用型号为MSP430的单片机；
[0013]所述检测单元均匀分布于矿井内。
[0014]本实用新型与传统的检测方法相比的优点在于:
[0015]1、实时性高:本实用新型采用了基于无线传感器技术、对有害气体有高度敏感性的传感器阵列能识别矿井环境的多个检测点有害气体的分布状况，系统可对矿井环境有害气体的高效净化策略提供依据。检测单元的进气口直接布置在被检测矿井环境典型位置的检测点，可同时进行数据采集和模式识别，实时反映单个或者几个甚至整个被检测矿井环境的同一时刻有害气体的分布状况。
[0016]2、准确性高:本实用新型采用了高度敏感性传感器阵列技术来采集反映矿井环境多种有害气体状况的典型参数，克服了传统方法的单一气体传感器的测量准确性低的问题，因此它提高系统辨识的准确性与实时性。
[0017]本实用新型在矿井环境信息自动化检测与自动化控制中有很高的应用价值，应用前景非常广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本实用新型的系统框图。【具体实施方式】
[0019]本实用新型由多个检测单元和检测中心计算机组成，检测单元实现对检测点有害气体的特征参数进行检测，各检测单元通过无线通信模块与检测中心计算机实现信息交互；所述检测单元由气路和参数采集电路组成，气路和参数采集电路由矿井气体进气口、洁净空气进气口、进气电磁阀、排气口、排气电磁阀、传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机构成，矿井气体进气口、洁净空气进气口通过进气管道上设置的过滤网进入矿井，进气管道上设置进气电磁阀，矿井通过排气管道与排气口连接，排气管道上设置排气电磁阀，传感器阵列、温湿度传感器安装于被检测矿井内，传感器阵列、温湿度传感器将采集到的有害气体的特征参数经滤波电路、信号调理电路发送给MSP430单片机进行数据处理，并将处理后的数据通过无线通信模块传送给检测中心计算机，电源模块为传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机提供工作电源，各个检测单元通过无线通信模块实现与检测中心计算机信息交互，传感器阵列包括甲烷传感器TGS816、氨气传感器TGS826、硫化氢传感器TGS825、二氧化碳传感器TGS4160、一氧化碳传感器TGS203，无线通信模块采用型号为nRF2401的无线通信模块，单片机采用型号为MSP430的单片机，检测单元均匀分布于矿井内。
[0020]结合图1简述本实用新型的工作过程:
[0021]根据对有害气体有敏感性的传感器阵列、以及温湿度传感器输出特性和输出的信号微弱的问题，装置采用滤波电路、信号调理电路，由调理放大电路的输出经过采样电路送给MSP430单片机的A/D接口，并对在单片机中定时采集的有害气体的数据并进行滤波处理，然后将处理好的数据经无线通信模块传送给检测中心计算机，检测中心计算机根据有害气体的特征参数情况，可通过打开进气电磁阀或者排气电磁阀来调节有害气体浓度的等级状况。
[0022]本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种矿井环境有害气体无线检测系统，其特征在于:所述系统由多个检测单元和检测中心计算机组成，检测单元实现对检测点有害气体的特征参数进行检测，各检测单元通过无线通信模块与检测中心计算机实现信息交互；所述检测单元由气路和参数采集电路组成，气路和参数采集电路由矿井气体进气口、洁净空气进气口、进气电磁阀、排气口、排气电磁阀、传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机构成，矿井气体进气口、洁净空气进气口通过进气管道上设置的过滤网进入矿井，进气管道上设置进气电磁阀，矿井通过排气管道与排气口连接，排气管道上设置排气电磁阀，传感器阵列、温湿度传感器安装于被检测矿井内，传感器阵列、温湿度传感器将采集到的有害气体的特征参数经滤波电路、信号调理电路发送给MSP430单片机进行数据处理，并将处理后的数据通过无线通信模块传送给检测中心计算机，电源模块为传感器阵列、温湿度传感器、滤波电路、信号调理电路以及MSP430单片机提供工作电源，各个检测单元通过无线通信模块实现与检测中心计算机信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的矿井环境有害气体检测系统，其特征在于:所述传感器阵列包括甲烷传感器TGS816、氨气传感器TGS826、硫化氢传感器TGS825、二氧化碳传感器TGS4160、一氧化碳传感器TGS203。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感器的矿井环境有害气体检测系统，其特征在于:所述无线通信模块采用型号为HRF2401的无线通信模块。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感器的矿井环境有害气体检测系统，其特征在于:所述单片机采用型号为MSP430的单片机。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于无线传感器的矿井环境有害气体检测系统，其特征在于:所述检测单元均匀分布于矿井内。
【文档编号】G01N27/04GK203732483SQ201420010771
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】徐通 申请人:徐通