本质安全型红外甲烷变送器的制作方法

本发明涉及一种煤矿中用于检测和传输甲烷气体浓度信息的装置，尤其是一种矿用本质安全型红外甲烷变送器。

背景技术：

煤矿开采过程发生的安全事故中，瓦斯爆炸是一种常见的后果严重且影响恶劣的事故。甲烷作为瓦斯气体的主要成分，对其进行实时、精确且方便的检测非常重要。现有的甲烷传感器普遍为手持式或者安装于矿井中的固定位置和其他设备上，对于体积和质量没有严格限制，因而普遍存在结构和电路复杂，体积、质量大，精度和安全性低等问题，对于类似于煤矿探测机器人等需要实时检测不同高度位置甲烷浓度，对传感器体积、质量有严格限制的的矿用移动设备并不适用。

技术实现要素：

为了解决煤矿探测机器人等矿用移动设备需要实时检测和传输不同高度位置甲烷浓度信息的问题，本发明提供了一种小型本质安全型红外甲烷变送器。该变送器测量精度高，结构和电路接口设计简单，方便与矿用移动设备进行连接；质量和体积小，可以通过简单的机构实现不同高度位置甲烷浓度的测量。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：本质安全型红外甲烷变送器，包括：红外甲烷传感探头、红外甲烷变送器电路板、本安外壳、固定板、四芯航空插头、矿用阻燃屏蔽信号电缆、连接杆；该本质安全型红外甲烷变送器的红外甲烷传感探头焊接在红外甲烷变送器电路板上；红外甲烷变送器电路板通过螺栓和螺柱固定在固定板的一面；固定板与本安外壳通过螺栓连接，固定板的另一面安装有四芯航空插头；四芯航空插头的母头端通过四根导线连接到红外甲烷变送器电路板上的接口P1上，四芯航空插头公头端与矿用阻燃屏蔽信号电缆连接，本安外壳的最前端固定安装有连接杆，连接杆通过简单机构与煤矿探测机器人等矿用移动设备连接，实现不同高度甲烷浓度的测量。

所述的红外甲烷传感探头的型号为MSHia-P/HR/5/V/P，其有5个引脚，分别为：引脚1-VCC、引脚2-GND、引脚3-TX、引脚4-RX以及引脚5-OUTPUT；其中引脚1-VCC与电源转换模块ASM117-3.3的引脚2连接；引脚2-GND与P1接口GND连接；引脚3-TX、引脚4-RX分别与信号电平转换模块MAX3232引脚11、12连接，引脚5-OUTPUT悬空；所述的红外甲烷传感探头功能是完成测量范围为（0.00～100.00）％CH4的测量。

所述的红外甲烷变送器电路板由电源转换模块、信号电平转换模块组成。

所述的电源转换模块采用ASM1117-3.3芯片，SOT-223封装；该芯片有三个引脚，分别为引脚1-GND，引脚2-OUTPUT，引脚3-电源+5V；其中引脚1-GND、引脚3-接电源+5V后，再分别与P1接口引脚1+5V、引脚2GND连接；其引脚2-OUTPUT并联10uf的极性电容C1和0.1uf的电容C2后接地，引脚2-OUTPUT输出电源VCC；所述电源转换模块功能是实现外接5V电源转换为3.0-3.5V电平，为红外甲烷传感探头和数字信号电平转换芯片U2供电。

所述的信号电平转换模块由MAX3232转换芯片U2，SO-16封装；该芯片的引脚1与引脚3之间以及引脚4与引脚5之间连接有0.1uf的匹配电容；引脚2以及引脚6分别与0.1uf的匹配电容连接后，分别与VCC和GND连接；所述的信号电平转换模块的功能是实现红外甲烷传感探头与外接数字信号的TTL-RS232电平转换。

所述的红外甲烷变送器电路板2上留有4个引脚VCC、GND、RX、TX，分别与红外甲烷传感探头对应的引脚VCC、GND、RX、TX焊接在一起。四芯航空插头母头端通过四根导线焊接到红外甲烷变送器电路板的P1接口对应的引脚+5V、GND、SRx、STx，通过四芯航空插头公头端与矿用阻燃屏蔽信号电缆的四根线：电源5V+，电源5V-，Rx，Tx连接，完成电路板供电和信号传输。

本质安全型红外甲烷变送器的安装和使用：煤矿探测机器人等矿用移动设备通过简单的连杆机构与变送器的连接杆7连接，通过控制连杆机构运动实现不同高度甲烷浓度的测量；煤矿探测机器人等矿用移动设备或其他具有串口的通信终端通过输出本安电源向变送器供电，通过RS232数字信号向变送器发送读取甲烷浓度、传感器校零及校准灵敏度命令，实现实时检测甲烷浓度的功能。

本发明的有益效果是：本发明提供的本质安全型红外甲烷变送器，测量精度高，测量范围广且性能稳定。外部接口两根电源线和两根串行通信线，结构简单，通过煤矿探测机器人等矿用移动设备输出的本安电源和串行通信线可以方便的连接。利用煤矿探测机器人等矿用移动设备的控制终端发送读取命令，实现甲烷浓度信息实时读取和显示及报警；结构简单新颖，造型小质量轻，可以满足煤矿探测机器人等矿用移动设备实现不同高度位置的甲烷浓度的实时测试和传输。

附图说明

图1为安全型红外甲烷变送器结构原理示意图。

图2为红外甲烷变送器电路板原理图。

图3为红外甲烷变送器电路板PCB图。

图中，1.红外甲烷传感探头、2.红外甲烷变送器电路板、3.本安外壳、4.固定板、5.四芯航空插头、6.矿用阻燃屏蔽信号电缆、7.连接杆。

具体实施方式

在图中，本质安全型红外甲烷变送器，包括：红外甲烷传感探头1、红外甲烷变送器电路板2、本安外壳3、固定板4、四芯航空插头5、矿用阻燃屏蔽信号电缆6、连接杆7；该本质安全型红外甲烷变送器的红外甲烷传感探头1焊接在红外甲烷变送器电路板2上；红外甲烷变送器电路板2通过螺栓和螺柱固定在固定板4的一面；固定板4与本安外壳3通过螺栓连接，固定板4的另一面安装有四芯航空插头5；四芯航空插头5的母头端通过四根导线连接到红外甲烷变送器电路板2上的接口P1上，四芯航空插头5公头端与矿用阻燃屏蔽信号电缆6连接，本安外壳3的最前端固定安装有连接杆7，连接杆7通过简单机构与煤矿探测机器人等矿用移动设备连接，实现不同高度甲烷浓度的测量。

所述的红外甲烷传感探头1的型号为MSHia-P/HR/5/V/P，其有5个引脚，分别为：引脚1-VCC、引脚2-GND、引脚3-TX、引脚4-RX以及引脚5-OUTPUT；其中引脚1-VCC与电源转换模块ASM117-3.3的引脚2连接；引脚2-GND与P1接口GND连接；引脚3-TX、引脚4-RX分别与信号电平转换模块MAX3232引脚11、12连接，引脚5-OUTPUT悬空；所述的红外甲烷传感探头功能是完成测量范围为（0.00～100.00）％CH4的测量。

所述的红外甲烷变送器电路板2由电源转换模块、信号电平转换模块组成。

所述的电源转换模块采用ASM1117-3.3芯片，SOT-223封装；该芯片有三个引脚，分别为引脚1-GND，引脚2-OUTPUT，引脚3-电源+5V；其中引脚1-GND、引脚3-接电源+5V后，再分别与P1接口引脚1+5V、引脚2GND连接；其引脚2-OUTPUT并联10uf的极性电容C1和0.1uf的电容C2后接地，引脚2-OUTPUT输出电源VCC；所述电源转换模块功能是实现外接5V电源转换为3.0-3.5V电平，为红外甲烷传感探头1和数字信号电平转换芯片U2供电。

所述的信号电平转换模块由MAX3232转换芯片U2，SO-16封装；该芯片的引脚1与引脚3之间以及引脚4与引脚5之间连接有0.1uf的匹配电容；引脚2以及引脚6分别与0.1uf的匹配电容连接后，分别与VCC和GND连接。所述的信号电平转换模块的功能是实现红外甲烷传感探头1与外接数字信号的TTL-RS232电平转换。

所述的红外甲烷变送器电路板2上留有4个引脚VCC、GND、RX、TX，分别与红外甲烷传感探头1对应的引脚VCC、GND、RX、TX焊接在一起。四芯航空插头5母头端通过四根导线焊接到红外甲烷变送器电路板2的P1接口对应的引脚+5V、GND、SRx、STx，通过四芯航空插头5公头端与矿用阻燃屏蔽信号电缆6的四根线：电源5V+，电源5V-，Rx，Tx连接，完成电路板供电和信号传输。

一种矿用本质安全型红外甲烷变送器的安装和使用：煤矿探测机器人等矿用移动设备通过简单的连杆机构与变送器的连接杆7连接，通过控制连杆机构运动实现不同高度甲烷浓度的测量；煤矿探测机器人等矿用移动设备或其他具有串口的通信终端通过输出本安电源向变送器供电，通过RS232数字信号向变送器发送读取甲烷浓度、传感器校零及校准灵敏度命令，实现实时检测甲烷浓度的功能。