一种提高矿用火焰传感器感知距离和自检能力的装置

1.本发明涉及传感器技术领域，具体为一种提高矿用火焰传感器感知距离和自检能力的装置。


背景技术：

2.约80％以上的井下顺层钻孔瓦斯抽采浓度会在短时间内衰减到6％-20％，因此井下低浓度瓦斯的抽采 工作成为了瓦斯治理的一个重点内容。但是瓦斯治理不仅要重视瓦斯抽采的高效性，更要关注抽采工作的 安全性。当抽采管路中瓦斯浓度介于5％-16％时，可能会发生爆炸；当瓦斯浓度低于5％时，遇高温火源并 不爆炸，只能在火焰外围形成稳定的燃烧层。故而在爆炸灾害发生前检测到火焰的存在有着防患于未然的 作用与必要性。目前，在低浓度瓦斯抽采管路中设置分结管，安装火焰传感器监测火源成为了一种重要的 预防瓦斯爆炸的方法。
3.现有低浓度瓦斯抽采管路中布置的火焰传感器，其探测视窗为平面视窗，传感器的光敏二极管位于 视窗内，也即处于分结管内(抽采管壁外)，因而在火焰未传播到探测视窗正下方前，无法检测到紫外 或红外射线，也就无法检测到火情。
4.因此，考虑到瓦斯灾害的发展的迅速性，研发出能更早的探测到火情的火焰传感器，对于瓦斯灾害 的防止实为必要。另一方面，现有低浓度瓦斯抽采管路中布置的火焰传感器，服役一段时间后，会因为 瓦斯风流中带有的灰尘覆盖住红外探测视窗或者其他故障而无法监测到火情，火焰传感器的自清洗与自 检功能不可或缺。


技术实现要素：

5.为解决以上现有问题，本发明提供一种提高矿用火焰传感器感知距离和自检能力的装置。本发明通 过以下技术方案实现。
6.一种提高矿用火焰传感器感知距离和自检能力的装置，包括外凸球面探测视窗、红外火焰传感器及 其传感器外壳、红外反射装置以及自检装置；
7.所述外凸球面探测视窗与所述传感器外壳形成一体，所述传感器外壳将所述外凸球面探测视窗分为 上下两个部分；所述红外反射装置设在所述外凸球面探测视窗的正下方，由位于其迎光侧的一红外射线 反射板和位于其背光侧的一导风板组成，并固定于抽采管路的下壁；所述自检装置由高压水枪、红外发 光二极管以及控制器组成；所述高压水枪包括向上喷水枪与向下喷水枪。
8.进一步的，所述外凸球面探测视窗由半球面与圆环外缘组成，呈草帽状；所述半球面凸进所述抽采 管路的长度为一光敏二极管的长度，且所述红外火焰传感器的光敏二极管接近于所述外凸球面探测视窗 的球面内壁；所述圆环外缘与所述传感器外壳通过螺栓加垫片紧密连接。
9.进一步的，所述传感器外壳设有一光亮塑料板与一薄隔热棉将所述外凸球面探测视窗分为上下两个 部分，上层固定有应用电路板，红外探测头在下层。
10.进一步的，所述红外反射装置由红外反射装置固定螺栓与垫片及l型固定脚垫固定于所述抽采管路 的下壁。
11.进一步的，所述红外射线反射板为一与抽采下管壁夹角呈45
°
并附着于所述外凸球面探测视窗正下方 瓦斯抽采管壁上且对红外射线有着高反射率的二氧化钛纳米膜状板，其上下边向上管壁的垂直投影分别 相切于所述外凸球面探测视窗的两侧与上管壁交接处。
12.进一步的，所述导风板呈流线型。
13.进一步的，所述高压水枪的供水管路与所述红外发光二极管的供电管路从所述抽采管路的下壁穿入， 穿过所述红外反射装置，穿出所述导风板1，再外接于喷水花洒与红外射线发射管。
14.进一步的，所述向上喷水枪的供水管指向所述外凸球面探测视窗，所述向下喷水枪的供水管向下弯 曲指向所述红外射线反射板，所述红外发光二极管的供电线路管向所述红外射线反射板弯曲，使所述红 外射线发射管位于所述红外射线反射板的上方、所述外凸球面探测视窗的正下方。
15.进一步的，所述控制器由plc、电磁阀、火焰传感器输入自检控制按钮、红外发光二极管限流电阻以 及报警灯组成。
16.本发明的有益效果：
17.本发明的火焰传感器具有如下的优点：
18.1.外凸进抽采管路中的球面探测视窗结合视窗内部加长的红外探测头(光敏二极管)，使得感知距 离大大提升，可以提前检测到发生在抽采管路中的火情。
19.2.红外反射板由于其特殊的布置角度(与抽采下管壁夹角呈45
°
)，由反射定律知，能够将抽采管路 中下侧一部分横向传来的红外射线正好以90
°
的方向全部反射到球面视窗上，增加了入射红外光线，增加 提前感知火情的可能性。
20.3.反射装置中流线型导风板的加入使得反射板后侧可能形成旋涡的担心被化解，且反射板与导风板 样条连接减小了局部阻力。
21.4.水流与红外射线发射装置解决了现有火焰传感器视窗灰尘覆盖问题及其他传感器自身故障，实现 了自清洗与自检功能，形成了一个完整的系统。
附图说明
22.图1为传统的火焰传感器的结构图；
23.图2为本发明外观的正视图；
24.图3为本发明红外反射装置与自检装置的立体图；
25.图4为本发明自检装置的细部放大图；
26.图5为本发明自检系统的工作程序图；
27.图6为本发明自检系统的电路连接图。
28.其中，附图标记说明如下：
29.1.传统传感器光敏二极管，2.传统传感器应用电路板，3.传统传感器装置外壳，4.传统传感器分结 管，5.瓦斯抽采管路，6.探测视窗，7.外凸球面探测视窗，8.探测头，9.应用电路板，10.外接线缆，11.传 感器外壳，12.分结管，13.紧固螺栓，14.薄隔热棉，15.光亮
塑料板，16.红外射线反射板，17.导风板， 18.红外反射装置固定螺栓，19.抽采管路，20.向上喷水枪，21.向下喷水枪，22.红外发光二极管，23. 固定脚垫。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的技术方案作更为详细、完整的说明。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、
ꢀ“
厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”[0032]“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指 明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或 者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]
如附图1所示，现有浓度瓦斯抽采管路5中布置的火焰传感器，其探测视窗6为平面视窗，传统传 感器光敏二极管1位于视窗内，也即处于传统传感器分结管4内(瓦斯抽采管路5壁外)，因而在火焰 未传播到探测视窗6正下方前，无法检测到紫外或红外射线，也就无法检测到火情。其中，还包括传统 传感器应用电路板2以及传统传感器装置外壳3。
[0035]
因此，考虑到瓦斯灾害的发展的迅速性，研发出能更早的探测到火情的火焰传感器，对于瓦斯灾害 的防止实为必要；另一方面，现有低浓度瓦斯抽采管路中布置的火焰传感器，服役一段时间后，会因为 瓦斯风流中带有的灰尘覆盖住红外探测视窗或者其他故障而无法监测到火情，火焰传感器的自清洗与自 检功能不可或缺。
[0036]
具体实施例1，一种提高矿用火焰传感器感知距离和自检能力的装置，包括使得检测范围大大增加的 外凸球面探测视窗7、用于检测火情的红外火焰传感器及其固定外凸球面探测视窗7的传感器外壳11、 具有外凸球面探测视窗7同样效果并能增加入射红外光线数量的红外反射装置以及具有自清洗与自检功 能的自检装置；
[0037]
外凸球面探测视窗7由半球面与圆环外缘组成，呈草帽状，在瓦斯抽采管路19上壁开分结管12外 径大小的孔，并将分结管12焊接其上，随后将圆柱状传感器外壳11与外凸球面探测视窗7的圆环外缘 通过带垫片的紧固螺栓13固定于抽采管路19的上壁，其中传感器外壳11在分结管12之内，外凸球面 探测视窗7的半球面凸进瓦斯抽采管19，凸进长度以光敏二极管长度为宜，且红外火焰传感器的光敏二 极管接近于外凸球面探测视窗7的球面内壁约1mm，以保证火焰在还未传播到红外火焰传感器8所在管 路下方时，火焰辐射出的红外射线一部分直射到外凸球面探测视窗7上后就能被及时检测到；外凸球面 探测视窗7与传感器外壳11形成一体，保证红外火焰传感器的密封性的同时固定外凸球面探测视窗7；
[0038]
传感器外壳11形成红外火焰传感器的外形并在内部收容应用电路板9，其上部为外接线缆10留孔向 应用电路板9供电，传感器外壳11用一块光亮塑料板15与一层薄隔热棉14(隔热棉14紧贴塑料板 15)将外凸球面探测视窗7分为两个部分，上层固定应用电路板9，红外探测头8在下层，连接探测头8 与应用电路板9的金属导线被加长，以使探测头8不受到应用电路板9发热产生的红外射线干扰，并能 使探测头8微探入瓦斯抽采管路19内而检测
到横向来光，红外火焰传感器响应；
[0039]
红外反射装置设置在外凸球面探测视窗7的正下方，由位于其迎光侧的一红外射线反射板16和位于 其背光侧的一导风板组成，由红外反射装置固定螺栓18与垫片及l型固定脚垫23固定于抽采管路19的 下壁；其中，红外反射装置迎光侧的红外射线反射板16为一与抽采管路19的下管壁夹角呈45
°
并附着于 外凸球面探测视窗7正下方瓦斯抽采管壁上且对红外射线有着高反射率的二氧化钛纳米膜状板，其上下 边向上管壁的垂直投影分别恰好分别相切于外凸球面探测视窗7的两侧与上管壁交接处。并且，红外反 射装置的背光侧为一呈流线型的导风板17，优选地，该导风板17与红外射线反射板16样条连接。由此， 红外射线反射板16后侧可能形成旋涡的担心被化解，且红外射线反射板16与导风板17样条连接减小了 局部阻力；
[0040]
自检装置由包括向上喷水枪20与向下喷水枪21的高压水枪、红外发光二极管22以及控制器组成； 红外发光二极管22的供电管路与向上喷水枪20和向下喷水枪21的供水管路从抽采管路19下壁穿入， 穿过红外反射装置，穿出导风板17，再外接喷水花洒(扩大清洗范围)与红外射线发射管形成向上喷水 枪20与向下喷水枪21以及红外发光二极管22；并且，该自检装置的高压水枪与红外发光二极管22具有 指向性，即向上喷水枪20精准指向外凸球面探测视窗7，向下喷水枪21的供水管向下弯曲指向红外射线 反射板16，红外发光二极管22的供电线路管向红外射线反射板16弯曲，使红外射线发射管位于红外射 线反射板16的上方以及外凸球面探测视窗7的正下方。由此，自检装置的喷水枪能保证完整清洗外凸球 面探测视窗7与红外射线反射板16，红外射线发射枪能保证发射的红外射线能被红外射线反射板16反射 和被外凸球面探测视窗7捕捉；
[0041]
控制器由plc、电磁阀、火焰传感器输入自检控制按钮、红外发光二极管限流电阻以及报警灯组成。 将自检装置按照图6自检装置系统电路连接图进行装置供电与供水，形成自检装置系统，以图5的动作 程序执行自清洗与自检火焰传感器，即自检控制按钮启动，plc输出控制电源，在红外发光二极管限流电 阻作用下，控制电源控制红外发光二极管发光。同时，火焰传感器接收到红外信号后，发出开关量火焰 信号，输入给plc。如果plc没有接收到信号，则plc控制电磁阀接通高压水管和喷水管路，喷水管路出 水，清洗红外射线反射板和球面探测视窗。然后可以再次开启红外发光二极管，再次监测火焰传感器是 否能正常工作，如果控制器还是收不到信号，则报警灯亮，提示传感器故障。
[0042]
本发明通过改变现有抽采管路19中的红外火焰传感器的探测视窗的设计，并在探测视窗正下方设置 红外射线反射板16，使得火焰在未传播到红外火焰传感器正下方的管道位置之前，红外火焰传感器即通 过远处传来的红外射线检测到火情的出现，提高红外火焰传感器感知距离，实现提前感知火情的目的； 两根供水管下接高压水，一根供电线路接入plc供给的24v直流电源，三根管由下向上穿入抽采管路19 内，穿出导风板17，外接两个喷水花洒装置与一个红外发光二极管22，形成清洗与自检装置，按照一定 顺序向红外射线反射板16和外凸球面探测视窗7发射红外射线与水流，清洗并检验红外火焰传感器，使 得本外凸球面探测视窗7形成为“工作-自检-工作”的闭环系统。
[0043]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语 应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以 是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元
件内部的连通。对于本领域 的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一 和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。 而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方， 或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括 第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0045]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或
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一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的 至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。 而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结 合。
[0046]
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。