一种便携式矿用瓦斯突出检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种煤矿安全检测仪，具体涉及一种便携式矿用瓦斯突出检测仪。
【背景技术】
[0002]现如今有60%以上的煤矿事故由瓦斯突出造成，因此瓦斯突出检测成为了非常重要的环节，且只有提高瓦斯突出检测的可靠性和准确性以及提升仪器的稳定性才能更好的预测掘进工作面突出的危险程度，才能尽可能避免或减少人员伤亡和经济损失。
[0003]目前国内外测量瓦斯突出的仪器主要有01(:-2、01(:-331^1(0-02、￥1'(:型等。其中DMC-2、DMC-3型解吸仪测量原理相同，只是外形结构不同，两者均采用U型水柱计测量钻孔钻肩随时间变化的解吸压力，计算钻孔钻肩瓦斯解吸强度，这两种解吸仪设计过于简陋，测量精度低。EL.KD-02型电容栅瓦斯解吸仪虽然应用了计算机处理技术，但其需要把煤样放在均勾地装有60个电容栅的电容栅传感器测量管内，测量煤中释放的瓦斯气体产生的液泡到达各个电容栅的时间，由此计算瓦斯解吸强度，该仪器的传感器测试管制作复杂，测量误差较大。WTC瓦斯突出参数仪采用定容测压法测量钻肩瓦斯解吸压力，由此计算钻肩瓦斯解吸量，该仪器使用了 8位微处理器作为核心控制，主频低，采用单色IXD (分辨率为128 X 64)作为显示器，界面不友好，虽然采用了压差传感器进行瓦斯解析压力检测，但压差分辨率低(压差分辨率为1Pa)，随着嵌入技术和数字信号处理技术的发展，就工作速度、仪器智能性和测量精度上仍有巨大的改进空间。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对传统的瓦斯突出检测仪的不足，提供一种便携式矿用瓦斯突出检测仪，以测量K1指标(钻肩瓦斯解吸指标)为主要功能，具有体积小，功耗低，人机交互界面友好，工作速度快，操作方便，性能稳定，测量精度高、误差小等优点，极大地提高煤矿瓦斯突出检测的准确度，有利于作业人员实时掌握被测掘进工作面突出的危险程度，是一种能有效预测和防止瓦斯突出灾害的现代化电子设备。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案为:
[0006]一种便携式矿用瓦斯突出检测仪，包括ARM主控模块、气体压力传感器及AD转换模块、大气压力传感器、SPI FLASH存储模块、按键输入模块、IXD以及USB接口，其中气体压力传感器及AD转换模块中设有AD转换器，AD转换器与ARM主控模块的SPIl接口连接；所述大气压力传感器集成了 AD转换器，大气压力传感器与ARM主控模块的I2C接口相连；SPIFLASH存储模块与ARM主控模块的SPI2接口连接；按键输入模块与ARM主控模块连接；IXD与ARM主控模块的FSMC接口连接；USB接口与ARM主控模块连接，置于ARM主控模块内。
[0007]所述气体压力传感器及AD转换模块中气体压力传感器为高精度数字表压型传感器MEAS1220A，用于测量瓦斯突出压力，并结合24位高精度Δ-Σ型AD转换器ADS1218，可以十分方便的将被测信号增益控制在合适的范围，并利用其内部自带的sine3数字滤波器进行高精度滤波，保证数据转换的信噪比最优，极大地提高了数据转换的精度。测量误差为±2%，压差分辨率能达到0.773Pa。
[0008]所述气体压力传感器的输出和AD转换器的输入均米用差分的方式。
[0009]所述大气压力传感器为自带有AD转换器的24位高精度数字绝压型传感器MS5611，内置软件校准和温度补偿功能。
[0010]所述大气压力传感器的压力测量范围为10-1200mbar，常温下分辨率为12 μ bar。[0011 ] 所述检测仪采用32位的ARM核。
[0012]本实用新型的有益效果是:能准确采集解吸瓦斯压力，环境温度以及现场大气压，气体压力可测范围为O-lOkPa，测量相对误差能够达到±2%，有很大的实用价值。仪器还具备开关机功能、数据的掉电存储功能、参数掉电存储功能、准确的实时时钟功能、键盘输入、USB接口方式数据上传等功能，具有测量精度高，人机交互界面友好，工作速度快，智能性好，稳定度高，功能全，能够提供多种瓦斯预测指标(1和Smax)、功耗低等优点。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型系统框图；
[0014]图2为气体压力传感器及AD转换模块框图；
[0015]图3为大气压力传感器框图；
[0016]图4为USB接口及串口模块框图。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，一种便携式矿用瓦斯突出检测仪包括ARM主控模块、气体压力传感器及AD转换模块、大气压力传感器、SPI FLASH存储模块、按键输入模块、IXD以及USB接口。
[0018]系统原理:把采集好的煤样置于煤样瓶中，煤样瓶通过短胶管与气体压力传感器相连接，煤样瓦斯解吸时释放的压力通过传感器转换成电信号，然后经过AD转换器自带的程控增益放大器放大并转换为数字量。同理，集成了 AD转换器的大气压力传感器把大气压力也转换为数字量，这些数字量经过提出的Kl值算法进行处理，即可计算出钻肩瓦斯1指标。SPI FLASH模块可用于存储钻孔信息、1值、肩瓦量指标等，存储的数据及用绘制的波形可通过IXD显示，还可以通过USB接口把数据传给上位机，上位机可以对测量数据进行更详细的分析。系统电源模块为系统提供工作电源，晶振为ARM主控模块提供稳定的工作频率。
[0019]参见图2，气体压力传感器的工作频率由4MHz晶振提供，AD模块的输出参考电压经过限流电阻后为传感器供电，+IN为正极，-1N脚接地。传感器的输出和AD转换器的输入都采用差分的方式，可以抑制共模干扰及达到低噪声敏感度，提高测量精度。具体分析如下，传感器把瓦斯突出压力转换成电信号，满量程输出为70mV，利用AD模块自带的可编程增益放大器(PGA)，可以十分方便的将被测信号增益控制在合适的范围，从而简化了与外部传感器的接口电路。为了适配AD转换器的内部2.5V参考电压，这里设置增益为32，将满量程信号放大至2.24V。选择AD转换器自带的sine3数字滤波器进行高精度滤波，提高数据转换的精度。
[0020]参见图3，MS5611是一款拥有24位高精度的数字绝压型大气压力传感器，该传感器内置软件校准和温度补偿功能。压力测量范围为10-1200mbar，常温(25°C )下分辨率为12 μ bar。其空闲模式下功耗仅5 μ Α，数据转换时功耗为1mA，属于超低功耗传感器，采用I2C通信协议，本仪器使用该传感器进行现场大气压力测量和现场温度测量。
[0021]参见图4，检测仪内微控制单元的MCUDM、MCUDP分别与ARM的USBDM、USBDP脚相连接，编写完USB接口程序后就可以实现USB功能，进行检测仪与PC机之间的数据传输。另外加入串口模块，可以方便调试。
【主权项】
1.一种便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:包括ARM主控模块、气体压力传感器及AD转换模块、大气压力传感器、SPI FLASH存储模块、按键输入模块、IXD以及USB接口，其中气体压力传感器及AD转换模块中设有AD转换器，AD转换器与ARM主控模块的SPIl接口连接；所述大气压力传感器集成了 AD转换器，大气压力传感器与ARM主控模块的I2C接口相连；SPI FLASH存储模块与ARM主控模块的SPI2接口连接，按键输入模块与ARM主控模块连接；IXD与ARM主控模块的FSMC接口连接；USB接口与ARM主控模块连接，置于ARM主控模块内。2.如权利要求1所述的便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:所述气体压力传感器及AD转换模块中的气体压力传感器为数字表压型传感器MEAS1220A，并结合24位Δ - Σ型AD转换器ADS1218将被测信号增益设置为32，满量程信号为2.24V，且利用AD转换器内部自带的sine3数字滤波器进行滤波。3.如权利要求2所述的便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:所述气体压力传感器的输出和AD转换器的输入均米用差分的方式。4.如权利要求1所述的便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:所述大气压力传感器为自带有AD转换器的24位数字绝压型传感器MS5611。5.如权利要求4所述的便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:所述大气压力传感器的压力测量范围为10-1200mbar，常温下分辨率为12ybar。6.如权利要求1所述的便携式矿用瓦斯突出检测仪，其特征在于:所述检测仪采用32位的ARM核。
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式矿用瓦斯突出检测仪，包括ARM主控模块、气体压力传感器及AD转换模块、大气压力传感器、SPI？FLASH存储模块、按键输入模块、LCD以及USB接口，其中气体压力传感器及AD转换模块中设有AD转换器，AD转换器与ARM主控模块的SPI1接口连接；所述大气压力传感器集成了AD转换器，大气压力传感器与ARM主控模块的I2C接口相连；SPI？FLASH存储模块与ARM主控模块的SPI2接口连接；按键输入模块与ARM主控模块连接；LCD与ARM主控模块的FSMC接口连接；USB接口与ARM主控模块连接，置于ARM主控模块内。本检测仪以测量钻屑瓦斯解吸指标K1为主要功能，具有体积小，功耗低，人机交互界面友好，工作速度快，操作方便，性能稳定，测量精度高等优点。
【IPC分类】G01N7/14
【公开号】CN204924842
【申请号】CN201520494789
【发明人】张法全, 王焱, 叶金才, 王国富, 庞成, 韦秦明, 张海如
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年7月9日