专利名称：一种瓦斯光纤网络传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种自动化装置，具体地说是一种检测仪器领域中的工业气体检 测传感器装置。
背景技术：
我国矿用瓦斯传感器几乎全部采用单一代的催化燃烧式气体传感器，这种传感器 存在使用寿命短、工作稳定性差、校正频繁和检测范围窄等缺点，并且有时会出现瓦斯检测 员漏岗或报表数据不真实、不及时的现象，严重制约着煤矿对瓦斯浓度的有效掌握。国内许 多矿井已经建立了分布式瓦斯监测系统，井下的瓦斯传感器将浓度数据通过信息网络实时 传输至监测室，供上级部门实时实地监管。目前，瓦斯监测系统没有统一的行业标准，和工 业总线一样不可能统一标准。不同厂家不同型号的瓦斯监测系统，接口不一致，数据格式不 兼容，给建立煤矿瓦斯监测系统的互联带来了无数的麻烦。根据我国煤矿安全生产监督部 门对煤矿瓦斯爆炸原因的调查，瓦斯爆炸在很多情况下是因为瓦斯突然大量涌出。目前，不 管是瓦斯传感器还是瓦斯监测系统，所提供的瓦斯浓度都只是当前数据，不能对未来的瓦 斯浓度进行预测，导致当瓦斯浓度超限时，来不及采取有效的防范措施。
发明内容
本发明目的在于提供拓宽瓦斯传感工作空间，使瓦斯浓度信息可以通过多媒体信 息进行远程网络传输的一种瓦斯光纤网络传感器装置。本发明的目的是这样实现的本发明的瓦斯传感器的干涉图像传感器连接有ARM和防爆工业笔记本电脑构成 的图像传感器终端，电子细分进行瓦斯浓度定量测量传感器连接ARM和防爆工业笔记本 电脑构成的二号工作面瓦斯测控终端，干涉型瓦斯传感器通过无线连接工作面瓦斯测控终 端，然后图像传感器终端、二号工作面瓦斯测控终端和干涉型瓦斯传感器通过网络交换机 连接到煤矿计算机的网络交换机，最后煤矿计算机通过路由器实现煤矿瓦斯监测光纤以太 网和远程煤矿安全监测网络的信息连接。本发明的优势在于拓宽了瓦斯传感工作空间，使瓦斯浓度信息可以通过多媒体信 息进行远程网络传输，例如可以使用各种图像传感器(摄像头、数码相机、数码摄像机)。可 以利用标准网络传输软件以及图像处理软件，减少软件开发成本；减小瓦斯传感器体积可 以在狭小空间中应用；并且通过电子细分技术可以大为提高检测灵敏度。减低当前电子瓦 斯传感器测量灵敏度不足以及探测范围小问题。解决当前分布激光瓦斯传感系统结构复 杂，价格高昂问题，并且克服当前瓦斯传感器移动性能差，网络化传输性能不足以及供电困 难，抗各种干扰能力不足问题。为规范煤矿安全网络瓦斯探测终端功能提供模块化结构。使 瓦斯探测终端方便地接入工业因特网络，构为建煤矿瓦斯信息到煤矿安全监测机构桌面系 统打下基础。
图1是瓦斯光纤网络传感器。图2是瓦斯光纤网络传感器工作程序。图3是瓦斯光纤网络传感器的结构框图。图4是采用瓦斯光纤网络传感器的煤矿瓦斯监测系统结构框图。
具体实施例方式本发明的目的是通过以下工作模块实现的，基于各种技术问题考虑，系统应该包 含以下几个主要模块①图像识别式干涉型瓦斯传感器的实体，提供光干涉测量瓦斯功能。②图像识别式干涉型瓦斯传感器的光纤网络测控终端实体，提供瓦斯测量信号处 理接口以及嵌入传感网络通信实体，具备与网络连接的通信接口。③图像识别式干涉型瓦斯光纤网络传感器的软件，提供测量与识别软件；网络接 口通信软件，融合入光纤以太网，通过路由器连接因特网络。作为瓦斯高精度检测传感器， 采用电子细分功能实现高灵敏度探测功能，以及采用微软XP操作系统的远程探测功能，或 者以及虚拟仪器等网络化软件实现瓦斯远程探测普通。④图像识别式干涉型瓦斯光纤网络传感器的图像信息接口，提供通过CCD进行快 速进行远程测量的硬件与软件接口本发明的实质是通过瓦斯干涉探测图像识别和计算机网络远程技术，代替当前瓦 斯传感器的模拟与数字式信息传递方式，在探测范围，测量距离，抗电磁干扰能力，远程传 递能力，信息处理以及传递等模块化、标准化方面提高瓦斯以及甲烷检测系统各个方面的 功能。本发明的技术特征在于图像识别式干涉型瓦斯传感器通过图像技术嵌入通信网络进行远程传感；空间图 像干涉方式瓦斯探测代替固定的电子传感器。通过信息处理获得瓦斯时间与空间变化信 息。其具体特征在于①瓦斯浓度与地理分布信息传递采用统一网络化的图像传输接口 ；②采用光纤网络IP地址定位可以探测空间干涉图像体现瓦斯的空间与时间分布 及变化；③采用标准而通用的光纤网络模块化的软件代替自行开发的瓦斯探测与通信软 件，可以利用各种通信网络进行信息传输。瓦斯光纤网络传感器和瓦斯光纤网络传感器工作程序如图1和如图2所示。实现的基本功能如下①对于瓦斯传感器干涉图像信号进行(XD信号采集，数字化传感器信号通过红外 线网络接口进行直接接入通信网络(以太网络、因特网、CDMA网络、3G网)。通过宽带可以 接入图像信息进行远程传递。②实现光纤网络把瓦斯探测信息传递到监测中心进行电子细分，以及通过图像处 理软件以及MATLAB进一步处理例如高维滤波、神经元小波分析等进一步分析瓦斯空间与 时间信息。
③通过网络软件实现瓦斯时间与空间分布信息经过局域网，城域网，以及在路由 器支持下实现信息远程传递与处理任务，在瓦斯监测中心实现多维瓦斯信息分布图。④瓦斯识别任务可以利用第三方的网络化探测与信号处理软件实现远程识别与 计量。软件通过MATLAB、. NET软件、VC++进行编制。本发明的具体工作过程是瓦斯干涉信号被现场人员识别以及通过图像传感进入 光纤网络等信息网络传递到瓦斯监测中央监测机构，经过软件处理，显示多维瓦斯信息分 布图。并且通过电子细分以及图像处理，得到瓦斯或者瓦斯中各种成分例如甲烷的详尽信 息。发送给瓦斯控制中心进行进一步采取瓦斯危险控制功能，例如加快通风以及关闭工作 面电源等。瓦斯光纤网络传感器的结构框图见图3所示.路由器实现煤矿瓦斯监测光纤以太网和远程煤矿安全监测网络的信息连接；煤矿 计算机进行煤矿瓦斯传感网络的以太网主机功能；网络交换机实现网络与各个地点的瓦斯 测控终端的扩展连接功能。瓦斯传感器网络终端由ARM和防爆工业笔记本电脑构成，实现 瓦斯传感器的干涉图像传输功能、通过电子细分进行瓦斯浓度定量测量功能、瓦斯传感器 红外线无线传输功能、以及以太网信息传输功能。 在需要进行瓦斯以及甲烷监测场合，如果已经配备安全监测以太网，可以把瓦斯 传感器通过以太网测控终端直接接入配备相应的监测软件LabVIEW+WindowsXP的远程控 制功能即可，如果未配备安全监测以太网，把瓦斯传感器通过光纤以太网、测控终端、直相 应的监测软件LabVIEW+WindowsXP的远程控制功能即可构建瓦斯光纤传感器网络。②光瓦 斯传感器通过光图形方式或者蓝牙方式和光纤网络测控终端进行井下瓦斯浓度的按地点 和时间的分布情况的连续监测。③瓦斯检测中心通过因特网对于矿井瓦斯情况进行远程监 测。④一旦出现瓦斯超限，光纤网络测控终端发出报警信号并且启动快速排风系统。瓦斯 检测中心通过因特网监测到瓦斯超限，立即采取措施进行应对(例如停工、抢险)。实例采用瓦斯光纤网络传感器的煤矿瓦斯监测系统。(1)概述系统其功能是构建煤矿瓦斯光网络探测与监测系统，可以探测井下瓦斯随地点和 时间变化情况。瓦斯探测系统是利用瓦斯光干涉图像传感器和光纤网络终端的图像裁决装 置结合起来完成探测功能。信息传输方式有三种，图像传输、数据传输、红外线传输。采用 基于单模光纤网络的测控总线系统。由于光纤具有信号传递带宽能力强20千米可以无中 继通信。(2)结构组成为系统按其功能将瓦斯传感器嵌入到煤矿瓦斯监测系统的光纤监测总线中；系统工 作于可以扩展的光纤网络令牌式工作方式。各个瓦斯探测传感器作为带有IP地址的节点 可以有效扩充。通过IP地址可以定位探测瓦斯的分布情况，并且由于采用光纤网络式分布 式总线是基于带有悬浮独立电源的单模光纤网络一是雷电电磁干扰基本可以完全克服，大 大增强瓦斯探测信息的可靠性。采用瓦斯光纤网络传感器的煤矿瓦斯监测系统结构框图如 图4所示。
权利要求
一种瓦斯光纤网络传感器装置，其特征是瓦斯传感器的干涉图像传感器连接由ARM和防爆工业笔记本电脑构成的图像传感器终端，电子细分进行瓦斯浓度定量测量传感器连接ARM和防爆工业笔记本电脑构成的二号工作面瓦斯测控终端，干涉型瓦斯传感器通过无线连接工作面瓦斯测控终端，图像传感器终端、二号工作面瓦斯瓦斯测控终端和干涉型瓦斯传感器通过网络交换机连接到煤矿计算机的网络交换机，煤矿计算机通过路由器实现煤矿瓦斯监测光纤以太网和远程煤矿安全监测网络的信息连接。
全文摘要
一种瓦斯光纤网络传感器装置，其特征是瓦斯传感器的干涉图像传感器连接由ARM和防爆工业笔记本电脑构成的图像传感器终端，电子细分进行瓦斯浓度定量测量传感器连接ARM和防爆工业笔记本电脑构成的二号工作面瓦斯测控终端，干涉型瓦斯传感器通过无线连接工作面瓦斯测控终端，图像传感器终端、二号工作面瓦斯瓦斯测控终端和干涉型瓦斯传感器通过网络交换机连接到煤矿计算机的网络交换机，煤矿计算机通过路由器实现煤矿瓦斯监测光纤以太网和远程煤矿安全监测网络的信息连接。本发明可以利用标准网络传输软件以及图像处理软件，减少软件开发成本；减小瓦斯传感器体积可以在狭小空间中应用；通过电子细分技术可以大为提高检测灵敏度。
文档编号H04L12/28GK101865904SQ201010133510
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者王克家, 王怡 申请人:哈尔滨工程大学