专利名称：子母式瓦斯传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种瓦斯传感器，特别涉及一种再井下使用的子母式瓦斯传感器。
背景技术：
现有技术可以实现对井下某个固定点位进行连续24小时测量，却无法对某个空 间进行全方位的连续测量。而井下特定空间范围内的瓦斯分布，受地理结构的影响是不均 匀的。对于掘进(移动)过程中的瓦斯监测，由于不便线缆连接，现行的方法是采用便携式 (或机载式)瓦斯监测仪进行监测。而其数据并没有实现"上传功能"，信息不能共享。灾 害发生前或后，由于数据缺失，其监测数据对灾害的预防与救援，失去实际意义。
此外，现有甲烷传感器就其基本工作过程而言，皆为本地采集环境甲烷浓度信息， 通过本机的转换和处理电路，形成量化的甲烷浓度信息。通过传感器本身具有的显示器件 进行本地显示；通过本机的处理电路将采集值同设定的报警值相比较，超限则予以报警； 同时，单向上传。而基于全矿信息透明化的监控系统发展方向，要求井下终端设备具有双向
的信息传输及人机交互功能。对于甲烷传感器来讲，即要求能够采集和显示本地的甲烷浓 度，进行本地的超限报警，又能够利用远程通讯功能，输出远端相关地点的甲烷浓度和报警 信息。当井下其它地点发生灾害事件时，本地人员可通过设置于本地的传感器的显示信息， 及时获得灾害发生的地点信息及灾害程度信息。避免逃生自救的盲目性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够多点同时、连续监测并能实现实时传输的子母式瓦 斯传感器。 本发明的子母式瓦斯传感器包括 多个子机瓦斯传感器，用于分别检测子机瓦斯浓度； 母机瓦斯传感器，用于检测母机瓦斯浓度，并且通过连接线向监测分站上传瓦斯 浓度信号并接收从监测分站下传的瓦斯浓度信号； 其中，多个子机瓦斯传感器与母机瓦斯传感器进行无线通信，将子机瓦斯传感器 检测的瓦斯浓度信号无线发送给母机瓦斯传感器，再由母机瓦斯传感器经由信号线上传给 监测分站。 其中，每个子机瓦斯传感器包括第一甲烷传感器，用于检测子机甲烷浓度，将其 转换为子机甲烷浓度信号；第一采集单元，用于采集由第一 甲烷传感器输出的甲烷浓度信 号；第一处理器，用于处理来自第一采集单元的甲烷浓度信号，得到子机甲烷浓度值数据、 含有子机标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号；第一甲烷浓度显示单元，用于显示 第一处理器输出的子机甲烷浓度值数据；第一甲烷浓度报警器，用于根据第一处理器输出 的甲烷浓度报警信号，发出声光报警；第一无线通信单元，用于向母机瓦斯传感器无线传送 由第一处理器输出的含有子机标识的甲烷浓度数据包。 其中，第一处理器通过对来自第一采集单元的甲烷浓度信号进行运算处理，得到
4甲烷浓度值数据，将甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到甲烷 浓度报警信号，以及将甲烷浓度值数据与预置的子机标识进行打包处理，得到所述的含有 子机标识的甲烷浓度数据包。 其中，母机瓦斯传感器包括第二甲烷传感器，用于检测母机环境中的甲烷浓度， 并将其转换成甲烷浓度信号；第二采集单元，用于采集由第二甲烷传感器输出的甲烷浓度 信号；第二处理器，用于处理来自第二采集单元的甲烷浓度信号，得到母机甲烷浓度值数 据、含有母机标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自监测分站的 甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端甲烷浓度值数据；双向数据通信单元，用于将处理器 输出的甲烷浓度数据包发送给监测分站，以及将来自监测分站的甲烷浓度数据包发送给处 理器；第二甲烷浓度显示单元，用于分别显示第二处理器输出的母机甲烷浓度值数据和远 端甲烷浓度值数据；第二甲烷浓度报警器，用于根据第二处理器输出的甲烷浓度报警信号， 发出声光报警；第二无线通信单元，用于接收由子机瓦斯传感器无线发送的含有子机标识 的子机甲烷浓度数据包，经由第二处理器处理后在第二甲烷浓度显示单元显示子机甲烷浓 度及标识，并且所述含有子机标识的子机甲烷浓度数据包经由双向数据通信单元上传给监 测分站。 其中，第二处理器通过对来自第二采集单元的甲烷浓度信号进行运算处理，得到 甲烷浓度值数据，将甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到甲烷 浓度报警信号，以及将甲烷浓度值数据与预置的母机标识进行打包处理，得到含有母机标 识的甲烷浓度数据包。 其中，第二处理器通过对来自监测分站的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到带 有标识的作为远端甲烷浓度值数据。 其中，第二甲烷浓度显示单元包括显示驱动模块，用于驱动母机甲烷浓度值数据 信号和远端甲烷浓度值数据信号；母机甲烷浓度显示模块，用于显示由显示驱动模块驱动 的母机甲烷浓度值数据信号；外部甲烷浓度显示模块，用于显示由显示驱动模块驱动的来 自监测分站的甲烷浓度值数据信号和来自子机瓦斯传感器的甲烷浓度值数据信号。
其中，母机瓦斯传感器还包括设置单元，用于预置甲烷浓度报警阈值和母机标识。
其中，母机瓦斯传感器还包括单向模拟通信单元，用于接收第二处理器输出的其 频率与甲烷浓度成正比单向模拟信号。 其中，第二处理器具有将放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。
本发明的技术效果是 1、可针对某个空间范围内实施多点同时、连续监测，并能实现实时传输；
2、提高瓦斯监测的数据的可靠性，减少监测盲点； 3、子机与母机的传输采用无线通信方式，监测点可在限定的范围内移动，可以很
好的满足重点与全面监测的需求。 下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明的子母式瓦斯传感器的示意图；
图2是本发明的子机瓦斯传感器的原理5
图3是本发明的母机瓦斯传感器第一实施例的原理图； 图4是图3所示的甲烷浓度显示单元的机构的原理图； 图5是本发明的母机瓦斯传感器第二实施例的原理图； 图6是图2所示的子机瓦斯传感器的电路图； 图7是图5所示的母机瓦斯传感器第二实施例的电路图。
具体实施例方式
图1显示了本发明的子母式瓦斯传感器的结构，包括多个子机瓦斯传感器l，用 于分别检测子机瓦斯浓度；一个母机瓦斯传感器2，用于检测母机瓦斯浓度，并且通过连接 线向监测分站3上传瓦斯浓度信号并接收从监测分站3下传的瓦斯浓度信号；其中，多个子 机瓦斯传感器1与母机瓦斯传感器2进行无线通信，将子机瓦斯传感器1检测的瓦斯浓度 信号无线发送给母机瓦斯传感器l，再由母机瓦斯传感器2经由信号线上传给监测分站3。
本发明的母机瓦斯传感器2通过信号线与监测分站3相连，具有数据采集、处理、 显示、报警、无线数据收发、传输等功能；子机瓦斯传感器1除具有采集、处理、报警的功能 外，还与母机瓦斯传感器2在50m范围内无线传输，其采集数据可在母机瓦斯传感器2显 示，超限时母机瓦斯传感器报警并显示点位。此外，子机瓦斯传感器1采集到的数据可通过 母机瓦斯传感器1经由监测分站3上传至地面主机。 本发明的子机瓦斯传感器1执行掘进过程中的瓦斯监测，可以将掘进地点的瓦斯 浓度实时地无线传送给母机瓦斯传感器2，从而实现了多点同时、连续监测并能够实时传 输。 图2显示了本发明的子机瓦斯传感器1的结构，包括甲烷传感器ll，用于检测子 机甲烷浓度即掘进地点的甲烷浓度，将其转换为子机甲烷浓度信号；采集单元12，用于采 集由甲烷传感器11输出的甲烷浓度信号；处理器13，用于处理来自采集单元12的甲烷浓 度信号，得到子机甲烷浓度值数据、含有子机标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号； 甲烷浓度显示单元15，用于显示处理器13输出的子机甲烷浓度值数据；甲烷浓度报警器 14，用于根据处理器13输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警；无线通信单元16，用于向 母机瓦斯传感器2无线传送由处理器13输出的含有子机标识的甲烷浓度数据包。
处理器13通过对来自采集单元12的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度 值数据，将甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到甲烷浓度报警 信号，以及将甲烷浓度值数据与预置的子机标识进行打包处理，得到的含有子机标识的甲 烷浓度数据包。 图3显示了本发明的母机瓦斯传感器结构，如图3所示母机瓦斯传感器2包括
甲烷传感器21，用于检测母机环境中的甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号； 采集单元22，用于采集由甲烷传感器21输出的甲烷浓度信号；处理器23，用于处理来自采 集单元22的甲烷浓度信号，得到母机甲烷浓度值数据、含有母机标识的甲烷浓度数据包和 甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自监测分站的甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端 甲烷浓度值数据；双向数据通信单元27，用于将处理器23输出的甲烷浓度数据包发送给监 测分站，以及将来自监测分站的甲烷浓度数据包发送给处理器23 ;甲烷浓度显示单元25， 用于分别显示处理器23输出的母机甲烷浓度值数据和远端甲烷浓度值数据；甲烷浓度报警器24，用于根据处理器23输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警；无线通信单元26，用 于接收由子机瓦斯传感器1无线发送的含有子机标识的子机甲烷浓度数据包，经由处理器 23处理后在甲烷浓度显示单元25显示子机甲烷浓度及标识，并且经由双向数据通信单元 27将含有子机标识的子机甲烷浓度数据包上传给监测分站3。 处理器23通过对来自采集单元22的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度 值数据，将甲烷浓度值数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到甲烷浓度报警 信号，以及将甲烷浓度值数据与预置的母机标识进行打包处理，得到含有母机标识的甲烷 浓度数据包。 第二处理器23通过对来自监测分站的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到带有 标识的作为远端甲烷浓度值数据。 处理器23具有将放大的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。
图4显示了母机瓦斯传感器的甲烷浓度显示单元25的具体结构，包括显示驱动 模块251，用于驱动母机甲烷浓度值数据信号和远端及子机的甲烷浓度值数据信号；母机 甲烷浓度显示模块253，用于显示由显示驱动模块251驱动的母机甲烷浓度值数据信号；以 及外部甲烷浓度显示模块252，用于显示由显示驱动模块251驱动的来自监测分站3的甲烷 浓度值数据信号和来自子机瓦斯传感器1的甲烷浓度值数据信号。 图5显示了本发明的母机瓦斯传感器的第二实施例，它与第一实施例的区别仅仅 在于增加了设置单元28和单向模拟通信单元29。 设置单元28用于预置甲烷浓度报警阈值和母机标识，以便井下人员可以根据矿 井需要调整或修改甲烷浓度报警阈值，以及调整或修改母机的标识(比如，编号)。
单向模拟通信单元29用于接收处理器23输出的其频率与甲烷浓度成正比单向模 拟信号，该单向模拟信号也可以经由监测分站分送给地面主机。 图6显示了本发明的子机瓦斯传感器1的具体电路图。甲烷传感器ll为催化燃 烧式甲烷敏感元件，包含RH、 RB黑白两个元件，它们同R5、 R6、 Wl组成电桥，电桥的A、 B两 端输出随外界甲烷气体浓度变化的电信号。集采单元12是由IC3等元件组成的放大电路， 电信号被采集单元12放大和处理后，传输到微处理器IC4(即处理器13)内部的A/D采集 电路，形成数字信号。经微处理器的处理，形成甲烷浓度的数字信息(即甲烷浓度值数据)。 经由作为无线通信单元16的无线收发射频模块RF—M及PCB印刷天线传输到母机瓦斯传感 器2。同时，甲烷浓度信息由甲烷浓度显示单元15的数码显示模块S1予以显示，其中IC6 为显示驱动模块。当甲烷浓度高于设定值时，微处理器可输出控制信号，经过由VT2等组成 的开关电路，控制由LED发光二极管VL1、电磁蜂鸣器BUZ1组成的声光报警电路即甲烷浓度 报警器14，产生声光报警信号。电源电路由IC1、IC2等组成。其中由IC2产生的+3V电源 供给敏感元件，IC1产生的+5V电源供给本仪器的其它电路。由电池组BT1及隔离二极管 VD2组成的后备电源，可在无交流电时维持本仪器的工作。 图7显示了本发明的母机瓦斯传感器的电路，甲烷传感器21由催化燃烧式甲烷敏 感元件MJC4的黑、白元件RH/RB同R5、R6及Wl构成电桥，电桥的A、B两端输出随外界甲烷 气体浓度变化的电信号。经过由作为采集单元22的IC3等元件组成的放大电路的放大，传 输到微处理器IC4(处理器23)内部的A/D采集电路，形成数字信号。经微处理器的运算处 理，形成甲烷浓度的数字信息(即甲烷浓度值数据)。浓度信息可通过母机甲烷浓度显示单元253的SI数码显示模块进行本地显示，其中IC6为母机的显示驱动模块251。 VT3等 组成频率型通信接口电路即单向模拟通信单元29，用于输出与浓度成正比的频率信号，可 上传至分站等设备；由IC7构成的RS485数字通信电路即双向数据通信单元27，可将浓度 信息以数字通信的方式，传送至分站等设备。当甲烷浓度超过设定值时，可通过IC8、 VL1、 VL2等组成的声光报警电路(甲烷浓度报警器24)输出声光报警信号。射频模块、PCB印刷 天线组成无线通信单元26，同子机进行通信，将子机的监测信号传送至微处理器。由处理 器对子机的采集数据进行处理、显示和超限报警，数码显示模块S2 (即外部甲烷浓度显示 模块252)用于循环显示各子机的监测值，当某个子机的监测值超限时，由母机进行声光报 警。子机的监测信息可通过RS485通信接口，传输至分站等设备。SFH1、IC5等组成遥控接 收电路(即设置单元28)，同微处理器电路配合工作，用于通过遥控器设置报警门限、调校 传感器等操作。IC1、 IC2等组成电源及保护电路，+3V为敏感元件供电，+5V为传感器的其 它所有单元提供电源供应。 尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员 可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为 落入本发明的保护范围。
权利要求
一种子母式瓦斯传感器，包括多个子机瓦斯传感器(1)，用于分别检测子机瓦斯浓度；母机瓦斯传感器(2)，用于检测母机瓦斯浓度，并且通过连接线向监测分站(3)上传瓦斯浓度信号并接收从监测分站(3)下传的瓦斯浓度信号；其中，所述多个子机瓦斯传感器(1)与母机瓦斯传感器(2)进行无线通信，将子机瓦斯传感器(1)检测的瓦斯浓度信号无线发送给母机瓦斯传感器(2)，再由母机瓦斯传感器(2)经由信号线上传给监测分站(3)。
2. 根据权利要求1所述的子母式瓦斯传感器，其中每个所述子机瓦斯传感器包括 第一甲烷传感器(ll)，用于检测子机甲烷浓度，将其转换为子机甲烷浓度信号； 第一采集单元(12)，用于采集由第一甲烷传感器(11)输出的甲烷浓度信号； 第一处理器(13)，用于处理来自第一采集单元(12)的甲烷浓度信号，得到子机甲烷浓度值数据、含有子机标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号；第一甲烷浓度显示单元(15)，用于显示第一处理器(13)输出的子机甲烷浓度值数据； 第一甲烷浓度报警器(14)，用于根据第一处理器(13)输出的甲烷浓度报警信号，发出声光报警；以及第一无线通信单元(16)，用于向所述母机瓦斯传感器(2)无线传送由所述第一处理器 (13)输出的含有子机标识的甲烷浓度数据包。
3. 根据权利要求2所述的子母式瓦斯传感器，其中所述第一处理器(13)通过对来自第 一采集单元(12)的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度值数据，将所述甲烷浓度值 数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到所述甲烷浓度报警信号，以及将所述 甲烷浓度值数据与预置的子机标识进行打包处理，得到所述的含有子机标识的甲烷浓度数 据包。
4. 根据权利要求2或3所述的子母式瓦斯传感器，其中所述母机瓦斯传感器包括 第二甲烷传感器(21)，用于检测母机环境中的甲烷浓度，并将其转换成甲烷浓度信号；第二采集单元(22)，用于采集由第二甲烷传感器(21)输出的甲烷浓度信号；第二处理器(23)，用于处理来自第二采集单元(22)的甲烷浓度信号，得到母机甲烷浓 度值数据、含有母机标识的甲烷浓度数据包和甲烷浓度报警信号，以及用于处理来自监测 分站的甲烷浓度数据包，得到带有标识的远端甲烷浓度值数据；双向数据通信单元(27)，用于将处理器(23)输出的甲烷浓度数据包发送给监测分站， 以及将来自监测分站的甲烷浓度数据包发送给处理器(23);第二甲烷浓度显示单元(25)，用于分别显示第二处理器(23)输出的母机甲烷浓度值 数据和远端甲烷浓度值数据；第二甲烷浓度报警器(24)，用于根据第二处理器(23)输出的甲烷浓度报警信号，发出 声光报警；以及第二无线通信单元(26)，用于接收由子机瓦斯传感器(1)无线发送的含有子机标识的 子机甲烷浓度数据包，经由所述第二处理器(23)处理后在第二甲烷浓度显示单元(25)显 示子机甲烷浓度及标识，并且所述含有子机标识的子机甲烷浓度数据包经由双向数据通信 单元(27)上传给监测分站(3)。
5. 根据权利要求4所述的子母式瓦斯传感器，其中所述第二处理器(23)通过对来自第 二采集单元(22)的甲烷浓度信号进行运算处理，得到甲烷浓度值数据，将所述甲烷浓度值 数据与预置的甲烷浓度报警阈值数据进行比较，得到所述甲烷浓度报警信号，以及将所述 甲烷浓度值数据与预置的母机标识进行打包处理，得到所述的含有母机标识的甲烷浓度数 据包。
6. 根据权利要求4或5所述的子母式瓦斯传感器，其中所述第二处理器(23)通过对来 自监测分站的甲烷浓度数据包进行拆包处理，得到带有标识的作为远端甲烷浓度值数据。
7. 根据权利要求4所述的子母式瓦斯传感器，其中所述第二甲烷浓度显示单元(25)包括显示驱动模块(251)，用于驱动所述母机甲烷浓度值数据信号和远端甲烷浓度值数据 信号；母机甲烷浓度显示模块(253)，用于显示由所述显示驱动模块251驱动的母机甲烷浓 度值数据信号；以及外部甲烷浓度显示模块(252)，用于显示由显示驱动模块(251)驱动的来自监测分站 (3)的甲烷浓度值数据信号和来自子机瓦斯传感器(1)的甲烷浓度值数据< 信号。
8. 根据权利要求4所述的子母式瓦斯传感器，其中所述母机瓦斯传感器(2)还包括设 置单元(28)，用于预置所述甲烷浓度报警阈值和母机标识。
9. 根据权利要求8所述的子母式瓦斯传感器，其中所述母机瓦斯传感器(2)还包括单 向模拟通信单元(29)，用于接收第二处理器(23)输出的其频率与甲烷浓度成正比单向模 拟信号。
10. 根据权利要求4所述的子母式瓦斯传感器，其中所述第二处理器(23)具有将放大 的甲烷浓度信号进行模数转换的模数转换器。
全文摘要
本发明公开了一种子母式瓦斯传感器，包括多个子机瓦斯传感器，用于分别检测子机瓦斯浓度；母机瓦斯传感器，用于检测母机瓦斯浓度，并且通过连接线向监测分站上传瓦斯浓度信号并接收从监测分站下传的瓦斯浓度信号；其中，所述多个子机瓦斯传感器与母机瓦斯传感器进行无线通信，将子机瓦斯传感器检测的瓦斯浓度信号无线发送给母机瓦斯传感器，再由母机瓦斯传感器经由信号线上传给监测分站。本发明可针对某个空间范围内实施多点同时、连续监测，并能实现实时传输。
文档编号E21F17/18GK101787899SQ20101011669
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者王作儒, 马世峰, 马桂霞 申请人:北京鑫源九鼎科技有限公司