专利名称：一种矿井用氧气含量监控及调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于矿井空气质量监测技术领域，尤其是涉及一种矿井用氧气含量监控及调节装置。
背景技术：
氧气是人体生命活动的第一需要，如果人长时间在缺氧的环境下生活、工作，则会出现头晕头痛、胸闷气短、记忆力减退、精神不振、疲乏难眠等症状。严重时，则会导致心、 脑、肺等器官功能衰退，免疫力下降。特别是在矿井等地下施工场合内，如果空气流动性差， 工人就会感觉呼吸困难、四肢乏力、劳动积极性降低，长此以往会对工人的健康状况带来威胁。因此，为了保护井下作业工人的身心健康，希望能对井下空气中氧含量进行监测，并对通风设备进行调控，以保障工人的作业环境良好。目前，对气体中氧气含量进行测量的监测器主要有集中类型热磁式氧气监测器、光谱分析式氧气监测器、氧化锆分析式氧气监测器和伽伐尼电池式氧监测器。其中，热磁式氧气监测器体积庞大，一般仅用于工业测氧及实验室数据分析；光谱分析式氧气监测器虽然能够精确测氧浓度，但其成本非常高，无法广泛应用；氧化锆分析式氧气监测器的测氧灵敏度高，稳定性好，但其在分析常温气体时还需用一个加热装置，使得分析仪器复杂化，如果温度不稳定，还需要加温度修正；伽伐尼电池式氧监测器结构虽然简单，成本低，但必须经常校准，且寿命较短，一般只有一年时间。实际生产生活中，为了对室内环境质量进行有效监测，需要一种高精度的多参数环境数据采集传感器装置，因此急需开发一种矿井用氧气含量监控及调节装置，能够对氧气含量进行实时监测，被监测数据能够实时显示在LED显示屏上以方便人们及时查看，并可对超标数据进行报警提示，提醒工作人员注意采取相应措施。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其体积小、投入成本低、电路设计合理、数据检测可靠且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有氧气监测器存在的体积庞大、适用面较窄、投入成本较高、使用寿命较短等多种缺陷和不足。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于包括对被监控矿井内气体进行采样的气体采样泵、对气体采样泵所采样气体中的氧气含量进行检测的氧气浓度传感器、与氧气浓度传感器相接的信号采集及调理电路模块、布设在被监控矿井内的通风换气设备、内部存储有分别与不同氧气含量检测数据相对应的多组被控设备工作参数的数据存储单元、根据信号采集及调理电路模块所传送的氧气含量检测数据并结合存储单元内存储的多组被控设备工作参数对通风换气设备进行调控的数据处理及控制模块以及分别与数据处理及控制模块相接的参数设置模块、告警提示模块、LED显示模块和电源模块，所述信号采集及调理电路模块和数据存储单元均与数据处理及控制模块相接，所述数据处理及控制模块与通风换气设备的驱动电路相接，所述氧气浓度传感器布设在气体采样泵的气体出口处，所述气体采样泵与数据处理及控制模块相接。上述一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征是所述氧气浓度传感器、信号采集及调理电路模块、数据存储单元、数据处理及控制模块、参数设置模块和电源模块均布设在一个防爆耐腐蚀壳体内，所述LED显示模块和告警提示模块安装在所述防爆耐腐蚀壳体的外侧壁上。上述一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征是所述电源模块包括可充电电池和AC/DC转换模块，所述数据处理及控制模块与AC/DC转换模块相接，且AC/DC转换模块分别与可充电电池和220V交流供电电源相接，所述可充电电池与220V交流供电电源相接。上述一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征是还包括对可充电电池内所存储电量进行实时检测的电量检测单元，所述电量检测单元与数据处理及控制模块相接； 所述可充电电池与AC/DC转换模块之间以及220V交流供电电源与AC/DC转换模块之间的供电回路中分别接有电磁控制开关一和电磁控制开关二，可充电电池与220V交流供电电源之间的充电回路中接有电磁控制开关三，所述电磁控制开关一、电磁控制开关二和电磁控制开关三均由数据处理及控制模块进行通断控制且三者均与数据处理及控制模块相接。上述一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征是所述氧气浓度传感器为模拟信号传感器，所述信号采集及调理电路模块包括信号调理电路和与所述信号调理电路相接的A/D转换电路，所述A/D转换电路与数据处理及控制模块相接。上述一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征是所述数据处理及控制模块为单片机。本实用新型与现有技术相比具有以下优点1、电路设计合理、体积小且安装方便、功能齐全，加工制作及使用成本低，实用性强。2、采用对气体浓度变化敏感的高精度微传感器，防震、防水且抗干扰能力强，因而能有效保证检测数据的可信度。3、具有人机交互功能，使用操作简便，用户可在壳体上直接设置装置工作参数。4、具备报警提示功能，用户可根据实际需要选择是否设置氧含量低限报警及报警提示方式。5、装置可通过LED显示屏显示采样泵、传感器和通风换气设备的工作状态和数据采集的结果，检测效果显示直观。6、可对历史数据进行存储，方便查看。8、具有低功耗、智能化的特点，且设计有双供电模式，既可采用可充电电池供电， 又可接入外接电源直接供电。9、提高了矿井作业的安全性，减少事故发生，使用十分方便，主要适于较深的井下作业情形。10、采用模块化设计，安装方便配置灵活，便于检修和零件的更换升级等。综上所述，本实用新型体积小、投入成本低、电路设计合理、数据检测可靠且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有氧气监测器存在的体积庞大、适用面较窄、投入成本较高、使用寿命较短等多种缺陷和不足。 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的电路原理框图
附图标记说明
1-气体采样泵；
4-通风换气设备； 7-参数设置模块； 10-电源模块；
11-电量检测单元； 14-电磁控制开关三
2-氧气浓度传感器；3-信号采集及调理电路模块；
6-数据处理及控制模块
9-LED显示模块；
10-2-AC/DC转换模块； 13-电磁控制开关二 ；
5-数据存储单元； 8-告警提示模块； 10-1-可充电电池 12-电磁控制开关-
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括对被监控矿井内气体进行采样的气体采样泵1、对气体采样泵1所采样气体中的氧气含量进行检测的氧气浓度传感器2、与氧气浓度传感器2相接的信号采集及调理电路模块3、布设在被监控矿井内的通风换气设备4、内部存储有分别与不同氧气含量检测数据相对应的多组被控设备工作参数的数据存储单元5、根据信号采集及调理电路模块3所传送的氧气含量检测数据并结合存储单元5内存储的多组被控设备工作参数对通风换气设备4进行调控的数据处理及控制模块6以及分别与数据处理及控制模块6相接的参数设置模块7、告警提示模块8、LED显示模块9和电源模块10，所述信号采集及调理电路模块3和数据存储单元5均与数据处理及控制模块6相接，所述数据处理及控制模块6与通风换气设备4的驱动电路相接，所述氧气浓度传感器2布设在气体采样泵 1的气体出口处，所述气体采样泵1与数据处理及控制模块6相接。本实施例中，所述氧气浓度传感器2、信号采集及调理电路模块3、数据存储单元 5、数据处理及控制模块6、参数设置模块7和电源模块10均布设在一个防爆耐腐蚀壳体内， 所述LED显示模块9和告警提示模块8安装在所述防爆耐腐蚀壳体的外侧壁上。同时，本实用新型采用双供电模式。本实施例中，所述电源模块10包括可充电电池10-1和AC/DC转换模块10-2，所述数据处理及控制模块6与AC/DC转换模块10_2相接， 且AC/DC转换模块10-2分别与可充电电池10-1和220V交流供电电源相接，所述可充电电池10-1与220V交流供电电源相接。本实施例中，本实用新型还包括对可充电电池10-1内所存储电量进行实时检测的电量检测单元11，所述电量检测单元11与数据处理及控制模块6相接。所述可充电电池10-1与AC/DC转换模块10-2之间以及220V交流供电电源与AC/DC转换模块10_2之间的供电回路中分别接有电磁控制开关一 12和电磁控制开关二 13，可充电电池10-1与220V 交流供电电源之间的充电回路中接有电磁控制开关三14，所述电磁控制开关一 12、电磁控制开关二 13和电磁控制开关三14均由数据处理及控制模块6进行通断控制且三者均与数据处理及控制模块6相接。实际使用过程中，不断电情况下，接通电磁控制开关二 13，通过220V交流供电电源直接为本实用新型供电；同时，电量检测单元11对可充电电池10-1内所存储电量进行检测并将检测结果同步传送至数据处理及控制模块6，当可充电电池10-1 内所存储电量不足且处于不断电情况下，接通电磁控制开关三14，通过220V交流供电电源为可充电电池10-1进行充电；而当出现断电情况时，接通电磁控制开关一 12通过可充电电池10-1为本实用新型供电。本实施例中，所述氧气浓度传感器2为模拟信号传感器，所述信号采集及调理电路模块3包括信号调理电路和与所述信号调理电路相接的A/D转换电路，所述A/D转换电路与数据处理及控制模块6相接。所述数据处理及控制模块6为单片机。本实用新型的工作过程是初次运行时，打开本实用新型的电源开关，数据处理及控制模块6内部程序初始化清零，通过参数设置模块7设定氧含量下限报警阀值和采样时间间隔(即采样频率)，之后按下运行按钮，整个装置进入工作状态首先，气体采样泵1采集特定体积的气体且经过滤处理后，送至氧气浓度传感器2 ；氧气浓度传感器2对所采集气体试样中的氧含量信息进行测量并输出模拟量信号，信号采集电路采集氧气浓度传感器2 所输出的模拟量信号后，通过信号调理电路进行过滤除噪声、还原失真等预处理后送至A/D 转换电路进行模数转换，之后A/D转换电路将转换后的数字信号上传至数据处理及控制模块6 ；数据处理及控制模块6提取特征数据，并依据内部预先设定的程序计算得到矿井内氧气含量的实际值，并通过LED显示模块9对被监控矿井内的氧气含量进行同时直观显示，同时，数据处理及控制模块6判断矿井内氧含量当前值是否低于预先设定的报警阀值如果测定值低于报警阀值，告警提示模块8发出报警提示，以提醒作业人员氧气含量不足。与此同时，数据处理及控制模块6根据被监控矿井内氧气含量的多少对通风换气设备4的工作效率进行调节。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于包括对被监控矿井内气体进行采样的气体采样泵(1)、对气体采样泵(1)所采样气体中的氧气含量进行检测的氧气浓度传感器O)、与氧气浓度传感器( 相接的信号采集及调理电路模块(3)、布设在被监控矿井内的通风换气设备G)、内部存储有分别与不同氧气含量检测数据相对应的多组被控设备工作参数的数据存储单元(5)、根据信号采集及调理电路模块C3)所传送的氧气含量检测数据并结合存储单元(5)内存储的多组被控设备工作参数对通风换气设备(4)进行调控的数据处理及控制模块(6)以及分别与数据处理及控制模块(6)相接的参数设置模块(7)、 告警提示模块(8)、LED显示模块(9)和电源模块(10)，所述信号采集及调理电路模块(3) 和数据存储单元( 均与数据处理及控制模块(6)相接，所述数据处理及控制模块(6)与通风换气设备的驱动电路相接，所述氧气浓度传感器( 布设在气体采样泵(1)的气体出口处，所述气体采样泵(1)与数据处理及控制模块(6)相接。
2.按照权利要求1所述的一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于所述氧气浓度传感器O)、信号采集及调理电路模块(3)、数据存储单元(5)、数据处理及控制模块 (6)、参数设置模块(7)和电源模块(10)均布设在一个防爆耐腐蚀壳体内，所述LED显示模块(9)和告警提示模块(8)安装在所述防爆耐腐蚀壳体的外侧壁上。
3.按照权利要求1或2所述的一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于所述电源模块(10)包括可充电电池(10-1)和AC/DC转换模块(10-2)，所述数据处理及控制模块(6)与AC/DC转换模块(10-2)相接，且AC/DC转换模块(10-2)分别与可充电电池 (10-1)和220V交流供电电源相接，所述可充电电池(10-1)与220V交流供电电源相接。
4.按照权利要求3所述的一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于还包括对可充电电池(10-1)内所存储电量进行实时检测的电量检测单元(11)，所述电量检测单元(11)与数据处理及控制模块(6)相接；所述可充电电池(10-1)与AC/DC转换模块 (10-2)之间以及220V交流供电电源与AC/DC转换模块(10- 之间的供电回路中分别接有电磁控制开关一(12)和电磁控制开关二(13)，可充电电池(10-1)与220V交流供电电源之间的充电回路中接有电磁控制开关三(14)，所述电磁控制开关一(12)、电磁控制开关二 (13)和电磁控制开关三(14)均由数据处理及控制模块(6)进行通断控制且三者均与数据处理及控制模块(6)相接。
5.按照权利要求1或2所述的一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于所述氧气浓度传感器(2)为模拟信号传感器，所述信号采集及调理电路模块C3)包括信号调理电路和与所述信号调理电路相接的A/D转换电路，所述A/D转换电路与数据处理及控制模块(6)相接。
6.按照权利要求1或2所述的一种矿井用氧气含量监控及调节装置，其特征在于所述数据处理及控制模块(6)为单片机。
专利摘要本实用新型公开了一种矿井用氧气含量监控及调节装置，包括气体采样泵、氧气浓度传感器、信号采集及调理电路模块、布设在被监控矿井内的通风换气设备、内部存储有分别与不同氧气含量检测数据相对应的多组被控设备工作参数的数据存储单元、根据信号采集及调理电路模块所传送的氧气含量检测数据并结合存储单元内所存储数据对通风换气设备进行调控的数据处理及控制模块以及分别与数据处理及控制模块相接的参数设置模块、告警提示模块、LED显示模块和电源模块。本实用新型体积小、投入成本低、电路设计合理、数据检测可靠且操作简便、使用效果好，能有效解决现有氧气监测器存在的体积庞大、适用面较窄、投入成本较高、使用寿命较短等多种问题。
文档编号E21F17/18GK202001064SQ20112007295
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者于忠, 胡滨 申请人:西北工业技术研究院