专利名称：具有防尘、除尘及防爆功能的传感器检测方法及产品和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在高粉尘、高危环境中的监测传感器的检测方法及产品，尤其是指一种用于工矿场所的，基于防尘、除尘及防爆的监测传感器的检测方法及产品，属于监测传感器技术应用领域。本发明还涉及一种前述传感器产品的用途。
背景技术：
现在中国国内的工矿场所的监测系统(如瓦斯检测)，都是静态的监测传感器，即为了保证监测系统的实时性，传感器探头时刻同所监测的媒质，如空气，发生接触。传感器探头本身总是裸露在媒质中。在一般的家庭，医院，办公室中，这种静态的传感器系统能起到很好的作用。但是，如果在高粉尘的环境中(如矿井中)，如果继续采用这种静态的传感器系统，我们将面临很大的问题。正因为传感器探头本身是裸露在空气中的，空气中的落尘过程将导致传感器探头表面的灰尘越来越多。随着时间的推移，积累的灰尘越来越多，传感器探头同空气的接触面积越来越小，最后，将导致传感器失灵，从而整个传感器监测系统将不能正常的工作。甚至可能出现这种情况，在高粉尘的环境中，如煤矿矿井中，新安装的瓦斯监测传感器，几天以后，煤炭粉尘就把瓦斯监测传感器探头封死，导致新安装的监测系统完全失效。现在有很多技术，比如说纳米技术，其思想主要是“防”，利用不同物质之间相排斥的原理，阻止灰尘的积累。但粉尘的成分非常复杂，可能有些物质可以相互排斥；但有些可能没有作用，甚至会相互吸引。因此，这种静态的“防”，不能有效的解决高粉尘环境中，由于落尘导致的传感器失灵的问题。同时，在高危环境下，传感器探头更换及更换过程中，还应该考虑防爆的问题。因此，很有必要对现有的传感器加以改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有工矿场所等高粉尘环境中传感器监测系统存在的缺陷，提出一种动态的、以防和除相结合为指导思想的传感器检测方法及产品结构。采用该检测方法设计的传感器，能有效的减少传感器探头的粉尘的积累，保持传感器探头的灵敏度，同时传感器的探头为防爆结构，在更换传感器探头的过程中，具有防爆的功能。
本发明的另一目的在于提出一种上述传感器的用途。
通过分析研究发现，传感器探头都有一个时效性，一旦传感器探头将要过期的时候，应该为传感器更换探头。因此，在传感器系统例行维护的时候，技术人员需要能够快速，安全，方便的为传感器更换传感器探头，完成系统地维护和更新。因此，在设计结构中，传感器和传感器探头为相对独立的两个部分，以插拔的方式连接。利用二氧化碳或其他惰性气体能阻止燃烧的原理，实现安全、方便、迅速的为传感器更换新的传感器探头。从而延长工矿场所等高粉尘、高危环境中传感器的使用寿命，降低传感器系统的全寿命成本。本发明的技术解决方案是在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器系统由静态的、时间连续型的监测形式，改变为动态的、时间离散型监测形式，既传感器将按一定的时间间隔，通过间断式的方式对被监测的媒质进行检测。这个时间间隔可以根据所监测对象的特点加以调节。该传感器及方法可应用于矿井生产安全监控领域，同时可以应用于石油，化工，机械等行业高粉尘环境中的安全生产监控领域。
这种间断式检测的传感器本身是个封闭的结构，传感器本身和传感器探头为相对独立的两个部分，在传感器底部安装一个可间断性开启或关闭的装置。当可间断性开启或关闭的装置关闭的时候，传感器是封闭的；当可间断性开启或关闭的装置打开的时候，将露出一个小孔，便于传感器探头伸出传感器，对媒质进行检测。传感器探头平时藏在传感器内部，不与媒质发生接触。当需要检测的时候，传感器打开可间断性开启或关闭的装置，传感器探头与一个传动装置相联，传感器通过传动装置带动可向下伸出，对媒质进行检测。检测的时间长度可以根据需要和传感器探头的灵敏度进行调节。当检测完毕以后，传感器探头向内移动，缩入传感器内部。然后，可间断性开启或关闭的装置关闭，完成整个的检测周期。同时，在小孔的周围，沿小孔边缘将安装一些毛刷。这些毛刷从小孔中心向四周呈辐射状安置，能覆盖住整个小孔。当传感器探头伸出的时候，毛刷能对传感器探头刷尘一次；当传感器探头向上缩入传感器的时候，毛刷又能对传感器探头刷尘一次。每次刷尘，粉尘会因为重力的原因，脱离毛刷，向下飘落。当可间断性开启或关闭的装置关闭以后，毛刷藏在传感器内部，以保证毛刷本身在非检测期间，不与媒质发生接触，防止落尘。传感器内部的基座和传感器探头的连接为拔插式连结。连接传感器的基座为公型插头，传感器探头为母型插孔。新的传感器探头的母型插孔内部，充满二氧化碳或其他惰性气体，插孔处由易破的薄膜密封，防止惰性气体渗漏。惰性气体能保证新的传感器探头插入传感器基座的过程中，隔离可能由于金属摩擦产生的火花或电火花，起到防爆的功能。同时，传感器探头母型插孔封口处的薄膜表面，有些刻纹，在传感器基座公型插头插入的过程中，薄膜能按设计的刻纹破裂，形成密封圈，起到接口处密封的效果。这种密封圈能有效的隔绝将来更换传感器探头时，拔出过程中，能隔绝由于金属摩擦可能产生的火花或电火花，同样也起到防爆的作用。传感器本身是密封的，内部所有的器件都密封在内部，以满足工矿场所防爆的要求。采用这种方式，能在不影响传感器本身功能的基础上，实现传感器探头的快速、安全的更换。
传感器和传感器探头设计成为相对独立的两个部分，采用插拔的方式连接。传感器基座为公型插头，传感器探头为母型插孔。这里，我们利用二氧化碳或其他惰性气体能够阻止燃烧的原理，在新传感器探头母型插孔的内部，充满惰性气体，在插孔表面处，用薄膜密封，防止惰性气体在传感器探头存储，运输过程中的渗漏。新传感器探头母型插孔内部的惰性气体能有效地在安装过程中，隔离外部空气和由于金属摩擦可能产生的火花或电火花。薄膜表面有一些刻纹，能按预先设计形状破裂。安装完毕以后，破裂的薄膜能起到密封圈的功能，从而保证将来传感器探头同传感器公型插头脱离的过程中，有效地与空气隔离可能产生的电火花或金属机械摩擦产生的火花。这种传感器及传感器探头的设计，能有效地保证传感器在安装和更换传感器探头过程中的防爆的要求。
本发明的工作原理是在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器由静态的、时间连续型的工作方式，转变成动态的、时间离散型的工作方式。按照一定的时间间隔，将时间轴分成多个检测周期。在每个检测周期开始的时候，传感器的滑盖打开，传感器探头通过传感器底部小孔伸出传感器，对被监测的媒质进行采样检测。当检测完毕以后，传感器探头将缩入传感器内部，滑盖关闭，整个传感器进入封闭状态，等待下一个检测周期的开始。在传感器内部结构中，小孔的周围将安装毛刷，利用传感器探头的伸出和缩入的机械运动，对传感器探头进行刷尘，以保证传感器探头表面的清洁。因此，在每个检测周期中，传感器探头有两个状态第一为检测状态，第二为非检测状态。在检测状态的时候，传感器探头处于传感器之外，同被监测的媒质接触，进行检测；在非检测隔离状态的时候，传感器探头处于传感器的内部，同外部隔离。这种周期性的工作形式，既能保证传感器监测的时效性，又能有效的防止传感器探头表面的积尘。同时，通过在每个检测周期中，利用传感器探头伸出和缩入的动作，同小孔周围的毛刷产生的相对机械运动，清除传感器探头表面的粉尘，从而达到传感器探头表面除尘的目的。
本发明的有益效果是，能很好解决在高粉尘的环境中，传感器探头因为落尘导致的传感器失灵的问题，能有效保证传感器系统完成监测的功能。同时，能够安全，方便和快速的为传感器更换传感器探头，延长传感器的使用寿命，保障各种工矿场所人员生命安全。社会效益和经济效益显著。
图1检测周期示意图。
图2薄膜的一种表面刻纹设计；图3为本发明的传感器结构示意图。
具体实施例方式附图给出了本发明的检测周期示意图，下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。
从附图可以看出本发明是在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器系统由静态的、时间连续型的监测形式，改变为动态的、时间离散型监测形式，既传感器将按一定的时间间隔，通过间断式的方式对被监测的媒质进行采样检测。所述的间断式的方式是将时间轴分成多个检测周期，检测周期的长短根据现场情况加以确定；在每个检测周期中，传感器探头有两种状态(如图1所示)检测状态和非检测状态；在检测状态的时候，传感器探头伸出传感器，同被检测媒质发生接触，进行检测；当检测完毕以后，传感器探头向内移动，缩入传感器内部，可间断性开启或关闭的装置关闭，完成整个的检测周期；在非检测状态的时候，传感器探头缩入传感器内部，同外界隔离。这个时间间隔可以根据所监测对象的特点加以调节对于扩散快，需要很快反应时间的情况，我们可以采用较快的检测频率，比如1分钟检测一次；而对于扩散慢，对反应时间要求不高的情况，我们可以采用较慢的检测频率，比如说，5分钟检测一次，甚至时间更长。
这种间断式检测的传感器本身是个封闭的结构，传感器本身5和传感器探头4为相对独立的两个部分，在传感器表面安装一个可间断性开启或关闭的装置3。当可间断性开启或关闭的装置3关闭的时候，传感器探头4是封闭的(如图3所示)；当可间断性开启或关闭的装置3打开的时候，将露出一个小孔，传感器探头4将伸出传感器本身5外(如图4所示)，对媒质进行检测。传感器探头4平时减在传感器本身5内部，不与媒质发生接触。当需要检测的时候，传感器本身5打开可间断性开启或关闭的装置3，传感器探头4与一个传动装置相联，传感器通过传动装置带动可向下伸出，对媒质进行检测。检测的时间长度可以根据需要和传感器探头的灵敏度进行调节。当检测完毕以后，传感器探头4向内移动，缩入传感器本身5内部。然后，可间断性开启或关闭的装置3关闭，完成整个的检测周期。同时，在可间断性开启或关闭的装置3小孔的周围，沿小孔边缘将安装一些毛刷。这些毛刷从小孔中心向四周呈辐射状安置，能覆盖住整个小孔。当传感器探头4伸出的时候，毛刷能对传感器探头4刷尘一次；当传感器探头4向上缩入传感器本身5的时候，毛刷又能对传感器探头4刷尘一次。每次刷尘，粉尘会因为重力的原因，脱离毛刷，向下飘落。当可间断性开启或关闭的装置3关闭以后，毛刷藏在传感器本身5内部，以保证毛刷本身在非检测期间，不与媒质发生接触，防止落尘。传感器内部的基座6和传感器探头的连接为拔插式连结。连接传感器的基座6为公型插头，传感器探头为母型插孔。新的传感器探头的母型插孔内部，充满二氧化碳或其他惰性气体，插孔处由易破的薄膜密封，防止惰性气体渗漏。惰性气体能保证新的传感器探头插入传感器基座的过程中，隔离可能由于金属摩擦产生的火花或电火花，起到防爆的功能。同时，传感器探头母型插孔封口处的薄膜表面，有些刻纹，在传感器基座公型插头插入的过程中，薄膜能按设计的刻纹破裂，形成密封圈，起到接口处密封的效果。这种密封圈能有效的隔绝将来更换传感器探头时，拔出过程中，能隔绝由于金属摩擦可能产生的火花或电火花，同样也起到防爆的作用。传感器本身是密封的，内部所有的器件都密封在内部，以满足工矿场所防爆的要求。采用这种方式，能在不影响传感器本身功能的基础上，实现传感器探头的快速、安全的更换。
实施例1采用如图1所示的动态的、时间离散型监测形式时间轴0点为传感器安装完毕，开始工作的时刻。传感器的检测周期的时间长度为T，每个检测周期可以分成检测状态和非检测状态，它们的时间长度分别为tw和ts。传感器按照这种周期性的形式进行工作。传感器本身和传感器探头为相对独立的两个部分，传感器内部的基座和传感器探头的连接为拔插式连结。连接传感器的基座为公型插头，传感器探头为母型插孔。新的传感器探头的母型插孔内部，充满二氧化碳或其他惰性气体，插孔处由易破的薄膜密封，防止惰性气体渗漏。惰性气体能保证新的传感器探头插入传感器基座的过程中，隔离可能由于金属摩擦产生的火花或电火花，起到防爆的功能。同时，传感器探头母型插孔封口处的薄膜表面，有些刻纹，在传感器基座公型插头插入的过程中，薄膜能按设计的刻纹破裂，形成密封圈，起到接口处密封的效果。这种密封圈能有效的隔绝将来更换传感器探头时，拔出过程中，能隔绝由于金属摩擦可能产生的火花或电火花，同样也起到防爆的作用。传感器本身是密封的，内部所有的器件都密封在内部，以满足工矿场所防爆的要求。采用这种方式，能在不影响传感器本身功能的基础上，实现传感器探头的快速、安全的更换。在传感器表面安装一个可间断性开启或关闭的装置。当可间断性开启或关闭的装置关闭的时候，传感器是封闭的；当可间断性开启或关闭的装置打开的时候，将露出一个小孔，便于传感器探头伸出传感器，对媒质进行检测。传感器探头平时藏在传感器内部，不与媒质发生接触。当需要检测的时候，传感器打开可间断性开启或关闭的装置，传感器探头与一个传动装置相联，传感器通过传动装置带动可向下伸出，对媒质进行检测。检测的时间长度可以根据需要和传感器探头的灵敏度进行调节。当检测完毕以后，传感器探头向内移动，缩入传感器内部。然后，可间断性开启或关闭的装置关闭，完成整个的检测周期。同时，在小孔的周围，沿小孔边缘将安装一些毛刷。这些毛刷从小孔中心向四周呈辐射状安置，能覆盖住整个小孔。当传感器探头伸出的时候，毛刷能对传感器探头刷尘一次；当传感器探头向上缩入传感器的时候，毛刷又能对传感器探头刷尘一次。每次刷尘，粉尘会因为重力的原因，脱离毛刷，向下飘落。当可间断性开启或关闭的装置关闭以后，毛刷藏在传感器内部，以保证毛刷本身在非检测期间，不与媒质发生接触，防止落尘。
实施例2在高粉尘、高危的工矿场所中，如煤矿矿井中的坑道，如果用一般的瓦斯监测传感器，传感器的检测孔将会很快被落尘堵死，从而失去了监测的功能。因此，在需要安装瓦斯监测系统的地方，将安装多个新型的防尘、除尘以及防爆的瓦斯监测传感器。这些新型的瓦斯监测传感器可以通过有线或无线传输系统建立数据通讯网络，将采集的信息通过数据通讯网络传送到监测中心服务器。新型传感器将按照预定的周期对所处的环境进行采样检测。当采样检测完毕以后，传感器探头将缩入传感器内部，等待下一个检测周期的开始，其具体过程如下当传感器进入检测周期以后，滑盖自动打开，露出小孔，传感器探头通过小孔伸出传感器，对空气进行检测。当检测完毕以后，传感器探头缩入传感器，滑盖关闭，传感器等待进入下一个检测周期。在一个检测周期中，传感器探头伸出和缩入的过程，都将经过安装在小孔周围的毛刷。在采样检测的过程中积累在传感器探头表面的粉尘将被传感器探头和毛刷之间的相对机械运动刷走，能保证了传感器表面的清洁，从而保证了传感器能长期正常的工作。当传感器检测到危险情况时，能将报警信号通过数据通讯网络传到中心监控服务器，同时能发出声，光报警信号，通知周围的人员采取防护措施。当传感器探头的使用时限将要到期的时候，安全人员将为这些传感器更换传感器探头。更换过程如下用手扶住传感器，拨开传感器的滑盖，将传感器探头顺着传感器探头滑动的方向拔出，然后将新的传感器探头与传感器小孔表面呈垂直方向插入传感器，松手后，滑盖自动关闭，即完成了整个更换的过程。
实施例3在一些高粉尘的环境中，独立安装这种防尘、除尘的传感器。传感器将按预先制定的检测周期进行工作。传感器的检测周期开始时，滑盖自动打开，露出小孔，传感器探头通过小孔伸出传感器，对媒介进行检测。当检测完毕以后，传感器探头缩入传感器，滑盖关闭，传感器等待进入下一个检测周期。在一个检测周期中，传感器探头伸出和缩入的过程，都将经过安装在小孔周围的毛刷。在采样检测的过程中积累在传感器探头表面的粉尘将被传感器探头和毛刷之间的相对机械运动刷走，能保证了传感器表面的清洁，从而保证了传感器能长期正常的工作。当传感器检测到危险情况的时候，将通过声，光等手段进行报警，通知周围的人员采取防护措施。
实施例4对于一些被监测的对象，如温度，气压，等，这类传感器探头具有很长的寿命，在整个传感器的使用周期中，不需要更换。在这种环境下，安装防尘、除尘的传感器。这些传感器可以独立安装，也可以联网安装。在传感器的使用周期中，可以保证传感器探头不受落尘的影响，保证正常的工作。
实施例5
一种探头母型插孔表面带薄膜的传感器，但不仅限这种的刻纹设计，如图2所示。1为传感器探头母型插孔的边沿，2为薄膜的一种刻纹设计。当传感器基座的公型插头插入的时候，薄膜沿着刻纹破裂，向传感器探头母型插孔内翻入。薄膜本身有一定的韧性，最后能保证沿传感器探头母型插孔的边沿有一圈完整的薄膜环带，起到密封圈的作用。
本发明在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器由静态的、时间连续型的工作方式，转变成动态的、时间离散型的工作方式。传感器在非检测的状态下，传感器探头被封闭在传感器内部，达到防尘的目的；传感器在检测的状态下，通过传感器探头同小孔毛刷之间的相对机械运动，达到除尘的目的。同时，采取传感器和传感器探头相对独立的设计，和在传感器探头母型插孔内部充满二氧化碳或其他惰性气体的设计，以及封口处薄膜刻纹的设计，实现传感器探头安全，快速，方便的更换的目的。经过实验室试验以及理论证明完全达到设计要求。该传感器及方法可应用于矿井生产安全监控领域，同时可以应用于石油，化工，机械等行业高粉尘环境中的安全生产监控领域。
权利要求
1.具有防尘、除尘及防爆功能的传感器检测方法，其特征在于在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器系统由静态的、时间连续型的监测形式，改变为动态的、时间离散型监测形式，既传感器将按一定的时间间隔，通过间断式的方式对被监测的媒质进行检测。
2.如权利要求1所述的传感器检测方法，其特征在于所述的间断式的方式是将时间轴分成多个检测周期，检测周期的长短根据现场情况加以确定；在每个检测周期中，传感器探头有两种状态检测状态和非检测状态；在检测状态的时候，传感器探头伸出传感器，同被检测媒质发生接触，进行检测；当检测完毕以后，传感器探头向内移动，缩入传感器内部，可间断性开启或关闭的装置关闭，完成整个的检测周期；在非检测状态的时候，传感器探头缩入传感器内部，同外界隔离。
3.如权利要求1所述的传感器检测方法，其特征在于所述的时间间隔可以根据所监测对象的特点加以调节对于扩散快，需要很快反应时间的情况，采用快速检测频率；而对于扩散慢，对反应时间要求不高的情况，采用慢速检测频率。
4.一种实现权利要求1所述传感器检测方法的传感器，其特征在于封闭的结构，传感器本身和传感器探头为相对独立的两个部分，在传感器表面安装一个可间断性开启或关闭的装置；当可间断性开启或关闭的装置关闭的时候，传感器是封闭的；当可间断性开启或关闭的装置打开的时候，将露出一个小孔，传感器探头将伸出传感器外，对媒质进行检测。
5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述的小孔的周围，沿小孔边缘将安装一些毛刷，这些毛刷从小孔中心向四周呈辐射状安置，能覆盖住整个小孔；当传感器探头伸出的时候，毛刷能对传感器探头刷尘一次；当传感器探头向上缩入传感器的时候，毛刷又能对传感器探头刷尘一次。
6.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述的传感器是密封的，在传感器探头的母型插孔内部充满二氧化碳或其他惰性气体，插孔处由易破的薄膜密封；内部所有的器件都密封在内部，以满足工矿场所防爆的要求；传感器探头母型插孔封口处的薄膜表面有些刻纹，新的传感器探头母型插空封口处的薄膜，在同传感器安装的过程中，能被传感器公型插座捅破，能按照薄膜表面的刻纹破裂，向内翻转，形成一个密封圈；所述的密封圈把传感器探头内部同外部的空气隔离开来。
7.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述的传感器内部的基座和传感器探头的连接为拔插式连结；连接传感器的基座为公型插头，传感器探头为母型插孔。
8.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述的传感器表面有一个滑盖，滑盖能够打开和关闭；滑盖关闭的时候，整个传感器是个相对封闭的结构；滑盖打开的时候，将露出一个小洞，传感器探头可以伸出或缩入传感器内部。
9.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述的传感器探头安装在传感器内部公型插头的基座上，此基座能按预定的轨道，将传感器探头伸出传感器，或将传感器探头缩入传感器内部；传感器和传感器探头的连接为拔插式连结，传感器的基座为公型插头，传感器探头为母型插孔。
10.一种如权利要求1或4所述的传感器检测方法及其传感器的用途，其特征在于所述的传感器检测方法及其传感器应用于矿井尘产或石油，化工，机械等高粉尘或高危环境中的安全生产监控领域。
全文摘要
一种具有防尘、除尘功能的传感器检测方法及产品和用途，在保证传感器检测的反应时间的基础上，将现有的传感器系统由静态的、时间连续型的监测形式，改变为动态的、时间离散型监测形式，既传感器将按一定的时间间隔，通过间断式的方式对被监测的媒质进行采样检测。同时，此传感器采取传感器和传感器探头相对独立的设计。在新的传感器探头母型插孔的内部充满二氧化碳或其他惰性气体，由插孔表面的薄膜密封。薄膜表面有特殊的刻纹，受力后能按刻纹破裂。惰性气体能保证新传感器安装过程中的防爆的要求；破裂的薄膜起到密封圈的作用，能保证传感器卸载的时候的防爆的功能。从而实现传感器探头安全，快速，方便的更换的目的。
文档编号G01N37/00GK1963526SQ20061013671
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者曾锃 申请人:曾锃