专利名称：一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿安全技术领域，具体涉及一种用于矿灯的数字式瓦斯报警
器
背景技术：
在煤矿安全方面，长期以来，世界各地的重大特大煤矿事故时常发生，死伤人数多 的甚至达数百人，每次重大事故都带来巨额财产损失，尤其给产业工人的生命带来无法挽 回的损失，给家庭和社会造成了威胁。煤矿事故的主要原因之一是瓦斯爆炸和瓦斯突出，我 国煤矿的40%都是高瓦斯和突出矿井，存在严重的安全隐患。目前，对瓦斯的有效检测和控 制还是一个世界性难题，人们投入了大量的人力和财力来研究这一问题，但收效甚微。对煤 矿矿井的环境和工作过程进行监控是一种规避这些事故的有效方法，其中最重要也是最主 要的是瓦斯(甲烷)气体浓度的检测与控制。瓦斯传感器是矿井瓦斯综合治理和灾害预测 的关键设备，受到人们的广泛关注。热催化式瓦斯报警器是我国煤矿应用最广泛的一种瓦斯检测设备。这种报警器对 瓦斯气体很有效，灵敏度高，价格便宜，适于矿井隧道、化工厂等恶劣环境，但接触式瓦斯传 感器还存在很多问题，抗高浓度冲击性能差，稳定性差，传感器需要经常频繁的调校。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种矿灯配套用数字式瓦 斯报警器，能够精确显示瓦斯浓度值，并具有标定操作简便，标定周期长的特点。本实用新型的技术方案是一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，由传感器，瓦斯检 测报警电路板和数字显示电路板组成，其特征在于所述数字式瓦斯报警器通过串口与计 算机串口连接；所述数字式瓦斯报警器安装于一个独立空间内，该空间独立的设在矿灯灯 头上部，与灯头照明空间部分相隔离；所述数字显示电路板垂直于瓦斯检测报警电路板，数 字显示电路板位于独立空间的侧面，面向右侧；所述瓦斯检测报警电路板包括信号调理电 路，运算放大电路，稳压电路，自动关断电路，报警电路，数字显示电路，微处理电路，其中运 算放大电路的输出端接微处理器U3的对脚，稳压电路的输出端接信号调理电路，运算放大 电路和数字显示电路分别接微处理器U3的4和6脚；报警电路的控制端接微处理器U3的 28脚，自动关断电路控制端接微处理器U3的7脚。其中稳压电路由稳压芯片U1，电容C1、C2组成，在稳压芯片Ul的输入端连接熔丝， 模拟地和信号地之间设有磁珠CZl。信号调理电路由传感器、电阻R2、R8组成桥路，桥路两端的输出接运算放大电路 U2的输入端。运算放大器U2集成两路运放，U2A用作电压跟随器，U2B与电阻R3、R4、R5、R6构 成差分运算放大电路，放大后的信号输入电阻R7和电容C3构成的滤波电路。自动关断电路、报警电路通过两路集成MOS管Q3控制，MOS管的源极接控制终端，栅极分别通过电阻Rll、Rl接微控制器输出端，漏极接地。数字显示电路包括I/O扩展芯片U4，3位LED面板和电阻Rll、RIO、R9，其中三极 管Q2、Q3、Q4的基极分别与电阻Rl 1、RlO、R9连接，集电极分别与LED3、LED2、LED 1连接，发 射极与稳压电路的输出端连接。微处理电路包括微处理器U3，电容C4、C5和电阻R8 ；电容C4与电阻R8组成的RC 滤波电路接微处理器的复位端。本实用新型能够通过数字显示电路显示矿井内的瓦斯浓度值，方便使用者更直观 的判断；数字式瓦斯报警器标定电路板和可视化标定软件，采用虚拟仪器技术，能够很方便 的对所述数字式瓦斯报警器进行标定，而且操作简单，非专业人员也可很快掌握。
图1是本实用新型的使用装配简图。图2是本实用新型报警电路图。图3是本实用新型稳压电路和信号调理电路图。图4是本实用新型磁珠电路图。图5是本实用新型运算放大电路图。图6是本实用新型自动关断电路图。图7是本实用新型I/O扩展芯片U4电路图。图8是本实用新型数字显示电路图。图9是本实用新型微处理电路电路图。
具体实施方式
本实用新型由传感器，瓦斯检测报警电路板和数字显示电路板组成，所述数字显 示电路板垂直于瓦斯检测报警电路板，数字显示电路板位于独立空间的侧面，面向右侧；参 照图1，数字式瓦斯报警器安装于灯头壳2上方的独立空间1中，数字式瓦斯报警器通过稳 压电路与矿灯电池相连，报警输出端与矿灯电缆相连。瓦斯检测报警电路板包括稳压电路， 信号调理电路，运算放大电路，防高浓度冲击自动关断电路，报警电路，数字显示电路，微控 制器。如图3所示，稳压电路由稳压芯片U1，电容C1、C2组成，在稳压芯片Ul的输入端， 采用熔丝来保护电路。如图4所示，模拟地和信号地之间采用磁珠CZl来抑制电源线上的 高频噪声和尖峰干扰，同时还具有吸收静电脉冲的能力。如图3所示，信号调理电路由传感器，精密电阻R1、R8组成桥路。桥路两端的输出 接运算放大电路的输入端。如图5所示，运算放大电路包括运算放大器U2，电阻R3、R4、R5、R6组成。运算放 大器U2有两路运放，电路中U2A作为电压跟随器，U2B起电压放大作用。放大后的信号，通 过一个由R7和电容C3组成的RC滤波电路。如图2和图6所示，防高浓度冲击自动关断电路，报警电路通过两路集成MOS管Q3 来控制。MOS管的源极接控制终端，栅极分别通过电阻Rll、Rl接微控制器输出端，漏极接 地。[0027]如图7、图8所示，数字显示电路包括I/O扩展芯片U4，3位LED面板，三极管Q2、 Q3、Q4和电阻Rll、RIO、R9，其中三极管Q2、Q3、Q4的基极分别与电阻Rll、RIO、R9连接组 成驱动电路，集电极分别与LED3、LED2、LED1连接，发射极与稳压电路的输出端连接。如图9所示，微处理电路包括微处理器U3，电容C4、C5，电阻R8 ；电容C4与电阻R8 组成的RC滤波电路接微处理器U3的复位端；运算放大电路的输出端接微处理器U3的M 脚，稳压电路的输出端接信号调理电路，运算放大电路和数字显示电路分别接微处理器U3 的4和6脚；报警电路的控制端接微处理器仍的观脚，自动关断电路控制端接微处理器U3 的7脚，串口通讯接微处理器U3的30和31脚。开机后，微处理器进行开机自检，传感器将所在环境中的瓦斯浓度信号转化为与 其浓度成线性关系的电信号，电信号经运算放大电路放大后输入微处理器的1/0，经A/D转 换后与标定值比较，如果其信号值大于标定值，则报警电路控制矿灯闪烁报警，当甲烷浓度 超过4%时，为保护传感器，微处理器启动自动关断电路切断传感器电源，5秒后再次启动， 如果超限，继续关断。数字式瓦斯报警器通过串口与计算机串口连接，实现数字式瓦斯报警器的程序下 载和自动化标定。
权利要求1.一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，由传感器，瓦斯检测报警电路板和数字显示电 路板组成，其特征在于所述数字式瓦斯报警器通过串口与计算机串口连接；所述数字式 瓦斯报警器安装于一个独立空间(1)内，该空间独立的设在矿灯灯头壳(2)上部，与灯头 照明空间部分相隔离；所述数字显示电路板垂直于瓦斯检测报警电路板，数字显示电路板 位于独立空间的侧面，面向右侧；所述瓦斯检测报警电路板包括信号调理电路，运算放大电 路，稳压电路，自动关断电路，报警电路，数字显示电路，微处理电路，其中运算放大电路的 输出端接微处理器U3的M脚，稳压电路的输出端接信号调理电路，运算放大电路和数字显 示电路分别接微处理器U3的4和6脚；报警电路的控制端接微处理器U3的观脚，自动关 断电路控制端接微处理器U3的7脚。
2.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于稳压电路由 稳压芯片U1，电容Cl、C2组成，在稳压芯片Ul的输入端连接熔丝，模拟地和信号地之间设 有磁珠CZl。
3.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于信号调理电 路由传感器、电阻R2、R8组成桥路，桥路两端的输出接运算放大电路U2的输入端。
4.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于运算放大器 U2集成两路运放，U2A用作电压跟随器，U2B与电阻R3、R4、R5、R6构成差分运算放大电路， 放大后的信号输入电阻R7和电容C3构成的滤波电路。
5.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于自动关断电 路、报警电路通过两路集成MOS管Q3控制，MOS管的源极接控制终端，栅极分别通过电阻 Rl 1、Rl接微控制器输出端，漏极接地。
6.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于数字显示电 路包括I/O扩展芯片U4，3位LED面板和电阻R11、R10、R9，其中三极管Q2、Q3、Q4的基极分 别与电阻Rll、RIO、R9连接，集电极分别与LED3、LED2、LEDl连接，发射极与稳压电路的输 出端连接。
7.如权利要求1所述的一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，其特征在于微处理电路 包括微处理器U3，电容C4、C5和电阻R8 ；电容C4与电阻R8组成的RC滤波电路接微处理器 的复位端。
专利摘要本实用新型提供一种矿灯配套用数字式瓦斯报警器，由传感器，瓦斯检测报警电路板和数字显示电路板组成，所述数字式瓦斯报警器通过串口与计算机串口连接；所述数字式瓦斯报警器安装于一个独立空间内，该空间独立的设在矿灯灯头上部，与灯头照明空间部分相隔离；所述数字显示电路板垂直于瓦斯检测报警电路板，数字显示电路板位于独立空间的侧面，面向右侧；所述瓦斯检测报警电路板包括信号调理电路，运算放大电路，稳压电路，自动关断电路，报警电路，数字显示电路，微处理器。本实用新型能够通过数字显示电路准确显示矿井内的瓦斯浓度情况，让使用者更直观的判断。
文档编号G01N27/00GK201903524SQ20102065575
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者张旭辉, 毛清华, 陈磊, 马宏伟 申请人:西安科技大学