矿井甲烷浓度监测系统的制作方法

本实用新型属于甲烷气体浓度监测技术领域，具体涉及一种矿井甲烷浓度监测系统。

背景技术：

甲烷浓度的实时监测是煤矿安全生产的主要前提之一。从煤矿生产的实际情况来看，井下工作的时候，最直接接触的地方是井下的各个采掘工作面，而这些工作面又恰恰就是甲烷涌现的地方，因此要做好井下采掘工作面的甲烷检测工作，成为了整个煤矿安全生产监控的最重要环节。我国煤矿生产的安全技术指标规定，煤矿井下采掘工作产生的甲烷体积分数达到各个工作面的报警点时，煤矿安全网络监控系统就要立即在运行工作设备的同时停止，从而避免在作业过程中产生火花，引起爆炸。现有的井下甲烷浓度监测系统采集甲烷浓度灵敏度低，与井下各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置等配套使用效果差。因此，现如今缺少一种成本低、设计合理、灵敏度高的矿井甲烷浓度监测系统，该系统用于在煤矿井下或其它有甲烷气体的场所监测环境甲烷浓度，可以连续监测煤矿井下0～4％的甲烷浓度，并具有就地显示甲烷浓度值，超限声光报警、超限断电、将采集的甲烷浓度信号无线发送给监测站的功能，适宜在煤矿采掘工作面、机电硐室，回风巷道等地点固定使用。

技术实现要素：

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，提供一种矿井甲烷浓度监测系统，其设计新颖合理，使用带有催化剂的电阻，通过催化反应产生热量导致电阻阻值增加实现甲烷浓度测量，并具有自我保 护功能，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：包括设置在采煤工作面上的甲烷监测装置、设置在井下用于监测所述甲烷监测装置工作状态的监测站点和设置在井上用于汇集井下所述监测站点数据的地面PC机，所述甲烷监测装置的数量为多个，多个所述甲烷监测装置的结构均相同，所述甲烷监测装置包括控制器、供电电源和用于采集甲烷气体浓度并信号放大的甲烷浓度测量模块，控制器的输入端接有输入按键，控制器的输出端接有显示器、声光报警电路和断电保护电路，所述甲烷浓度测量模块包括电桥测量电路和与电桥测量电路输出端连接的仪表放大器，仪表放大器的输出端与控制器的输入端相接，电桥测量电路包括由热载体催化元件r1、电阻对比元件r2、电阻R12和电阻R14依次组成的桥式电路，热载体催化元件r1和电阻对比元件r2的连接端经万用表G和滑动电阻RP3与电阻R12和电阻R14的连接端相接。

上述的矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：所述仪表放大器包括仪表放大器U2和运放U1，运放U1的同相输入端与电阻R3的一端和电阻R5的一端的连接端相接，电阻R3的另一端与电源VCC3相接，电阻R5的另一端接地，运放U1的输出端分三路，一路与运放U1的反相输入端相接，另一路与仪表放大器U2的REF端连接，第三路经电阻R6与仪表放大器U2的RG端相接；仪表放大器U2的Vin-端与滑动电阻RP1的滑动端相接，滑动电阻RP1的一个固定端经电阻R9与电源VCC3相接，滑动电阻RP1的另一个固定端经电阻R8接地，仪表放大器U2的Vin+端与电阻对比元件r2和电阻R12的连接端相接，仪表放大器U2的Vout端分两路，一路经电阻R7与仪表放大器U2的RG端相接，另一路经电阻R10与控制器相接。

上述的矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：所述热载体催化元件r1为螺旋状铂丝电阻，电阻对比元件r2为螺旋状电阻。

上述的矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：所述热载体催化元件r1 和电阻对比元件r2的阻值相等。

上述的矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：所述控制器通过无线通信模块与监测站点进行通信，所述无线通信模块包括与控制器连接的无线发送电路和与监测站点连接的无线接收电路。

上述的矿井甲烷浓度监测系统，其特征在于：所述断电保护电路包括三极管T1和光电隔离器U3，三极管T1的基极经电阻R4与控制器相接，三极管T1的发射极相接，三极管T1的集电极与光电隔离器U3的第2管脚相接，光电隔离器U3的第1管脚经电阻R2与电源VCC2相接，光电隔离器U3的第4管脚与发光二极管LED1的阴极相接，发光二极管LED1的阳极分两路，一路经电阻R1与电源VCC2相接，另一路为断电保护电路的信号输出端。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置电桥测量电路，采用涂抹催化加的螺旋状电阻与井下采煤工作面的氧气进行化学反应，产生的热量可改变该电阻的阻值，进而改变输出电压，便于推广使用。

2、本实用新型通过设置仪表放大器对电桥测量电路采集的电压信号进行信号放大，到达控制器可处理的电压范围，精度高，使用效果好。

3、本实用新型设置断电保护电路，对与甲烷浓度超限的情况进行声光报警的同时切断电源，防止在作业过程中产生火花，引起爆炸。

4、本实用新型设计新颖合理，可通过地面PC机同时接收多个井下监测站点汇集的数据，同时每个井下的监测站点可接收多个采煤工作面上的甲烷监测装置采集的甲烷浓度数据，功能完备，使用效果好，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，使用带有催化剂的电阻，通过催化反应产生热量导致电阻阻值增加实现甲烷浓度测量，并具有自我保护功能，实用性强，便于推广使用。

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。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型电桥测量电路和仪表放大器的电路连接关系示意图。

图3为本实用新型断电保护电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—电桥测量电路； 2—仪表放大器； 3—输入按键；

4—显示器； 5—控制器； 6—供电电源；

7—无线发送电路； 8—无线接收电路； 9—监测站点；

10—地面PC机； 11—断电保护电路； 12—声光报警电路。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括设置在采煤工作面上的甲烷监测装置、设置在井下用于监测所述甲烷监测装置工作状态的监测站点9和设置在井上用于汇集井下所述监测站点9数据的地面PC机10，所述甲烷监测装置的数量为多个，多个所述甲烷监测装置的结构均相同，所述甲烷监测装置包括控制器5、供电电源6和用于采集甲烷气体浓度并信号放大的甲烷浓度测量模块，控制器5的输入端接有输入按键3，控制器5的输出端接有显示器4、声光报警电路12和断电保护电路11，所述甲烷浓度测量模块包括电桥测量电路1和与电桥测量电路1输出端连接的仪表放大器2，仪表放大器2的输出端与控制器5的输入端相接，电桥测量电路1包括由热载体催化元件r1、电阻对比元件r2、电阻R12和电阻R14依次组成的桥式电路，热载体催化元件r1和电阻对比元件r2的连接端经万用表G和滑动电阻RP3与电阻R12和电阻R14的连接端相接。

需要说明的是，实际安装中，可沿采煤工作面上均匀设置多个甲烷监 测装置，采集不同范围的甲烷浓度数据，由于每个甲烷监测装置数据传输的距离有限，需在一定距离内设置一个监测站点9接受多个甲烷监测装置发送的数据，在井上安装一个地面PC机10与多个监测站点9进行通信，使用效果好。

如图2所示，本实施例中，所述仪表放大器2包括仪表放大器U2和运放U1，运放U1的同相输入端与电阻R3的一端和电阻R5的一端的连接端相接，电阻R3的另一端与电源VCC3相接，电阻R5的另一端接地，运放U1的输出端分三路，一路与运放U1的反相输入端相接，另一路与仪表放大器U2的REF端连接，第三路经电阻R6与仪表放大器U2的RG端相接；仪表放大器U2的Vin-端与滑动电阻RP1的滑动端相接，滑动电阻RP1的一个固定端经电阻R9与电源VCC3相接，滑动电阻RP1的另一个固定端经电阻R8接地，仪表放大器U2的Vin+端与电阻对比元件r2和电阻R12的连接端相接，仪表放大器U2的Vout端分两路，一路经电阻R7与仪表放大器U2的RG端相接，另一路经电阻R10与控制器5相接。

本实施例中，所述热载体催化元件r1为螺旋状铂丝电阻，电阻对比元件r2为螺旋状电阻。

本实施例中，所述热载体催化元件r1和电阻对比元件r2的阻值相等。

需要说明的是，热载体催化元件r1和电阻对比元件r2结构相同、阻值相等，热载体催化元件r1涂抹有催化剂，电阻对比元件r2未涂抹催化剂，形成单一差值对比，且实际使用中，催化剂可为铂、钯、钍等元素的化合物，因此，热载体催化元件r1可为螺旋状铂丝电阻、螺旋状钯丝电阻或螺旋状钍丝电阻。

本实施例中，所述控制器5通过无线通信模块与监测站点9进行通信，所述无线通信模块包括与控制器5连接的无线发送电路7和与监测站点9连接的无线接收电路8。

如图3所示，本实施例中，所述断电保护电路11包括三极管T1和光电隔离器U3，三极管T1的基极经电阻R4与控制器5相接，三极管T1的 发射极相接，三极管T1的集电极与光电隔离器U3的第2管脚相接，光电隔离器U3的第1管脚经电阻R2与电源VCC2相接，光电隔离器U3的第4管脚与发光二极管LED1的阴极相接，发光二极管LED1的阳极分两路，一路经电阻R1与电源VCC2相接，另一路为断电保护电路11的信号输出端。

需要说明的是，供电电源6包括电源VCC1、电源VCC2和电源VCC3满足不同供电需求，断电保护电路11的信号输出端连接在供电电源6为控制器5供电的回路中，保护甲烷监测装置安全的使用。

本实用新型使用时，可提前在控制器5中的存储单元中存储甲烷浓度预警值，可通过输入按键调节不同位置的预警值范围，供电电源6为甲烷监测装置通过安全可靠的电源，电桥测量电路1中的热载体催化元件r1通过催化井下甲烷与氧气的反应，产生热量，改变热载体催化元件r1的阻值，进而改变电桥测量电路1的输出电压值，该输出电压值经仪表放大器2送入到控制器5中并通过显示器4显示在井下，同时控制器5将采集的数据通过无线发送电路7发送至与监测站点9，无线接收电路8接收该数据，监测站点9可通过有线或无线的方式与地面PC机10进行通信，当电桥测量电路1采集的井下甲烷浓度超限时，控制器5驱动声光报警电路12报警提示的同时驱动断电保护电路11切断供电电源6为控制器5供电的回路，保护监测系统的使用安全。

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。