一种矿井气体智能检测仪的制作方法

本实用新型属于矿井气体检测领域，具体涉及一种矿井气体智能检测仪。

背景技术：

矿井中的有害气体包括甲烷、一氧化碳等，直接威胁着矿井安全生产和矿工生命安全，对于矿井气体，矿业企业都会通过相关的检测装置进行检测。

目前，现有技术的矿井气体检测仪有很多种，其中，光干涉式气体检测仪是我国煤矿井中普遍使用的一种测定有害气体浓度的便携式仪器。其原理是光通过气体介质的折射率与气体的密度相关，当空气中的有害气体(如甲烷)增多时，含有有害气体的空气密度会变化，光通过时会引起折射率的变化，相对于没有有害气体的空气，光分别通过没有有害气体的空气和含有有害气体的空气时，光程也就随之发生变化，于是干涉条纹产生位移。由于干涉条纹的位移量与甲烷浓度成正比例关系，所以根据干涉条纹的位移量就可以测得甲烷的浓度。现有技术大多是依靠人从目镜进行观察，测得甲烷浓度。

但是手动人工检测方式是只是一种抽检的方式，不能实现实时检测。而有害气体的进入矿井中的风险却是时刻存在的，因而需要一种实时检测矿井中有害气体的智能仪器，目前现有技术也提供了相关的有害气体实时智能检测的方案，如申请号为：CN200920064244.0，名称为：一种光数一体双模式矿井气体智能检测仪的实用新型专利，其利用CCD作为接收检测光的器件，但是其需要外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道，而这外加电压通常需要12V以上才能有效地传输电荷，因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，因此CCD的取像系统除了要有外加高驱动电压外，其外设电路也会消耗相当大的功率。上述利用CCD取像存在需要外加电源、功耗大的问题，导致制成的有害气体的智能检测仪器在便携性、持续工作时间方面存在不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种矿井气体智能检测仪，使本实用新型实现低功耗，进而进一步提高本实用新型的便携性。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种矿井气体智能检测仪，包括光路系统，所述光路系统包括光源、聚光镜、平面镜、气室、等腰直角折光棱镜和等腰直角反射棱镜，所述平面镜的背面、所述等腰直角折光棱镜的两个直角面和所述等腰直角反射棱镜的斜面均设有反射膜；

所述光源的光路上依次设置所述聚光镜和所述平面镜，所述聚光镜与所述光源同光轴设置，所述平面镜与所述光源的光轴之间的夹角为45°；所述光源发出的光经所述聚光镜汇聚后形成汇聚光入射到所述平面镜上，所述平面镜对所述汇聚光进行反射和折射，所述汇聚光的反射光和折射光均入射到所述等腰直角折光棱镜上，其中，所述汇聚光的反射光和折射光均与所述等腰直角折光棱镜的斜面垂直；

所述气室设置在所述平面镜和所述等腰直角折光棱镜的之间的光路上，所述气室两端分别设有互相平行的第一平光透镜和第二平光透镜，所述第二平光透镜与所述等腰直角折光棱镜的斜面互相平行，所述气室具有依次设置的第一气室、第二气室和第三气室，其中，所述汇聚光的反射光，穿过所述第一气室后入射到所述等腰直角折光棱镜，经所述等腰直角折光棱镜折光，穿过所述第三气室后入射到所述平面镜；所述汇聚光的折射光，穿过所述第二气室后入射到所述等腰直角折光棱镜，经所述等腰直角折光棱镜折光，穿过所述第二气室后入射到所述平面镜；

所述平面镜将所述等腰直角折光棱镜产生的折光反射和折射到所述等腰直角反射棱镜，其中，所述等腰直角反射棱镜的任一直角面垂直于所述光源的光轴设置；

所述矿井气体智能检测仪还包括检测系统，所述检测系统包括增透滤光镜、彩色面阵CMOS传感器、CMOS驱动模块、信号放大滤波模块、A/D转换模块、DSP图像处理器、ARM处理器、电源模块、存储模块、显示屏，其中，所述增透滤光镜和所述彩色面阵CMOS传感器依次设置在所述等腰直角反射棱镜的反射光路上，所述彩色面阵CMOS传感器分别与所述信号放大滤波模块和所述CMOS驱动模块电连接，所述信号放大滤波模块与所述A/D转换模块电连接，所述A/D转换模块与所述DSP图像处理器电连接，所述DSP图像处理器、所述CMOS驱动模块、所述存储模块和所述显示屏分别与所述ARM处理器电连接，所述ARM处理器和所述光源分别与所述电源模块电连接。

进一步地，所述第一气室和所述第三气室分别为空气室，所述第二气室为有害气体室。

进一步地，所述光源为发光二极管。

进一步地，所述检测系统还包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述气压传感器分别与所述ARM处理器电连接。

进一步地，所述检测系统还包括接口，所述接口分别与所述ARM处理器和所述电源模块电连接。

进一步地，所述检测系统还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述ARM处理器电连接。

进一步地，所述无线通信模块为WiFi模块。

进一步地，所述检测系统还包括报警模块，所述报警模块与所述ARM处理器电连接。

进一步地，所述报警模块为指示灯。

进一步地，所述报警模块为蜂鸣器。

本实用新型采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本实用新型提供一种矿井气体智能检测仪，通过采用彩色面阵CMOS传感器接收光路系统发送的检测光，彩色面阵CMOS传感器具有低功耗的特点，不需要外加高驱动电压，本实用新型工作时只需要几伏的工作电压，本实用新型具有低功耗的优点，本实用新型能够实现持续长时间实时检测工作；本实用新型需要的工作电压较小，因而电源模块本身可以具有更小的体积，且因彩色面阵CMOS传感器不需要外加高驱动电压，使得本实用新型可以实现小体积化，进而使本实用新型更加便携，本实用新型与现有的人工读数的有害气体检测仪器相比，通过显示屏直接显示检测情况，可以避免人工目测的相对误差，避免人工操作视觉疲劳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种矿井气体智能检测仪的实施例一的工作原理示意图；

图2为本实用新型一种矿井气体智能检测仪的实施例二的工作原理示意图；

图3为本实用新型一种矿井气体智能检测仪的实施例三的工作原理示意图；

图4为本实用新型一种矿井气体智能检测仪的实施例四的工作原理示意图；

图5为本实用新型一种矿井气体智能检测仪的实施例五的工作原理示意图。

图中1-光路系统；2-检测系统；101-光源；102-聚光镜；103-平面镜；104-气室；104a-第一气室；104b-第二气室；104c-第三气室；105-等腰直角折光棱镜；106-等腰直角反射棱镜；107-第一平光透镜；108-第二平光透镜；201-增透滤光镜；202-彩色面阵CMOS传感器；203-CMOS驱动模块；204-信号放大滤波模块；205-A/D转换模块；206-DSP图像处理器；207-ARM处理器；208-电源模块；209-存储模块；210-显示屏；211-温度传感器；212-湿度传感器；213-气压传感器；214-接口；215-无线通信模块；216-报警模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所述，本实用新型提供一种矿井气体智能检测仪，包括光路系统1，所述光路系统1包括光源101、聚光镜102、平面镜103、气室104、等腰直角折光棱镜105和等腰直角反射棱镜106，所述平面镜103的背面、所述等腰直角折光棱镜105的两个直角面和所述等腰直角反射棱镜106的斜面均设有反射膜；

所述光源101的光路上依次设置所述聚光镜102和所述平面镜103，所述聚光镜102与所述光源101同光轴设置，所述平面镜103与所述光源101的光轴之间的夹角为45°；所述光源101发出的光经所述聚光镜102汇聚后形成汇聚光入射到所述平面镜103上，所述平面镜103对所述汇聚光进行反射和折射，所述汇聚光的反射光和折射光均入射到所述等腰直角折光棱镜105上，其中，所述汇聚光的反射光和折射光均与所述等腰直角折光棱镜105的斜面垂直；

所述气室104设置在所述平面镜103和所述等腰直角折光棱镜105的之间的光路上，所述气室104两端分别设有互相平行的第一平光透镜107和第二平光透镜108，所述第二平光透镜108与所述等腰直角折光棱镜105的斜面互相平行，所述气室104具有依次设置的第一气室104a、第二气室104b和第三气室104c，其中，所述汇聚光的反射光，穿过所述第一气室104a后入射到所述等腰直角折光棱镜105，经所述等腰直角折光棱镜105折光，穿过所述第三气室104c后入射到所述平面镜103；所述汇聚光的折射光，穿过所述第二气室104b后入射到所述等腰直角折光棱镜105，经所述等腰直角折光棱镜105折光，穿过所述第二气室104b后入射到所述平面镜103；

所述平面镜103将所述等腰直角折光棱镜105产生的折光反射和折射到所述等腰直角反射棱镜106，其中，所述等腰直角反射棱镜106的任一直角面垂直于所述光源101的光轴设置；

所述矿井气体智能检测仪还包括检测系统2，所述检测系统2包括增透滤光镜201、彩色面阵CMOS传感器202、CMOS驱动模块203、信号放大滤波模块204、A/D转换模块205、DSP图像处理器206、ARM处理器207、电源模块208、存储模块209、显示屏210，其中，所述增透滤光镜201和所述彩色面阵CMOS传感器202依次设置在所述等腰直角反射棱镜106的反射光路上，所述彩色面阵CMOS传感器202分别与所述信号放大滤波模块204和所述CMOS驱动模块203电连接，所述信号放大滤波模块204与所述A/D转换模块205电连接，所述A/D转换模块205与所述DSP图像处理器206电连接，所述DSP图像处理器206、所述CMOS驱动模块203、所述存储模块209和所述显示屏210分别与所述ARM处理器207电连接，所述ARM处理器207和所述光源101分别与所述电源模块208电连接。

通过上述方案可知，本实用新型采用所述彩色面阵CMOS传感器202接收所述光路系统发送的检测光，与CCD相比，所述彩色面阵CMOS传感器202，具有低功耗的特点，不需要外加高驱动电压，本实用新型只需要几伏的工作电压即可，因而本实用新型具有低功耗的优点，使本实用新型能够持续长时间工作，保证本实用新型能够实时检测；本实用新型需要的工作电压较小，因而所述电源模块208本身具有更小的体积，且不需要外加高驱动电压，使得本实用新型可以实现小体积化，进而使本实用新型更加便携。

以下对本实用新型的工作原理进行进一步说明：本实用新型中，所述光源101发出的光经所述聚光镜102汇聚后形成汇聚光入射到所述平面镜103上，所述平面镜103对所述汇聚光进行反射和折射，其具体的反射和折射过程为：所述汇聚光在所述平面镜103的镜面进行反射和折射，其中，反射的光穿过所述第一气室104a，从所述等腰直角折光棱镜105的斜面垂直进入，因所述等腰直角折光棱镜105的两个直角面都设有反射膜，经所述等腰直角折光棱镜105折光后，光从所述等腰直角折光棱镜105的斜面垂直射出并穿过所述第三气室104c后入射到所述平面镜103上，在所述平面镜103的镜面折射后，入射到所述平面镜103的反射膜上，经所述平面镜103的反射膜反射后，再经所述平面镜103的镜面折射后，折射光垂直入射到所述等腰直角反射棱镜106；所述汇聚光在所述平面镜103的镜面的折射光入射到所述平面镜103的反射膜上，经所述平面镜103的反射膜反射，在所述平面镜103的镜面发生折射，然后穿过所述第二气室104b，垂直入射到所述等腰直角折光棱镜105，经所述等腰直角折光棱镜105折光后进入所述第二气室104b，穿过所述第二气室104b后入射到所述平面镜103，在所述平面镜103的镜面发生反射后，垂直入射到所述等腰直角反射棱镜106；所述等腰直角反射棱镜106将接收到的检测光反射到所述增透滤光镜201，所述增透滤光镜201具有增透滤光功能，其滤光功能可以过滤外界干扰光线，其增透功能可以降低检测光的通过时发生的损耗，所述ARM处理器207通过所述CMOS驱动模块203使所述彩色面阵CMOS传感器202接收检测光，通过所述信号放大滤波模块204对接收的光进行放大滤波处理，进一步消除检测光的干扰噪声，获得更高质量的检测光信号，所述DSP图像处理器206对检测光信号进行处理。

所述气室104可采用为现有技术的气室104，其中，所述第一气室104a和所述第三气室104c分别为空气室104，使用时可以在外界环境中提前收集好正常的空气，所述第二气室104b有害气体收集室，如收集矿井中的甲烷或一氧化碳等有害气体。当空气中进入有害气体时，其密度会发生变化，而光通过气体介质的折射率与气体的密度相关，因而当光通过所述第二气室104b和所述第三气室104c时，如果所述第二气室104b采集到的空气中没有有害气体，所述平面镜103的镜面反射从所述第二气室104b射出的光的光路与所述平面镜103折射从所述第三气室104c射出的光的光路重合；如果所述第二气室104b采集到的空气中含有有害气体，所述平面镜103的镜面反射从所述第二气室104b射出的光的光路与所述平面镜103折射从所述第三气室104c射出的光的光路之间会产生位移，当所述第二气室104b中有害气体浓度越高，位移量就越大。因而通过所述DSP图像处理器206对检测光信号进行处理后，通过所述ARM处理器207将结果显示在所述显示屏210上。

本实用新型中，为了进一步延长本实用新型的持续工作时间，本实用新型中可以采用功耗低的发光二极管作为所述光源101，通过该方案可以进一步延长所述电源模块208的工作时间。

对于本实用新型的所述矿井气体智能检测仪还可以实现其他功能，如检测矿井的温度、湿度和气压，对此本实用新型提供如下改进方案，所述检测系统2还包括温度传感器211、湿度传感器212和气压传感器213，所述温度传感器211、所述湿度传感器212和所述气压传感器213分别与所述ARM处理器207电连接。通过该方案，可以实时检测所在矿井位置的温度、湿度和气压，通过温度、湿度和气压可以知道矿井所在位置的安全情况，进一步保证旷工的人身安全。

本实用新型中，为了实现将数据传输到外部电脑进行分析，以及为了实现对电源模块208的充电，本实用新型还提供如下改进方案：所述检测系统2还包括接口214，所述接口214分别与所述ARM处理器207和所述电源模块208电连接。

本实用新型中，通过上述设置所述接口214方案可实现利用数据线进行数据传输，此外本实用新型还提供一种实现本实用新型与电脑或智能手机的无线交互方案，具体为：所述检测系统2还包括无线通信模块215，所述无线通信模块215与所述ARM处理器207电连接，所述无线通信模块215可以采用WiFi模块，安全管理人员可通过电脑或者智能手机实时监控矿井的空气情况、温湿度情况和气压情况，进一步保证了安全生产。

本实用新上述各个方案中，实现了实时获知检测结果的目的，但是对于实时的检测结果仍需要人去查看，不便于正常的工作，对此本实用新型提供一种主动提醒的方案，具体为：所述检测系统2还包括报警模块216，所述报警模块216与所述ARM处理器207电连接。所述报警模块216可以为指示灯，也可以采用蜂鸣器。通过该方案，检测到有害气体时，可实现所述ARM处理器207控制所述报警模块216立刻发出报警主动提醒人们。

与现有的人工读数的有害气体检测仪器相比，通过显示屏直接显示检测情况，可以避免人工目测的相对误差，避免人工操作视觉疲劳。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。