专利名称：智能化光干涉瓦斯检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能化光干涉瓦斯检测仪器。
光干涉瓦斯检测仪器如图2所示是一种光干涉检测器，一般包括光源L、平行平面镜H、标准空气室A、被测气体室B、直角棱镜G(或平行平面镜)、直角棱镜F，透镜组E。被测气室B和外界沟通。光源L发出的光在平面镜H的m点分为p、q二束光线，其中一束光线p往返于标准空气室A，另一束光线q往返于被测气体室B。在结构设计确定之后，二束光具有恒定的路程。如果B室的空气中含有瓦斯，则光速发生变化，即折射率变化。在环境温度、压力一定的情况下，折射率的变化与瓦斯的含量成比例关系，A室与B室的折射率不同，二束光线便出现光程差，二束光线先后到达N点，在N点会聚在一起并产生干涉，形成干涉条纹。干涉条纹的移动量或宽度跟折射率，也就是瓦斯的含量相对应，识别干涉条纹信息，就可以测知瓦斯含量。具有代表性光干涉瓦斯检测仪是AQG－3瓦斯检定器。这种光干涉瓦斯检测仪器稳定性、重复性、精度均较高，但使用人员只能通过光学系统用肉眼判读和手工记录数据，因而判读误差较大，而且没有转换成电信号机构而不能利用计算机进行数据处理、存贮和打印输出，直接影响检测效果。
本实用新型目的在于对上述光干涉瓦斯检测仪器进行改进，保留其良好的检测精度、稳定性和重复性，利用光电转换、微机处理技术，使其具有自动显示、报警、数据贮存等功能，并设有标准信号输出接口。
为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是在现有的光干涉检测器的透镜组的会聚出射端接光电转换器件，将光干涉检测器获得的干涉条纹信息，通过透镜投射到光电器件的受光端面上，将光信息转换成电信号，然后将此电信号输入具有A／D转换接口的单片微机系统，利用微机进行信号处理，实现整机智能化功能。並可根据实际使用需要设置标准化信号接口，自动显示、声、光报警、打印输出口等机件。
本智能化光干涉瓦斯检测仪包括公知的光干涉瓦斯检测装置，其特征在于光干涉检测装置的透镜组的会聚出射端与光电转换器件的受光端面相接，将透镜组投射来的干涉场的光信息转变为电信号，光电转换器件的电输出端与一个单片微机系统连接，该单片微机系统包括(1)前置放大电路，光电转换器件的电输出端和前置放大电路的输入端连接，将光电转换器件的输出电信号进行放大，以适合后续电路的要求；(2)A／D转换器，前置放大电路的输出端和A／D转换器的模拟输入端连接，将前置放大部分送来的模拟电压信号转变成适于计算机处理的数字量；(3)单片微机，A／D转换器的数字输出端通过缓冲器挂到单片机总线上；(4)键盘，键盘的键数根据功能设置；(5)下列功能电路的一种或多种组合(5.1)声报警电路，该电路控制输入端与单片机连接，(5.2)光报警电路，该电路控制输入端与单片机连接，(5.3)液晶显示器，该液晶显示器通过显示接口电路和单片机连接，(5.4)标准信号接口电路，直接与单片机连接。
由于上述解决方案在现有的光干涉瓦斯检测装置的透镜组的会聚出射端连接光电转换器件以及单片微机系统，可十分方便地将矿井中甲烷、二氧化碳等有害气体的浓度直观地、准确地用数字显示出来，並可根据设定进行超限声光报警，还可将每次测试的有关数据(时间、地点、浓度等)进行处理、存贮和打印。既保留了光干涉检测装置的固有特点，又提高使用效果。本仪器是煤矿生产安全检测仪器，也可用于实验室及其它工业部门对甲烷、二氧化碳或者其它气体的浓度进行高精度测定，是一种实用性较强的瓦斯检测仪器。
下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是实施例整机方框图。
图2是公知的光干涉检测器的一种工作原理图。
图3是实施例电路原理图。
根据图3实施例电路原理图，对各部分功能及相互连接关系作如下简要说明光干涉检测器的作用是将被测气体的浓度转变为光干涉场。图2表示这种光干涉检测的工作过程，当然在结构上也许会有非实质性变动，但工作过程和原理都是公知技术，这里不作进一步阐述。光干涉场的光信息通过透镜组会聚投射到光电转换器件的受光端面上。
光电转换器件是将透镜组投射来的光信息转变为电信号。透镜组的会聚出射端与光电转换器件的受光端面连接。根据信息处理的需要，采用不同类型的光电转换器件。例如硅光电位置探测器(PSD)、光耦合器件(CCD)、光敏电阻(CaS等)、光电压转换器件(又称光伏器件、光电探测器)等等。本实施例采用PSD位置探测器，将光信息转变为I1、I2电流信号。根据所用光电器件的类型，选用不同的偏置或驱动电路。采用CCD器件，则要配驱动脉冲(或称时钟脉冲)电路；采用光敏电阻，则要配置电压电路。本实施例采用PSD位置探测器，则不需要配置偏置或驱动电路。
前置放大电路是将光电转换器件输出的电压信号进行放大，适应后续电路的要求。本实施例采用PSD位置探测器输出为两路(I1、I2)与光信息有关的电流信号，所以分别配置两个I／V转换放大电路，然后由采样开关(CD4066)分别送给A／D转换器。
A／D转换器是将前置放大部分送来的模拟电压信号转变为适于计算机处理的数字量。本实施例采用5G14433三位半模数转换电路。
本实施例采用80C31单片机作仪器的主控部件，用27C32(4K×8)EPROM作外部程序存贮器，用6116(2K×8)静态RAM作外部数据存贮器，加上A／D转换器、显示等功能电路及键盘构成单片微机系统。三位半A／D转换器(5G14433)的多路选通脉冲输出端(DS4、DS3、DS2、DS1)、BCD输出端(Q3、Q2、Q1、Q0)和键盘列线分别通过八缓冲器(HC244－1、HC244－2)挂到单片机(80C31)总线(P0.0－7)上。5G14433的实时显示控制端Du和转换结束标志输出端EOC跟80C31的INTO口连接。HC244－1的片选1G、2G跟或非门的输出端相连，此或非的二输入端分别接80C31的RD脚及地址线，键盘的四根行线分别(通过二极管的阳极，图3中略)连到地址线。6位液晶显示器(6N17BF)的各位笔段引脚分别与6个8位移位寄存器CH164的输出脚QH、QG、QF、QE、QD、QC、QB连接，CH164－1和CH164－3的QA输出脚分别接液晶显示器的公共端(COM)引脚和液晶显示器第三位的小数点(h3)引出脚。各级CH164的输出脚QH同后一级CH164的串行输入脚(B)连接。各级的时钟输入脚(CK)全部接到80C31的(TXD)端。CH164－1的串行输入脚(B)接到80C31的RXD端。当被测气体的浓度转换为光干涉场，光干涉场经光电转换、前置放大和A／D转换后送到微机，微机执行预定程序，进行自动量程选择、环境影响量补偿、数字滤波以相应比例换算成瓦斯含量，并译码和驱动显示，並根据键盘的设定值控制声光报警电路。同时，微机还根据键盘设定的检测时间、地点(代码)依次将被测瓦斯量送数据存贮器保存，根据需要，可通过键盘将这些数据调出送打印机输出或由标准信号接口送出4－20mA(或0－10mA)标准信号供地面集中控制装置使用。
声、光报警电路采用常规声、光电路，当瓦斯含量超限时，电路即工作，或发声、或闪光。图3中，声报警电路由声集成电路(CW9300)和功放三极管T4和扬声器组成，光报警电路由发光二极管LD和振荡电路组成，其工作电压由电源通过开关管T3供给，开关管T3基极与单片机接口P10连接，当单片机P10输出低电平时，声、光电路工作。
为了减少整机非工作状态的电能消耗，实施例设置一个电源控制电路，该实施例电路由三极管T0、T1、T2及阻容元件组成，用以控制A／D和D／A(0832)转换电路的供电，该电路与单片机(80C31)控制端口P17连接。当控制端P17输出低电平时，电源控制电路导通，A／D和D／A转换电路被供电，反之则停止供电，从而降低整机电能消耗。
该机还设置一个打印机输出接口(WP2)，以便外接相应打印机，使存贮在机内的诸如时间、地点、浓度等数据打印出来，该接口与单片机连接。
权利要求1.一种智能化瓦斯检测仪，包括光干涉瓦斯检测装置，其特征在于光干涉检测装置的透镜组的会聚出射端与光电转换器件的受光端面相接，光电转换器件的电压输出端连接单片微机系统，该单片微机系统包括(1)、前置放大电路，光电转换器件的电压输出端和前置放大电路的输入端连接，(2)、A/D转换器，前置放大电路的输出端和A/D转换器的模拟输入端连接，(3)、单片微机，A/D转换器的数字输出端通过缓冲器挂到单片机总线上，(4)、键盘，(5)、下列功能电路的一种或多种组合(5.1)、声报警电路，其控制输入端与单片机连接，(5.2)、光报警电路，其控制输入端与单片机连接，(5.3)、液晶显示器，通过显示接口电路和单片机连接，(5.4)、标准信号接口，直接与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于光电转换器件是硅光电位置探测器(PSD)或光耦合器件(CCD)或光敏电阻或光电压转换器件，对于CCD器件，则配置相应驱动脉冲电路，对于光敏电阻，则配置相应电压电路，对于PSD位置探测器，其输出为两路电流信号，分别配置两个I／V转换放大电路，由采样开关(LD4066)分别送给A／D转换器。
3.根据权利要求1或2所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于设置有打印机输出接口，该接口与单片机(80C31)连接。
4.根据权利要求1或2所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于设置有用以控制A／D和D／A转换电路供电的电源控制电路，该电路与单片机控制端口(P17)连接。
5.根据权利要求3所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于设置有用以控制A／D和D／A转换电路供电的电源控制电路，该电路与单片机控制端口(P17)连接。
6.根据权利要求1或2或5所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于单片微机的主控部件是80C31单片机，用27C32(4K×8)EPROM作外部程序存贮器，用6116(2K×8)静态RAM作外部数据存贮器。
7.根据权利要求3所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于单片微机的主控部件是80C31单片机，用27C32(4K×8)EPROM作外部程序存贮器，用6116(2K×8)静态RAM作外部数据存贮器。
8.根据权利要求4所述的智能化瓦斯检测仪，其特征在于单片微机的主控部件是80C31单片机，用27C32(4K×8)EPROM作外部程序存贮器，用6116(2K×8)静态RAM作外部数据存贮器。
专利摘要本实用新型涉及一种智能化瓦斯检测仪，包括光干涉瓦斯检测装置，其特征在于光干涉检测装置的透镜组的会聚出射端与光电转换器件的受光端面相接，光电转换器件的电压输出端连接单片微机系统，利用微机对信号进行处理，实现整机的智能化功能。本检测仪可十分方便地将矿井中甲烷、二氧化碳等有害气体的浓度直观地、准确地用数字显示出来，并可根据设定进行超限声光报警，还可将测试的有关数据进行处理、存贮和打字，从而提高瓦斯检测仪的使用效果。
文档编号G01N21/41GK2091457SQ9120528
公开日1991年12月25日 申请日期1991年3月30日 优先权日1991年3月30日
发明者王子江, 潘云, 叶向荣 申请人:温州市电子技术研究所