專利名稱：一種微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦井下空氣監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
煤炭工業(yè)是我國重要的能源產(chǎn)業(yè)之一，2011年全國煤炭產(chǎn)量達35.2億噸左右，約占全國能源生產(chǎn)總量的77.8%。目前，我國地下煤礦均為瓦斯礦井，瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出等災(zāi)害給煤炭的安全生產(chǎn)帶來巨大壓力。因此，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局和國家煤礦安全監(jiān)察局制定了嚴格的《煤礦安全規(guī)程》。為了保證井下正常生產(chǎn)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定了井下工作區(qū)域空氣中的各種氣體含量和粉塵濃度。其中，井下主要監(jiān)測的氣體成分包括氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氫氣(H2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、硫化氫(H2S)、氨(NH3)、氧化氮(NO)等。粉塵監(jiān)測主要涉及總粉塵、呼吸性粉塵和粉塵中游離SiO2含量等。因此，實時全面掌握井下空氣現(xiàn)狀在礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)中顯得十分重要。目前，與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)配接的空氣監(jiān)測類裝置主要有甲烷檢測儀、一氧化碳檢測儀和煤礦粉塵濃度測量儀等，其使用基本滿足現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控的要求。但在實際中，使用上述獨立式的監(jiān)測儀器對井下空氣進行檢測時，需要多種設(shè)備，程序繁瑣，費用高；在進行綜合數(shù)據(jù)分析時，不僅各類數(shù)據(jù)間的相關(guān)性差，而且工作人員勞動強度大。為了適應(yīng)煤礦井下空氣監(jiān)測的需要，近年來井下空氣檢測技術(shù)出現(xiàn)了多種檢測儀器集成化的趨勢。采用單一儀器來檢測分析同一空氣樣本的多項指標，不僅能降低費用，而且能更好的反映空氣在同一時刻的真實情況。例如，北京凌天世紀自動化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的“CJYB4/25甲烷氧氣兩參數(shù)報警儀”，使用熱催化原理、電化學原理實時檢測環(huán)境空氣中甲烷、氧氣的濃度。近年來，在生物、化學領(lǐng)域發(fā)展的微流控技術(shù)為煤礦井下空氣監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了新的機遇。微流控技術(shù)把分析實驗中涉及的多種操作單元集成在一塊幾平方厘米的芯片上，進行相關(guān)分析。例如，申請日為2011年3月25日，申請?zhí)枮?01110074623.X的中國發(fā)明專利公開了一種有毒有害氣體檢測芯片及其制備方法，該芯片使用電化學的方法可以檢測一氧化碳、硫化氫和二氧化硫等氣體種類和濃度。但是，煤礦井下環(huán)境特殊，由于空氣中的氣體成分、粉塵濃度同時監(jiān)測的需要，上述芯片無法直接引入煤礦井下進行空氣監(jiān)測。現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有基于微流控技術(shù)的煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便、可靠性和穩(wěn)定性高、能夠降低工作人員勞動強度的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括微流控芯片、采樣單元、檢測單元和主控制單元，所述微流控芯片上設(shè)置有進氣孔、排氣孔、排塵孔、高速氣體入口、液體入口和抽真空口，所述微流控芯片內(nèi)部設(shè)置有氣固兩相分離機構(gòu)、粉塵分散度選擇機構(gòu)和多條氣體分析微通道，所述氣固兩相分離機構(gòu)的進氣口通過輸氣導管和設(shè)置在輸氣導管上的第一微閥與所述進氣孔相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)的粉塵出口通過粉塵輸送導管和設(shè)置在粉塵輸送導管上的第五微閥與粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵入口相接，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵出口通過粉塵輸送導管與所述排塵孔相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)的氣體出口通過輸氣導管和設(shè)置在輸氣導管上的第四微閥與多條所述氣體分析微通道的氣體入口相接，多條所述氣體分析微通道的氣體出口均通過第六微閥與所述排氣孔相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)通過液體輸送導管和設(shè)置在液體輸送導管上的第二微閥與所述液體入口相接，所述液體輸送導管通過高速氣體輸送導管和設(shè)置在高速氣體輸送導管上的第七微閥與所述高速氣體入口相接，連接在所述氣固兩相分離機構(gòu)氣體出口處的輸氣導管通過抽真空導管和設(shè)置在抽真空導管上的第三微閥與所述抽真空口相接；所述采樣單元包括第一微閥驅(qū)動電路模塊、第二微閥驅(qū)動電路模塊、第三微閥驅(qū)動電路模塊、第四微閥驅(qū)動電路模塊、第五微閥驅(qū)動電路模塊、第六微閥驅(qū)動電路模塊和第七微閥驅(qū)動電路模塊，以及微型液體泵、微型液體泵驅(qū)動電路模塊、微型氣體泵、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊、微型氣體取樣真空泵和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊，所述第一微閥與所述第一微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第二微閥與所述第二微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第三微閥與所述第三微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第四微閥與所述第四微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第五微閥與所述第五微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第六微閥與所述第六微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第七微閥與所述第七微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述微型液體泵連接在所述液體入口處且與所述微型液體泵驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述微型液體泵上連接有用于存儲清洗液的儲液器，所述微型氣體泵連接在所述高速氣體入口處且與所述微型氣體泵驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述微型氣體取樣真空泵連接在所述抽真空口處且與所述微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊的輸出端相接；所述檢測單元包括微處理器模塊、分別對應(yīng)安裝在多條氣體分析微通道上的多個微型發(fā)光元件、分別對應(yīng)與多個微型發(fā)光元件相接的多個單色器、分別對應(yīng)用于探測多個單色器發(fā)出的具有單種氣體特征譜線的單色光的多個光探測器和分別對應(yīng)與多個所述光探測器相接的多個信號調(diào)理電路模塊，所述微處理器模塊的輸入端接有用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)的多個光電計數(shù)器，多個所述微型發(fā)光元件均與所述微處理器模塊的輸出端相接，多個所述信號調(diào)理電路模塊均與所述微處理器模塊的輸入端相接；所述主控制單元包括主控制器模塊以及與所述主控制器模塊相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊、人機交互模塊、采樣單元接口電路模塊、檢測單元接口電路模塊和用于將信息無線發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的無線通信模塊，所述第一微閥驅(qū)動電路模塊、第二微閥驅(qū)動電路模塊、第三微閥驅(qū)動電路模塊、第四微閥驅(qū)動電路模塊、第五微閥驅(qū)動電路模塊、第六微閥驅(qū)動電路模塊、第七微閥驅(qū)動電路模塊、微型液體泵驅(qū)動電路模塊、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊均與所述采樣單元接口電路模塊相接，所述微處理器模塊與所述檢測單元接口電路模塊相接。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述氣體分析微通道的數(shù)量為六條且分別為氧氣分析微通道、二氧化碳分析微通道、甲烷分析微通道、二氧化硫分析微通道、一氧化碳分析微通道和硫化氫分析微通道，相應(yīng)所述微型發(fā)光元件的數(shù)量為六個且分別為安裝在氧氣分析微通道上的第一微型發(fā)光元件、安裝在二氧化碳分析微通道上的第二微型發(fā)光元件、安裝在甲烷分析微通道上的第三微型發(fā)光元件、安裝在二氧化硫分析微通道上的第四微型發(fā)光元件、安裝在一氧化碳分析微通道上的第五微型發(fā)光元件和安裝在硫化氫分析微通道上的第六微型發(fā)光元件，相應(yīng)所述單色器的數(shù)量為六個且分別為與第一微型發(fā)光元件相接且用于將第一微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有氧氣特征譜線的單色光的第一單色器、與第二微型發(fā)光元件相接且用于將第二微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化碳特征譜線的單色光的第二單色器、與第三微型發(fā)光元件相接且用于將第三微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有甲烷特征譜線的單色光的第三單色器、與第四微型發(fā)光元件相接且用于將第四微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化硫特征譜線的單色光的第四單色器、與第五微型發(fā)光元件相接且用于將第五微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有一氧化碳特征譜線的單色光的第五單色器和與第六微型發(fā)光元件相接且用于將第六微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有硫化氫特征譜線的單色光的第六單色器，相應(yīng)所述光探測器的數(shù)量為六個且分別為用于探測第一單色器發(fā)出的單色光的第一光探測器、用于探測第二單色器發(fā)出的單色光的第二光探測器、用于探測第三單色器發(fā)出的單色光的第三光探測器、用于探測第四單色器發(fā)出的單色光的第四光探測器、用于探測第五單色器發(fā)出的單色光的第五光探測器和用于探測第六單色器發(fā)出的單色光的第六光探測器，相應(yīng)所述信號調(diào)理電路模塊的數(shù)量為六個且分別為與第一光探測器相接的第一信號調(diào)理電路模塊、與第二光探測器相接的第二信號調(diào)理電路模塊、與第三光探測器相接的第三信號調(diào)理電路模塊、與第四光探測器相接的第四信號調(diào)理電路模塊、與第五光探測器相接的第五信號調(diào)理電路模塊和與第六光探測器相接的第六信號調(diào)理電路模塊。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述氣固兩相分離機構(gòu)包括氣固兩相分離機構(gòu)殼體和設(shè)置在氣固兩相分離機構(gòu)殼體內(nèi)且用于將氣固兩相分離機構(gòu)殼體內(nèi)部空間分隔成粉塵腔和氣體腔兩部分的粉塵過濾網(wǎng)，所述氣固兩相分離機構(gòu)的氣體入口和粉塵出口均設(shè)置在位于粉塵腔部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體上，所述氣固兩相分離機構(gòu)的氣體出口設(shè)置在位于氣體腔部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體上，所述液體輸送導管穿過所述氣固兩相分離機構(gòu)殼體插入到所述粉塵腔內(nèi)且靠近所述粉塵過濾網(wǎng)設(shè)置。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，相應(yīng)所述光電計數(shù)器的數(shù)量為三個且分別為用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第一光電計數(shù)器、用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第二光電計數(shù)器和用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第三光電計數(shù)器；所述粉塵分散度選擇機構(gòu)包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第八微閥，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第九微閥，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第十微閥，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵出口相連通；所述采樣單元包括第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊均與所述采樣單元接口電路模塊相接，所述第八微閥與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第九微閥與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第十微閥與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥、第九微閥和第十微閥的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊的數(shù)量均為三個；三個所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、三個所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和三個所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道相互間隔設(shè)置。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一粒徑區(qū)間為
0.1 μ m 2.5 μ m,所述第二粒徑區(qū)間為2.5 μ m 10 μ m,所述第三粒徑區(qū)間為10 μ m 100 μ m。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊為觸摸式液晶顯示屏，所述無線通信模塊為ZIGBEE無線通信模塊。上述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器模塊的輸入端接有用于對煤礦井下環(huán)境溫度進行檢測的溫度傳感器和用于對煤礦井下氣壓進行檢測的氣壓傳感器。本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)簡單、數(shù)據(jù)分析處理速度快、可靠性高、準確性高的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測方法，其特征在于該方法包括以下步驟:步驟一、對微流控芯片抽真空:首先，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第一微閥、第二微閥、第五微閥、第六微閥和第七微閥以及打開第三微閥和第四微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊、第二微閥驅(qū)動電路模塊、第五微閥驅(qū)動電路模塊、第六微閥驅(qū)動電路模塊和第七微閥驅(qū)動電路模塊以及第三微閥驅(qū)動電路模塊和第四微閥驅(qū)動電路模塊，控制第一微閥、第二微閥、第五微閥、第六微閥和第七微閥關(guān)閉，并控制第三微閥和第四微閥打開；然后，所述主控制器模塊輸出啟動微型氣體取樣真空泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊，控制微型氣體取樣真空泵啟動，對微流控芯片抽真空；抽真空結(jié)束后，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉微型氣體取樣真空泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊，控制微型氣體取樣真空泵關(guān)閉；步驟二、微流控芯片進行氣體采樣:所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第三微閥和打開第一微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第三微閥驅(qū)動電路模塊和第一微閥驅(qū)動電路模塊，控制第三微閥關(guān)閉，第一微閥打開，微流控芯片開始進行氣體采樣，煤礦井下空氣通過進氣孔進入并首先通過輸氣導管輸送到氣固兩相分離機構(gòu)中，再通過輸氣導管輸送到多條所述氣體分析微通道中；然后，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第一微閥和第四微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊和第四微閥驅(qū)動電路模塊，控制第一微閥和第四微閥關(guān)閉；步驟三、微流控芯片中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量分析處理:所述微流控芯片進行氣體采樣過程中，所述主控制器模塊輸出開始檢測的控制信號并通過檢測單元接口電路模塊傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊控制多個微型發(fā)光元件開始發(fā)光，多個單色器分別對應(yīng)將多個微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有單種氣體特征譜線的單色光，多個光探測器分別對應(yīng)探測多個單色器發(fā)出的單色光并將探測到的信號分別對應(yīng)輸出給多個信號調(diào)理電路模塊，多個信號調(diào)理電路模塊再將經(jīng)過其處理后的信號輸出給微處理器模塊，微處理器模塊分別對多個信號調(diào)理電路模塊輸出的信號進行分析處理，得到微流控芯片中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量并通過檢測單元接口電路模塊傳輸給主控制器模塊；步驟四、粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量分析處理:首先，所述主控制器模塊輸出打開第五微閥和第七微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊和第七微閥驅(qū)動電路模塊，控制第五微閥和第七微閥打開；然后，所述主控制器模塊輸出啟動微型氣體泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊，控制微型氣體泵啟動，微型氣體泵輸出的高速氣體通過高速氣體輸送導管和液體輸送導管進入到氣固兩相分離機構(gòu)中，并將氣固兩相分離機構(gòu)中分離出的粉塵通過粉塵輸送導管運輸?shù)椒蹓m分散度選擇機構(gòu)中；接著，粉塵分散度選擇機構(gòu)依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒，多個光電計數(shù)器對粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)并輸出給微處理器模塊，微處理器模塊分別對多個光電計數(shù)器輸出的信號進行分析處理，得到粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量并通過檢測單元接口電路模塊傳輸給主控制器模塊；然后，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉微型氣體泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊，控制微型氣體泵關(guān)閉；最后，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第五微閥和第七微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊和第七微閥驅(qū)動電路模塊，控制第五微閥和第七微閥關(guān)閉；步驟五、煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度的分析處理:所述主控制器模塊對其接收到的微流控芯片中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量和粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量進行分析處理，得到煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度，將分析處理結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲電路模塊中，并通過無線通信模塊發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)；步驟六、微流控芯片清洗:首先，所述主控制器模塊輸出打開第二微閥、第四微閥、第五微閥和第六微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊、第四微閥驅(qū)動電路模塊、第五微閥驅(qū)動電路模塊和第六微閥驅(qū)動電路模塊，控制第二微閥、第四微閥、第五微閥和第六微閥打開；然后，所述主控制器模塊輸出啟動微型液體泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊，控制微型液體泵啟動，微型液體泵將儲液器內(nèi)的清洗液加壓后通過液體輸送導管輸送到氣固兩相分離機構(gòu)中，對氣固兩相分離機構(gòu)進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)的粉塵出口流出后通過粉塵輸送導管輸送到粉塵分散度選擇機構(gòu)中，對粉塵分散度選擇機構(gòu)進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)的氣體出口流出后通過輸氣導管輸送到多條所述氣體分析微通道中，對多條所述氣體分析微通道進行清洗；清洗結(jié)束后，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉微型液體泵的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊，控制微型液體泵關(guān)閉，所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第二微閥、第五微閥和第六微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊、第五微閥驅(qū)動電路模塊和第六微閥驅(qū)動電路模塊，控制第二微閥、第五微閥和第六微閥關(guān)閉。上述的方法，其特征在于:所述粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第八微閥，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第九微閥，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道上設(shè)置有第十微閥，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)的粉塵出口相連通；所述采樣單元包括第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊均與所述采樣單元接口電路模塊相接，所述第八微閥與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第九微閥與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接，所述第十微閥與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊的輸出端相接；步驟四中粉塵分散度選擇機構(gòu)依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒的過程為:首先，所述主控制器模塊輸出打開第八微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊，控制第八微閥打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；接著，所述主控制器模塊輸出打開第九微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給第九微閥驅(qū)動電路模塊，控制第九微閥打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；然后，所述主控制器模塊輸出打開第十微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊傳輸給第十微閥驅(qū)動電路模塊，控制第十微閥打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)選擇出第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；在步驟七之后還需所述主控制器模塊輸出關(guān)閉第八微閥、第九微閥和第十微閥的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊分別傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊、第九微閥驅(qū)動電路模塊和第十微閥驅(qū)動電路模塊，控制第八微閥、第九微閥和第十微閥關(guān)閉。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便。2、本發(fā)明將多種氣體和粉塵的檢測功能集中于同一微流控芯片上，可以有效提高空氣監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。3、本發(fā)明微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)中采用了集成的微流控芯片，可實現(xiàn)煤礦井下空氣中多種氣體與粉塵的綜合檢測功能，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需要采用多種設(shè)備進行綜合數(shù)據(jù)分析程序繁瑣、費用高、數(shù)據(jù)間的相關(guān)性差、工作人員勞動強度大等缺陷和不足，降低了煤礦井下空氣成分檢測成本，減少了工作人員的勞動強度，提高了檢測效率，且能獲得更加準確的檢測數(shù)據(jù)。4、本發(fā)明能夠?qū)γ旱V井下空氣相關(guān)參數(shù)進行同時獲取，便于煤礦井下各類危險事故致因分析，提高了煤礦安全監(jiān)測水平。5、本發(fā)明微流控煤礦井下空氣監(jiān)測方法的實現(xiàn)簡單，數(shù)據(jù)分析處理速度快，可靠性高，準確性高。6、本發(fā)明適合于煤礦井下空氣監(jiān)測，實用性強，推廣應(yīng)用價值高。綜上所述，本發(fā)明設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便，降低了煤礦井下空氣成分檢測成本，減少了工作人員的勞動強度，提高了檢測效率，且能獲得更加準確的檢測數(shù)據(jù)，實用性強，推廣應(yīng)用價值高。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)的整體電路框圖。圖2為本發(fā)明微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明氣固兩相分離機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明粉塵分散度選 擇機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明采樣單元與其它各模塊的連接關(guān)系示意圖。圖6為本發(fā)明檢測單元的電路原理框圖。圖7為本發(fā)明微流控煤礦井下空氣監(jiān)測方法的方法流程圖。附圖標記說明:I一微流控芯片；1-1 一進氣孔；1_2—排氣孔；1-3—排塵孔；1-4 一高速氣體入口； 1-5—液體入口；1-6—抽真空口；1-7—氣固兩相分離機構(gòu)；1-8—粉塵分散度選擇機構(gòu)；1-91一氧氣分析微通道；1-92—二氧化碳分析微通道；1-93—甲烷分析微通道；1-94一二氧化硫分析微通道；1-95—一氧化碳分析微通道；1-96一硫化氫分析微通道；1-10—第一微閥；1-11 一第五微閥；1-12—第四微閥； 1-13—第六微閥；1-14一第二微閥；1-15—第七微閥； 1-16—第三微閥；1-17一輸氣導管；1-18—粉塵輸送導管；1_19一液體輸送導管；1-20一高速氣體輸送導管；1-21—抽真空導管；2—采樣單元；2-1—第一微閥驅(qū)動電路模塊；2-2一第二微閥驅(qū)動電路模塊；2_3—第二微閥驅(qū)動電路模塊；2-4—第四微閥驅(qū)動電路模塊；2-5—第五微閥驅(qū)動電路模塊；2-6—第六微閥驅(qū)動電路模塊；2-7—第七微閥驅(qū)動電路模塊；2-7—第七微閥驅(qū)動電路模塊；2-8—微型液體泵；2-9—微型液體泵驅(qū)動電路模塊；2-10—微型氣體泵；
2-11—微型氣體泵驅(qū)動電路模塊；2-12—微型氣體取樣真空泵；2-13—微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊；2-14—儲液器；2-15—第八微閥驅(qū)動電路模塊；2-16—第九微閥驅(qū)動電路模塊；2-17—第十微閥驅(qū)動電路模塊；2-18—第十微閥驅(qū)動電路模塊；3一檢測單兀；3-1—微處理器模塊；3-21—第一微型發(fā)光元件；3-22—第二微型發(fā)光元件；3-23—第三微型發(fā)光元件；3-24—第四微型發(fā)光元件；3-25—第五微型發(fā)光元件；3-26—第六微型發(fā)光元件；3-31—第一單色器；3-32—第二單色器； 3-33—第三單色器；3-34—第四單色器；3-35—第五單色器； 3-36—第六單色器；3-41—第一光探測器； 3-42—第二光探測器；3_43—第三光探測器；

3-44—第四光探測器； 3-45—第五光探測器；3_46—第六光探測器；3-51—第一信號調(diào)理電路模塊；3-52—第二信號調(diào)理電路模塊；3-53—第三信號調(diào)理電路模塊；3-54—第四信號調(diào)理電路模塊；3-55一第五信號調(diào)理電路模塊；3-56—第六信號調(diào)理電路模塊；3-61—第一光電計數(shù)器；3-62—第二光電計數(shù)器；3-63—第三光電計數(shù)器；3-7—溫度傳感器； 3_8—氣壓傳感器；4一主控制單兀；4_1 一主控制器模塊；4_2—數(shù)據(jù)存儲電路模塊；4-3一人機交互模塊；4-4一米樣單兀接口電路模塊；4-5 一檢測單兀接口電路模塊； 4-6—無線通/[目模塊。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，包括微流控芯片
1、采樣單元2、檢測單元3和主控制單元4，所述微流控芯片I上設(shè)置有進氣孔1-1、排氣孔
1-2、排塵孔1-3、高速氣體入口 1-4、液體入口 1-5和抽真空口 1-6，所述微流控芯片I內(nèi)部設(shè)置有氣固兩相分離機構(gòu)1-7、粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8和多條氣體分析微通道，所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7的進氣口通過輸氣導管1-17和設(shè)置在輸氣導管1-17上的第一微閥1-10與所述進氣孔1-1相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7的粉塵出口通過粉塵輸送導管1-18和設(shè)置在粉塵輸送導管1-18上的第五微閥1-11與粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵入口相接，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵出口通過粉塵輸送導管1-18與所述排塵孔1-3相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7的氣體出口通過輸氣導管1-17和設(shè)置在輸氣導管1-17上的第四微閥1-12與多條所述氣體分析微通道的氣體入口相接，多條所述氣體分析微通道的氣體出口均通過第六微閥1-13與所述排氣孔1-2相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7通過液體輸送導管1-19和設(shè)置在液體輸送導管1-19上的第二微閥1-14與所述液體入口 1-5相接，所述液體輸送導管1-19通過高速氣體輸送導管1-20和設(shè)置在高速氣體輸送導管1-20上的第七微閥1-15與所述高速氣體入口 1-4相接，連接在所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7氣體出口處的輸氣導管1-17通過抽真空導管1-21和設(shè)置在抽真空導管1-21上的第三微閥
1-16與所述抽真空口 1-6相接；如圖5所示，所述采樣單元2包括第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1、第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2、第三微閥驅(qū)動電路模塊2-3、第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4、第五微閥驅(qū)動電路模塊
2-5、第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6和第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7，以及微型液體泵2-8、微型液體泵驅(qū)動電路模塊2-9、微型氣體泵2-10、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊2-11、微型氣體取樣真空泵2-12和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊2-13，所述第一微閥1-10與所述第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1的輸出端相接，所述第二微閥1-14與所述第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2的輸出端相接，所述第三微閥1-16與所述第三微閥驅(qū)動電路模塊2-3的輸出端相接，所述第四微閥1-12與所述第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4的輸出端相接，所述第五微閥1-11與所述第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5的輸出端相接，所述第六微閥1-13與所述第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6的輸出端相接，所述第七微閥1-15與所述第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7的輸出端相接，所述微型液體泵2-8連接在所述液體入口 1-5處且與所述微型液體泵驅(qū)動電路模塊2-9的輸出端相接，所述微型液體泵2-8上連接有用于存儲清洗液的儲液器2-14，所述微型氣體泵2-10連接在所述高速氣體入口 1-4處且與所述微型氣體泵驅(qū)動電路模塊2-11的輸出端相接，所述微型氣體取樣真空泵2-12連接在所述抽真空口 1-6處且與所述微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊2-13的輸出端相接；如圖6所示，所述檢測單元3包括微處理器模塊3-1、分別對應(yīng)安裝在多條氣體分析微通道上的多個微型發(fā)光元件、分別對應(yīng)與多個微型發(fā)光元件相接的多個單色器、分別對應(yīng)用于探測多個單色器發(fā)出的具有單種氣體特征譜線的單色光的多個光探測器和分別對應(yīng)與多個所述光探測器相接的多個信號調(diào)理電路模塊，所述微處理器模塊3-1的輸入端接有用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)的多個光電計數(shù)器，多個所述微型發(fā)光元件均與所述微處理器模塊3-1的輸出端相接，多個所述信號調(diào)理電路模塊均與所述微處理器模塊3-1的輸入端相接；如圖1所示，所述主控制單元4包括主控制器模塊4-1以及與所述主控制器模塊4-1相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊4-2、人機交互模塊4-3、采樣單元接口電路模塊4-4、檢測單元接口電路模塊4-5和用于將信息無線發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的無線通信模塊4-6，所述第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1、第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2、第三微閥驅(qū)動電路模塊
2-3、第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4、第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5、第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6、第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7、微型液體泵驅(qū)動電路模塊2-9、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊2-11和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊2-13均與所述采樣單元接口電路模塊4-4相接，所述微處理器模塊3-1與所述檢測單元接口電路模塊4-5相接。如圖2和圖6所示，本實施例中，所述氣體分析微通道的數(shù)量為六條且分別為氧氣分析微通道1-91、二氧化碳分析微通道1-92、甲烷分析微通道1-93、二氧化硫分析微通道1-94、一氧化碳分析微通道1-95和硫化氫分析微通道1-96，相應(yīng)所述微型發(fā)光元件的數(shù)量為六個且分別為安裝在氧氣分析微通道1-91上的第一微型發(fā)光元件3-21、安裝在二氧化碳分析微通道1-92上的第二微型發(fā)光元件3-22、安裝在甲烷分析微通道1-93上的第三微型發(fā)光元件3-23、安裝在二氧化硫分析微通道1-94上的第四微型發(fā)光元件3-24、安裝在一氧化碳分析微通道1_95上的第五微型發(fā)光兀件3-25和安裝在硫化氫分析微通道1-96上的第六微型發(fā)光元件3-26，相應(yīng)所述單色器的數(shù)量為六個且分別為與第一微型發(fā)光元件
3-21相接且用于將第一微型發(fā)光元件3-21發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有氧氣特征譜線的單色光的第一單色器3-31、與第二微型發(fā)光元件3-22相接且用于將第二微型發(fā)光元件3-22發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化碳特征譜線的單色光的第二單色器3-32、與第三微型發(fā)光元件3-23相接且用于將第三微型發(fā)光元件3-23發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有甲烷特征譜線的單色光的第三單色器3-33、與第四微型發(fā)光元件3-24相接且用于將第四微型發(fā)光元件3-24發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化硫特征譜線的單色光的第四單色器3-34、與第五微型發(fā)光元件3-25相接且用于將第五微型發(fā)光元件3-25發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有一氧化碳特征譜線的單色光的第五單色器3-35和與第六微型發(fā)光元件3-26相接且用于將第六微型發(fā)光元件3-26發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有硫化氫特征譜線的單色光的第六單色器3-36，相應(yīng)所述光探測器的數(shù)量為六個且分別為用于探測第一單色器3-31發(fā)出的單色光的第一光探測器3-41、用于探測第二單色器3-32發(fā)出的單色光的第二光探測器3-42、用于探測第三單色器3-33發(fā)出的單色光的第三光探測器3-43、用于探測第四單色器3-34發(fā)出的單色光的第四光探測器3-44、用于探測第五單色器3-35發(fā)出的單色光的第五光探測器3-45和用于探測第六單色器3-36發(fā)出的單色光的第六光探測器3-46，相應(yīng)所述信號調(diào)理電路模塊的數(shù)量為六個且分別為與第一光探測器3-41相接的第一信號調(diào)理電路模塊3-51、與第二光探測器3-42相接的第二信號調(diào)理電路模塊3-52、與第三光探測器3_43相接的第三信號調(diào)理電路模塊3-53、與第四光探測器3-44相接的第四信號調(diào)理電路模塊
3-54、與第五光探測器3-45相接的第五信號調(diào)理電路模塊3-55和與第六光探測器3_46相接的第六/[目號調(diào)理電路模塊3_56。具體實施時，所述第一信號調(diào)理電路模塊3-51、第二信號調(diào)理電路模塊3-52、第二 目號調(diào)理電路模塊3_53、第四/[目號調(diào)理電路模塊3_54、第五/[目號調(diào)理電路模塊3_55和第六信號調(diào)理電路模塊3-56均由依次相接的放大電路模塊、濾波電路模塊和A/D轉(zhuǎn)換電路模塊構(gòu)成。如圖3所不,本實施例中，所述氣固兩相分尚機構(gòu)1-7包括氣固兩相分尚機構(gòu)殼體1-71和設(shè)置在氣固兩相分離機構(gòu)殼體1-71內(nèi)且用于將氣固兩相分離機構(gòu)殼體1-71內(nèi)部空間分隔成粉塵腔1-73和氣體腔1-74兩部分的粉塵過濾網(wǎng)1-72，所述氣固兩相分離機構(gòu)
1-7的氣體入口和粉塵出口均設(shè)置在位于粉塵腔1-73部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體1-71上，所述氣固兩相分離機構(gòu)1-7的氣體出口設(shè)置在位于氣體腔1-74部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體1-71上，所述液體輸送導管1-19穿過所述氣固兩相分離機構(gòu)殼體1-71插入到所述粉塵腔1-73內(nèi)且靠近所述粉塵過濾網(wǎng)1-72設(shè)置。如圖4所示，本實施例中，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，相應(yīng)所述光電計數(shù)器的數(shù)量為三個且分別為用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第一光電計數(shù)器3-61、用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第二光電計數(shù)器3-62和用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第三光電計數(shù)器3-63 ;所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82上設(shè)置有第八微閥1-85，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83上設(shè)置有第九微閥1-86，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84上設(shè)置有第十微閥1-87，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵出口相連通；所述采樣單元2包括第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17均與所述采樣單元接口電路模塊4-4相接，所述第八微閥1-85與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15的輸出端相接，所述第九微閥1-86與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16的輸出端相接，所述第十微閥1-87與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17的輸出端相接。如圖4所示，本實施例中，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥
1-85、第九微閥1-86和第十微閥1-87的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥驅(qū)動電路模塊
2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17的數(shù)量均為三個；三個所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、三個所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和三個所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84相互間隔設(shè)置。所述第一粒徑區(qū)間為0.1 μ m 2.5 μ m，所述第二粒徑區(qū)間為2.5 μ m 10 μ m,所述第三粒徑區(qū)間為10 μ m 100 μ m。具體實施時，三個所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82的粉塵出口連接在一起，第一光電計數(shù)器3-61設(shè)置在三個所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82的粉塵出口處；三個所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83的粉塵出口連接在一起，第二光電計數(shù)器3-62設(shè)置在三個所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83的粉塵出口處；三個所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84的粉塵出口連接在一起，第三光電計數(shù)器3-63設(shè)置在三個所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84的粉塵出口處。本實施例中，所述人機交互模塊4-3為觸摸式液晶顯示屏，所述無線通信模塊4-6為ZIGBEE無線通信模塊4-6。如圖6所示，所述微處理器模塊3_1的輸入端接有用于對煤礦井下環(huán)境溫度進行檢測的溫度傳感器3-7和用于對煤礦井下氣壓進行檢測的氣壓傳感器
3-8;由于隨著煤礦井下環(huán)境溫度和氣壓的變化，進入到多條所述氣體分析微通道內(nèi)的空氣流量就會發(fā)生變化，因此設(shè)置溫度傳感器3-7和氣壓傳感器3-8，能夠用于對分析處理得到的煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度的數(shù)據(jù)進行修正，以便得到更加精確的數(shù)據(jù)。具體實施時，所述微處理器模塊3-1和主控制器模塊4-1均使用了 16位或32的嵌入式高性能微處理器。結(jié)合圖7，本發(fā)明所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測方法，包括以下步驟:步驟一、對微流控芯片I抽真空:首先，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第一微閥
1-10、第二微閥1-14、第五微閥1-11、第六微閥1-13和第七微閥1_15以及打開第三微閥
1-16和第四微閥1-12的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1、第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2、第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5、第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6和第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7以及第三微閥驅(qū)動電路模塊2-3和第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4，控制第一微閥1-10、第二微閥1-14、第五微閥1-11、第六微閥1_13和第七微閥1-15關(guān)閉，并控制第三微閥1-16和第四微閥1-12打開；然后，所述主控制器模塊4-1輸出啟動微型氣體取樣真空泵2-12的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊2-13，控制微型氣體取樣真空泵2-12啟動，對微流控芯片I抽真空；抽真空結(jié)束后，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉微型氣體取樣真空泵2-12的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊
2-13，控制微型氣體取樣真空泵2-12關(guān)閉；步驟二、微流控芯片I進行氣體采樣:所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第三微閥
1-16和打開第一微閥1-10的控制信號并通過米樣單兀接口電路模塊4-4分別傳輸給第三微閥驅(qū)動電路模塊2-3和第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1，控制第三微閥1-16關(guān)閉，第一微閥
1-10打開，微流控芯片I開始進行氣體采樣，煤礦井下空氣通過進氣孔1-1進入并首先通過輸氣導管1-17輸送到氣固兩相分離機構(gòu)1-7中，再通過輸氣導管1-17輸送到多條所述氣體分析微通道中；然后，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第一微閥1-10和第四微閥1-12的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊2-1和第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4，控制第一微閥1-10和第四微閥1-12關(guān)閉；步驟三、微流控芯片I中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量分析處理:所述微流控芯片I進行氣體采樣過程中，所述主控制器模塊4-1輸出開始檢測的控制信號并通過檢測單元接口電路模塊4-5傳輸給微處理器模塊3-1，微處理器模塊3-1控制多個微型發(fā)光元件開始發(fā)光，多個單色器分別對應(yīng)將多個微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有單種氣體特征譜線的單色光，多個光探測器分別對應(yīng)探測多個單色器發(fā)出的單色光并將探測到的信號分別對應(yīng)輸出給多個信號調(diào)理電路模塊，多個信號調(diào)理電路模塊再將經(jīng)過其處理后的信號輸出給微處理器模塊3-1，微處理器模塊3-1分別對多個信號調(diào)理電路模塊輸出的信號進行分析處理，得到微流控芯片I中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量并通過檢測單元接口電路模塊4-5傳輸給主控制器模塊4-1 ；步驟四、粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量分析處理:首先，所述主控制器模塊4-1輸出打開第五微閥1-11和第七微閥1-15的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5和第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7，控制第五微閥1-11和第七微閥1-15打開；然后，所述主控制器模塊4-1輸出啟動微型氣體泵2-10的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊2-11，控制微型氣體泵2-10啟動，微型氣體泵2-10輸出的高速氣體通過高速氣體輸送導管1-20和液體輸送導管1-19進入到氣固兩相分離機構(gòu)1-7中，并將氣固兩相分離機構(gòu)1-7中分離出的粉塵通過粉塵輸送導管1-18運輸?shù)椒蹓m分散度選擇機構(gòu)1-8中；接著，粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒，多個光電計數(shù)器對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)并輸出給微處理器模塊3-1，微處理器模塊3-1分別對多個光電計數(shù)器輸出的信號進行分析處理，得到粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量并通過檢測單元接口電路模塊4-5傳輸給主控制器模塊4-1 ;然后，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉微型氣體泵2-10的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊
2-11，控制微型氣體泵2-10關(guān)閉；最后，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第五微閥1-11和第七微閥1-15的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5和第七微閥驅(qū)動電路模塊2-7，控制第五微閥1-11和第七微閥1-15關(guān)閉；
步驟五、煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度的分析處理:所述主控制器模塊4-1對其接收到的微流控芯片I中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量和粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量進行分析處理，得到煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度，將分析處理結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲電路模塊4-2中，并通過無線通信模塊4-6發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)；步驟六、微流控芯片I清洗:首先，所述主控制器模塊4-1輸出打開第二微閥
1-14、第四微閥1-12、第五微閥1-11和第六微閥1-13的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2、第四微閥驅(qū)動電路模塊2-4、第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5和第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6，控制第二微閥1-14、第四微閥1-12、第五微閥1-11和第六微閥1-13打開；然后，所述主控制器模塊4-1輸出啟動微型液體泵2-8的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊2-9，控制微型液體泵2-8啟動，微型液體泵2-8將儲液器2-14內(nèi)的清洗液加壓后通過液體輸送導管1-19輸送到氣固兩相分離機構(gòu)1-7中，對氣固兩相分離機構(gòu)1-7進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)1-7的粉塵出口流出后通過粉塵輸送導管1-18輸送到粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8中，對粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)1-7的氣體出口流出后通過輸氣導管1-17輸送到多條所述氣體分析微通道中，對多條所述氣體分析微通道進行清洗；清洗結(jié)束后，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉微型液體泵2-8的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊2-9，控制微型液體泵2-8關(guān)閉，所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第二微閥1-14、第五微閥1-11和第六微閥1-13的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊2-2、第五微閥驅(qū)動電路模塊2-5和第六微閥驅(qū)動電路模塊2-6,控制第二微閥1-14、第五微閥1-11和第六微閥1-13關(guān)閉。本實施例中，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體1-81上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82上設(shè)置有第八微閥1-85，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83上設(shè)置有第九微閥1-86，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84上設(shè)置有第十微閥1-87，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-82、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-83和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道1-84均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8的粉塵出口相連通；所述采樣單元2包括第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊
2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17均與所述采樣單元接口電路模塊4-4相接，所述第八微閥1-85與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15的輸出端相接，所述第九微閥1-86與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16的輸出端相接，所述第十微閥1-87與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊
2-17的輸出端相接；步驟四中粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒的過程為:首先，所述主控制器模塊4-1輸出打開第八微閥1-85的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15,控制第八微閥1-85打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；接著，所述主控制器模塊4-1輸出打開第九微閥1-86的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給第九微閥驅(qū)動電路模塊
2-16，控制第九微閥1-86打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；然后，所述主控制器模塊4-1輸出打開第十微閥1-87的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4傳輸給第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17，控制第十微閥1-87打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8選擇出第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；在步驟七之后還需所述主控制器模塊4-1輸出關(guān)閉第八微閥1-85、第九微閥1-86和第十微閥1-87的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊4-4分別傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊2-15、第九微閥驅(qū)動電路模塊2-16和第十微閥驅(qū)動電路模塊2-17，控制第八微閥1-85、第九微閥1-86和第十微閥1_87關(guān)閉。綜上所述，微流控芯片I為氣固兩相分離、氣體濃度測量、粉塵濃度測量和粉塵分散度分析等提供了分析平臺，其中，氣固兩相分離機構(gòu)1-7用于完成氣體成分與粉塵分離，氣體進入多條所述氣體分析微通道供濃度測量，粉塵進入粉塵分散度選擇機構(gòu)1-8，選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒供粉塵濃度測量和粉塵分散度分析；主控制單元4中的主控制器模塊4-1對采樣單元2和檢測單元3進行控制，進行氣體濃度、粉塵濃度及分散度數(shù)據(jù)計算，將結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲電路模塊4-2中，并通過無線通信模塊4-6發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)；采樣單元2中的各個驅(qū)動電路模塊執(zhí)行主控制器模塊4-1發(fā)出的控制信號，控制微流控芯片I內(nèi)各個微閥的開關(guān)狀態(tài)，并驅(qū)動微型氣體取樣真空泵2-12、微型氣體泵2-10和微型液體泵2-8成定量氣體采樣、排氣、排塵和清洗等工作；檢測單元3中的微處理器模塊3-1負責各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量測量和各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量計量，并將結(jié)果傳輸給主控制器模塊4-1，完成了氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度間接數(shù)據(jù)測量。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括微流控芯片(I)、采樣單元(2)、檢測單元(3)和主控制單元(4)，所述微流控芯片(I)上設(shè)置有進氣孔(1-1)、排氣孔(1-2)、排塵孔(1-3)、高速氣體入口(1-4)、液體入口(1-5)和抽真空口(1-6)，所述微流控芯片(I)內(nèi)部設(shè)置有氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)、粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)和多條氣體分析微通道，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的進氣口通過輸氣導管(1-17)和設(shè)置在輸氣導管(1-17)上的第一微閥(1-10)與所述進氣孔(1-1)相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的粉塵出口通過粉塵輸送導管(1-18)和設(shè)置在粉塵輸送導管(1-18)上的第五微閥(1-11)與粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵入口相接，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵出口通過粉塵輸送導管(1-18)與所述排塵孔(1-3)相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的氣體出口通過輸氣導管(1-17)和設(shè)置在輸氣導管(1-17)上的第四微閥(1-12)與多條所述氣體分析微通道的氣體入口相接，多條所述氣體分析微通道的氣體出口均通過第六微閥(1-13)與所述排氣孔(1-2)相接，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)通過液體輸送導管(1-19)和設(shè)置在液體輸送導管(1-19)上的第二微閥(1-14)與所述液體入口( 1-5)相接,所述液體輸送導管(1-19)通過高速氣體輸送導管(1-20)和設(shè)置在高速氣體輸送導管(1-20)上的第七微閥(1-15)與所述高速氣體入口(1-4)相接，連接在所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)氣體出口處的輸氣導管(1-17)通過抽真空導管(1-21)和設(shè)置在抽真空導管(1-21)上的第三微閥(1-16)與所述抽真空口(1-6)相接； 所述采樣單元(2)包括第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)、第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)、第三微閥驅(qū)動電路模塊(2-3)、第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)、第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)、第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)和第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)，以及微型液體泵(2-8)、微型液體泵驅(qū)動電路模塊(2-9)、微型氣體泵(2-10)、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊(2-11)、微型氣體取樣真空泵(2-12)和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊(2-13)，所述第一微閥(1-10)與所述第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)的輸出端相接，所述第二微閥(1-14)與所述第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)的輸出端相接，所述第三微閥(1-16)與所述第三微閥驅(qū)動電路模塊(2-3)的輸出端相接，所述第四微閥(1-12)與所述第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)的輸出端相接，所述 第五微閥(1-11)與所述第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)的輸出端相接，所述第六微閥(1-13)與所述第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)的輸出端相接，所述第七微閥(1-15)與所述第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)的輸出端相接，所述微型液體泵(2-8)連接在所述液體入口(1-5)處且與所述微型液體泵驅(qū)動電路模塊(2-9)的輸出端相接，所述微型液體泵(2-8)上連接有用于存儲清洗液的儲液器(2-14)，所述微型氣體泵(2-10)連接在所述高速氣體入口(1-4)處且與所述微型氣體泵驅(qū)動電路模塊(2-11)的輸出端相接，所述微型氣體取樣真空泵(2-12)連接在所述抽真空口(1-6)處且與所述微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊(2-13)的輸出端相接； 所述檢測單元(3)包括微處理器模塊(3-1)、分別對應(yīng)安裝在多條氣體分析微通道上的多個微型發(fā)光元件、分別對應(yīng)與多個微型發(fā)光元件相接的多個單色器、分別對應(yīng)用于探測多個單色器發(fā)出的具有單種氣體特征譜線的單色光的多個光探測器和分別對應(yīng)與多個所述光探測器相接的多個信號調(diào)理電路模塊，所述微處理器模塊(3-1)的輸入端接有用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)的多個光電計數(shù)器，多個所述微型發(fā)光元件均與所述微處理器模塊(3-1)的輸出端相接，多個所述信號調(diào)理電路模塊均與所述微處理器模塊(3-1)的輸入端相接； 所述主控制單元(4)包括主控制器模塊(4-1)以及與所述主控制器模塊(4-1)相接的數(shù)據(jù)存儲電路模塊(4-2)、人機交互模塊(4-3)、采樣單元接口電路模塊(4-4)、檢測單元接口電路模塊(4-5)和用于將信息無線發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的無線通信模塊(4-6)，所述第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)、第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)、第三微閥驅(qū)動電路模塊(2-3)、第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)、第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)、第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)、第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)、微型液體泵驅(qū)動電路模塊(2-9)、微型氣體泵驅(qū)動電路模塊(2-11)和微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊(2-13)均與所述采樣單元接口電路模塊(4-4)相接，所述微處理器模塊(3-1)與所述檢測單元接口電路模塊(4-5)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述氣體分析微通道的數(shù)量為六條且分別為氧氣分析微通道(1-91)、二氧化碳分析微通道(1-92)、甲烷分析微通道(1-93)、二氧化硫分析微通道(1-94)、一氧化碳分析微通道(1-95)和硫化氫分析微通道(1-96)，相應(yīng)所述微型發(fā)光元件的數(shù)量為六個且分別為安裝在氧氣分析微通道(1-91)上的第一微型發(fā)光元件(3-21)、安裝在二氧化碳分析微通道(1-92)上的第二微型發(fā)光元件(3-22)、安裝在甲烷分析微通道(1-93)上的第三微型發(fā)光元件(3-23)、安裝在二氧化硫分析微通道(1-94)上的第四微型發(fā)光元件(3-24)、安裝在一氧化碳分析微通道(1-95)上的第五微型發(fā)光兀件(3-25)和安裝在硫化氫分析微通道(1-96)上的第六微型發(fā)光元件(3-26)，相應(yīng)所述單色器的數(shù)量為六個且分別為與第一微型發(fā)光元件(3-21)相接且用于將第一微型發(fā)光元件(3-21)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有氧氣特征譜線的單色光的第一單色器(3-31)、與第二微型發(fā)光元件(3-22)相接且用于將第二 微型發(fā)光元件(3-22)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化碳特征譜線的單色光的第二單色器(3-32)、與第三微型發(fā)光元件(3-23)相接且用于將第三微型發(fā)光元件(3-23)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有甲烷特征譜線的單色光的第三單色器(3-33)、與第四微型發(fā)光元件(3-24)相接且用于將第四微型發(fā)光元件(3-24)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有二氧化硫特征譜線的單色光的第四單色器(3-34)、與第五微型發(fā)光元件(3-25)相接且用于將第五微型發(fā)光元件(3-25)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有一氧化碳特征譜線的單色光的第五單色器(3-35)和與第六微型發(fā)光元件(3-26)相接且用于將第六微型發(fā)光元件(3-26)發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有硫化氫特征譜線的單色光的第六單色器(3-36)，相應(yīng)所述光探測器的數(shù)量為六個且分別為用于探測第一單色器(3-31)發(fā)出的單色光的第一光探測器(3-41)、用于探測第二單色器(3-32)發(fā)出的單色光的第二光探測器(3-42)、用于探測第三單色器(3-33)發(fā)出的單色光的第三光探測器(3-43)、用于探測第四單色器(3-34)發(fā)出的單色光的第四光探測器(3-44)、用于探測第五單色器(3-35)發(fā)出的單色光的第五光探測器(3-45)和用于探測第六單色器(3-36)發(fā)出的單色光的第六光探測器(3-46)，相應(yīng)所述信號調(diào)理電路模塊的數(shù)量為六個且分別為與第一光探測器(3-41)相接的第一信號調(diào)理電路模塊(3-51)、與第二光探測器(3-42)相接的第二信號調(diào)理電路模塊(3-52)、與第三光探測器(3-43)相接的第三信號調(diào)理電路模塊(3-53)、與第四光探測器(3-44)相接的第四信號調(diào)理電路模塊(3-54)、與第五光探測器(3-45)相接的第五信號調(diào)理電路模塊(3-55)和與第六光探測器(3-46 )相接的第六信號調(diào)理電路模塊(3-56 )。
3.按照權(quán)利要求1所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述氣固兩相分尚機構(gòu)(1_7)包括氣固兩相分尚機構(gòu)殼體(1_71)和設(shè)置在氣固兩相分尚機構(gòu)殼體(1-71)內(nèi)且用于將氣固兩相分離機構(gòu)殼體(1-71)內(nèi)部空間分隔成粉塵腔(1-73)和氣體腔(1-74)兩部分的粉塵過濾網(wǎng)(1-72)，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的氣體入口和粉塵出口均設(shè)置在位于粉塵腔(1-73)部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體(1-71)上，所述氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的氣體出口設(shè)置在位于氣體腔(1-74)部分的氣固兩相分離機構(gòu)殼體(1-71)上，所述液體輸送導管(1-19)穿過所述氣固兩相分離機構(gòu)殼體(1-71)插入到所述粉塵腔(1-73)內(nèi)且靠近所述粉塵過濾網(wǎng)(1-72)設(shè)置。
4.按照權(quán)利要求1所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，相應(yīng)所述光電計數(shù)器的數(shù)量為三個且分別為用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第一光電計數(shù)器(3-61)、用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第二光電計數(shù)器(3-62)和用于對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒進行計數(shù)的第三光電計數(shù)器(3-63);所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)上設(shè)置有第八微閥(1-85)，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)上設(shè)置有第九微閥(1-86)，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)上設(shè)置有第十微閥(1-87)，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵出口相連通；所述采樣單元(2)包括第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)均與所述采樣單元接口電路模塊(4-4)相 接，所述第八微閥(1-85)與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)的輸出端相接，所述第九微閥(1-86)與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)的輸出端相接，所述第十微閥(1-87)與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)的輸出端相接。
5.按照權(quán)利要求4所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥(1-85)、第九微閥(1-86)和第十微閥(1-87)的數(shù)量均為三個，相應(yīng)所述第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)的數(shù)量均為三個；三個所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、三個所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和三個所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)相互間隔設(shè)置。
6.按照權(quán)利要求4所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一粒徑區(qū)間為0.1 μ m 2.5 μ m，所述第二粒徑區(qū)間為2.5 μ m 10 μ m，所述第三粒徑區(qū)間為10 μ m ~ 100 μ m。
7.按照權(quán)利要求1所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊(4-3)為觸摸式液晶顯示屏，所述無線通信模塊(4-6)為ZIGBEE無線通信模塊(4_6)。
8.按照權(quán)利要求1所述的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器模塊(3-1)的輸入端接有用于對煤礦井下環(huán)境溫度進行檢測的溫度傳感器(3-7)和用于對煤礦井下氣壓進行檢測的氣壓傳感器(3-8 )。
9.一種利用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的微流控煤礦井下空氣監(jiān)測方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、對微流控芯片(I)抽真空:首先，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第一微閥(1-10)、第二微閥(1-14)、第五微閥(1-11)、第六微閥(1-13)和第七微閥(1-15)以及打開第三微閥(1-16)和第四微閥(1-12)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)、第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)、第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)、第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)和第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)以及第三微閥驅(qū)動電路模塊(2-3)和第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)，控制第一微閥(1-10)、第二微閥(1-14)、第五微閥(1-11)、第六微閥(1-13)和第七微閥(1-15)關(guān)閉，并控制第三微閥(1-16)和第四微閥(1-12)打開；然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出啟動微型氣體取樣真空泵(2-12)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊(2-13)，控制微型氣體取樣真空泵(2-12)啟動，對微流控芯片(I)抽真空；抽真空結(jié)束后，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉微型氣體取樣真空泵(2-12)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型氣體取樣真空泵驅(qū)動電路模塊(2-13)，控制微型氣體取樣真空泵(2-12)關(guān)閉； 步驟二、微流控芯片(I)進行氣體采樣:所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第三微閥(1-16)和打開第一微閥(1-10)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第三微閥驅(qū)動電路模塊(2-3)和第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)，控制第三微閥(1-16)關(guān)閉，第一微閥(1-10)打開，微流控芯片(I)開始進行氣體采樣，煤礦井下空氣通過進氣孔(1-1)進入并首先通過輸氣 導管(1-17)輸送到氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)中，再通過輸氣導管(1-17)輸送到多條所述氣體分析微通道中；然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第一微閥(1-10)和第四微閥(1-12)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第一微閥驅(qū)動電路模塊(2-1)和第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)，控制第一微閥(1-10)和第四微閥(1-12)關(guān)閉； 步驟三、微流控芯片(I)中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量分析處理:所述微流控芯片(I)進行氣體采樣過程中，所述主控制器模塊(4-1)輸出開始檢測的控制信號并通過檢測單元接口電路模塊(4-5 )傳輸給微處理器模塊(3-1)，微處理器模塊(3-1)控制多個微型發(fā)光元件開始發(fā)光，多個單色器分別對應(yīng)將多個微型發(fā)光元件發(fā)射的復合光分解為單色光并從中選出具有單種氣體特征譜線的單色光，多個光探測器分別對應(yīng)探測多個單色器發(fā)出的單色光并將探測到的信號分別對應(yīng)輸出給多個信號調(diào)理電路模塊，多個信號調(diào)理電路模塊再將經(jīng)過其處理后的信號輸出給微處理器模塊(3-1)，微處理器模塊(3-1)分別對多個信號調(diào)理電路模塊輸出的信號進行分析處理，得到微流控芯片(I)中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量并通過檢測單元接口電路模塊(4-5)傳輸給主控制器模塊(4-1)；步驟四、粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量分析處理:首先，所述主控制器模塊(4-1)輸出打開第五微閥(1-11)和第七微閥(1-15)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)和第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)，控制第五微閥(1-11)和第七微閥(1-15)打開；然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出啟動微型氣體泵(2-10)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊(2-11)，控制微型氣體泵(2-10)啟動，微型氣體泵(2-10)輸出的高速氣體通過高速氣體輸送導管(1-20)和液體輸送導管(1-19)進入到氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)中，并將氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)中分離出的粉塵通過粉塵輸送導管(1-18)運輸?shù)椒蹓m分散度選擇機構(gòu)(1-8)中；接著，粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒，多個光電計數(shù)器對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒分別進行計數(shù)并輸出給微處理器模塊(3-1)，微處理器模塊(3-1)分別對多個光電計數(shù)器輸出的信號進行分析處理，得到粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量并通過檢測單元接口電路模塊(4-5)傳輸給主控制器模塊(4-1);然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉微型氣體泵(2-10)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型氣體泵驅(qū)動電路模塊(2-11)，控制微型氣體泵(2-10)關(guān)閉；最后，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第五微閥(1-11)和第七微閥(1-15)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)和第七微閥驅(qū)動電路模塊(2-7)，控制第五微閥(1-11)和第七微閥(1-15)關(guān)閉； 步驟五、煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度的分析處理:所述主控制器模塊(4-1)對其接收到的微流控芯片(I)中各條氣體分析微通道的氣體特征光譜吸收量和粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的各個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒數(shù)量進行分析處理，得到煤礦井下空氣中各種氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度，將分析處理結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)存儲電路模塊(4-2)中，并通過無線通信模塊(4-6)發(fā)送給煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)； 步驟六、微流控芯片(I)清洗:首先，所述主控制器模塊(4-1)輸出打開第二微閥(1-14)、第四微閥(1-12)、第五微閥(1-11)和第六微閥(1-13)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)、第四微閥驅(qū)動電路模塊(2-4)、第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)和第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)，控制第二微閥(1-14)、第四微閥(1-12)、第五微閥(1-11)和第六微閥(1-13)打開；然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出啟動微型液體泵(2-8)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊(2-9)，控制微型液體泵(2-8)啟動，微型液體泵(2-8)將儲液器(2-14)內(nèi)的清洗液加壓后通過液體輸送導管(1-19)輸送到氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)中，對氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的粉塵出口流出后通過粉塵輸送導管(1-18)輸送到粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)中，對粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)進行清洗，清洗液從氣固兩相分離機構(gòu)(1-7)的氣體出口流出后通過輸氣導管(1-17)輸送到多條所述氣體分析微通道中，對多條所述氣體分析微通道進行清洗；清洗結(jié)束后，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉微型液體泵(2-8)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給微型液體泵驅(qū)動電路模塊(2-9)，控制微型液體泵(2-8)關(guān)閉，所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第二微閥(1-14)、第五微閥(1-11)和第六微閥(1-13)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4) 分別傳輸給第二微閥驅(qū)動電路模塊(2-2)、第五微閥驅(qū)動電路模塊(2-5)和第六微閥驅(qū)動電路模塊(2-6)，控制第二微閥(1-14)、第五微閥(1-11)和第六微閥(1-13)關(guān)閉。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出的粒徑區(qū)間的數(shù)量為三個且分別為第一粒徑區(qū)間、第二粒徑區(qū)間和第三粒徑區(qū)間，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)包括粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)以及設(shè)置在粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)上的第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)，所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵入口和粉塵出口對稱設(shè)置在所述粉塵分散度選擇機構(gòu)殼體(1-81)上，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)上設(shè)置有第八微閥(1-85)，所述第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)上設(shè)置有第九微閥(1-86)，所述第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)上設(shè)置有第十微閥(1-87)，所述第一粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-82)、第二粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-83)和第三粒徑區(qū)間粉塵顆粒通道(1-84)均與所述粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)的粉塵出口相連通；所述采樣單元(2)包括第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)，所述第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)均與所述采樣單元接口電路模塊(4-4)相接，所述第八微閥(1-85)與所述第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)的輸出端相接，所述第九微閥(1-86)與所述第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)的輸出端相接，所述第十微閥(1-87)與所述第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)的輸出端相接； 步驟四中粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)依次選擇出多個粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒的過程為:首先，所述主控制器模塊(4-1)輸出打開第八微閥(1-85)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)，控制第八微閥(1-85)打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)(1- 8)選擇出第一粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；接著，所述主控制器模塊(4-1)輸出打開第九微閥(1-86)的控制信號并通過米樣單兀接口電路模塊(4-4)傳輸給第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)，控制第九微閥(1-86)打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出第二粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；然后，所述主控制器模塊(4-1)輸出打開第十微閥(1-87)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)傳輸給第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)，控制第十微閥(1-87)打開，粉塵分散度選擇機構(gòu)(1-8)選擇出第三粒徑區(qū)間內(nèi)的粉塵顆粒；在步驟七之后還需所述主控制器模塊(4-1)輸出關(guān)閉第八微閥(1-85)、第九微閥(1-86)和第十微閥(1-87)的控制信號并通過采樣單元接口電路模塊(4-4)分別傳輸給第八微閥驅(qū)動電路模塊(2-15)、第九微閥驅(qū)動電路模塊(2-16)和第十微閥驅(qū)動電路模塊(2-17)，控制第八微閥(1-85 )、第九微閥(1-86 )和第十微閥(1-87 )關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微流控煤礦井下空氣監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括微流控芯片、采樣單元、檢測單元和主控制單元，微流控芯片內(nèi)設(shè)有氣固兩相分離機構(gòu)和粉塵分散度選擇機構(gòu)；采樣單元包括微型液體泵、微型氣體泵和微型氣體取樣真空泵；檢測單元包括微處理器模塊、微型發(fā)光元件、單色器、光探測器、信號調(diào)理電路模塊和光電計數(shù)器；主控制單元包括主控制器模塊和無線通信模塊；其方法包括步驟一、抽真空，二、氣體采樣，三、各氣體分析微通道氣體特征光譜吸收量處理，四、各粒徑區(qū)間內(nèi)粉塵顆粒數(shù)量處理，五、各氣體濃度、粉塵濃度和粉塵分散度處理，六、清洗。本發(fā)明降低了檢測成本，提高了檢測效率，且能獲得更加準確的檢測數(shù)據(jù)，推廣應(yīng)用價值高。
文檔編號G01N35/00GK103197086SQ20131012816
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月13日
發(fā)明者閆小樂, 郝麗梅, 趙省貴, 張濤, 解憂 申請人:西安科技大學