回波反射式激光甲烷遙測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種回波反射式激光甲烷遙測儀，包括供電單元、LD激光器、激光器控制電路、設置于LD激光器前的凸透鏡、探測器以及信號檢測電路，所述信號檢測電路包括依次連接的PD光電接收檢測模塊、濾波放大模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊。本回波反射式激光甲烷遙測儀通過激光器發(fā)出的激光照射目標區(qū)域，探測器收集探測含有甲烷濃度信息的反射激光信號的方式，使得本甲烷遙測儀能夠檢測任何區(qū)域的甲烷濃度信息，實現(xiàn)了煤礦井下全方位的甲烷濃度檢測，又通過信號檢測電路分析探測器探測的信號方式，得出目標區(qū)域的甲烷濃度信息，從而解決了現(xiàn)有甲烷檢測儀器不能夠對礦區(qū)井下進行全面的甲烷濃度檢測，造成一定的安全隱患的問題。
【專利說明】回波反射式激光甲烷遙測儀

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體檢測領域，具體而言，涉及一種回波反射式激光甲烷遙測儀。

【背景技術】
[0002]在礦井下，甲烷濃度過大容易引起爆炸，也會導致空氣中氧氣濃度降低，影響井下作業(yè)人員的健康、生命安全，因此對礦井下空氣中的甲烷濃度檢測顯得尤為重要。我國礦用甲烷濃度檢測儀器大部分采用的是固定式的檢測儀器，但是固定式的檢測儀器只能進行定點監(jiān)測，無法安裝到采空區(qū)、工作面上隅角等甲烷氣體易聚集的區(qū)域，不能夠對礦區(qū)井下各區(qū)域進行全面的甲烷濃度檢測，造成了一定的安全隱患。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種回波反射式激光甲烷遙測儀，以解決不能夠對礦區(qū)井下各區(qū)域進行全面的甲烷濃度檢測的問題。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0005]一種回波反射式激光甲烷遙測儀，包括供電單元、LD激光器、激光器控制電路、設置于LD激光器前的凸透鏡、信號探測器、信號檢測電路以及控制單元，所述激光器控制電路包括電流控制模塊和溫度控制模塊，且所述電流控制模塊和所述溫度控制模塊分別與所述LD激光器連接，所述信號檢測電路包括依次連接的H)光電接收檢測模塊、濾波放大模塊、A/D轉換模塊，所述信號探測器與所述H)光電接收器連接，所述A/D轉換模塊與所述控制單元連接，所述控制單元還連接有數(shù)據(jù)顯示單元、警報器以及無線信號發(fā)射單元。
[0006]進一步，所述無線信號發(fā)射單元還與礦井監(jiān)控設備連接。本甲烷遙測儀所設置的無線信號發(fā)射單元，通過井下的多個無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點與礦井監(jiān)控設備連接，因此當本甲烷遙測儀檢測出甲烷濃度信息后，能夠通過無線網(wǎng)絡把甲烷濃度信息發(fā)送至礦井監(jiān)控設備，并進行儲存，以用于后期數(shù)據(jù)分析。同時，當本甲烷遙測儀檢測到某區(qū)域甲烷濃度值超標時，通過無線信號發(fā)射單元立刻向礦井監(jiān)控設備發(fā)出危險警報信號，避免當井下甲烷濃度值超標后，礦井監(jiān)控設備因無法及時獲取甲烷超標信息，而沒有及時發(fā)出危險警報，而給井下工作人員帶來危險。
[0007]進一步地，所述回波反射式激光甲烷遙測儀還包括氧濃度檢測單元，所述氧濃度檢測單元包括探頭和檢測模塊，所述檢測模塊與所述控制單元連接。當空氣中的甲烷較多時，會使空氣中氧含量明顯降低，氧含量較低可引起人體頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中，甚至是窒息。檢測空氣中的氧濃度，能夠在一定程度上反映出空氣中的甲烷含量是否超標，同時也避免井下作業(yè)人員因氧含量較低而損害健康。
[0008]進一步地，所述回波反射式激光甲烷遙測儀還包括數(shù)據(jù)存儲器，且所述數(shù)據(jù)存儲器與所述控制單元連接。分析數(shù)據(jù)存儲器儲存所測定的甲烷濃度數(shù)據(jù)，能夠總結出甲烷濃度值的變動情況，從而能夠對可能出現(xiàn)甲烷濃度超標的的區(qū)域作出提前預警。
[0009]進一步地，所述供電單元包括可充電鋰電池?？沙潆婁囯姵啬軌蜻M行重復利用，能夠節(jié)約更多的資源。
[0010]本實用新型實現(xiàn)的技術效果:
[0011]本實用新型提供的一種回波反射式激光甲烷遙測儀，通過激光器發(fā)出的激光照射目標區(qū)域，探測器收集探測含有甲烷濃度信息的反射激光信號的方式，使得本甲烷遙測儀能夠檢測任何區(qū)域的甲烷濃度信息，實現(xiàn)了煤礦井下全方位的甲烷濃度檢測，又通過信號檢測電路分析探測器探測的信號方式，得出目標區(qū)域的甲烷濃度信息。本實用新型提供的一種回波反射式激光甲烷遙測儀結構簡單，便于手持攜帶，可對井下任何區(qū)域進行甲烷濃度檢測，從而解決了現(xiàn)有固定式甲烷檢測儀器不能夠對礦區(qū)井下進行全面的甲烷濃度檢測的問題，消除了安全隱患，保障了井下作業(yè)人員的生命安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型提供的回波反射式激光甲烷遙測儀的結構框圖。

【具體實施方式】
[0013]下面通過具體的實施例子并結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。
[0014]請參閱圖1，本實用新型提供的一種回波反射式激光甲烷遙測儀，包括供電單元、LD激光器、激光器控制電路、設置于LD激光器前的凸透鏡、探測器以及信號檢測電路。
[0015]在甲烷的近紅外光譜吸收譜線中，1653.72nm是其吸收峰中最強的波長，為了使最終檢測的甲烷濃度更為精確，需要激光器控制電路控制LD激光器發(fā)射激光的波長，并且使激光器處于較為穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即能夠穩(wěn)定的發(fā)出所需波長的激光。本實施例中，激光器控制電路包括電流控制模塊和溫度控制模塊。其中，電流控制模塊的調制系數(shù)約為0.01nm/mA，溫度控制模塊的調制系數(shù)約為0.lnm/°C，即溫度調制TC相當于電流調制1mA0因此，溫度控制模塊能夠在較大的范圍內調節(jié)激光器的激光波長，而通過電流控制模塊能夠在比較小的范圍內對激光器的激光波長進行精確調節(jié)。在具體的調節(jié)過程中，可以先將激光波長控制在1653.7nm，這樣保證激光波長處在甲烷吸收峰峰值附近，然后，通過電流控制模塊對激光波長進行更加精確的調制，此時激光波長調制范圍為±0.2nm，相應的，激光波長的變化范圍為1653.5nm-1653.9nm，在電流掃描范圍內激光波長必然會經(jīng)過吸甲烷收峰峰值1653.72nm處，保證了激光器波長的最佳吸收效果。所以，通過電流控制模塊和溫度控制模塊相互配合，能夠把激光器發(fā)出的激光的波長調節(jié)到較精確的值，以利于最終獲取更為精確甲烷濃度信息。
[0016]當激光穿過含有甲烷的目標區(qū)域時，激光的光分子會被甲烷氣體吸收，且甲烷濃度越高被吸收的分子越多，因此反射回來的激光攜帶有甲烷濃度信息。為了使反射回來且?guī)в屑淄闈舛刃畔⒌募す饽軌虮辉O置于本甲烷遙測儀的探測器所接收到，在LD激光器的前端設置有凸透鏡，當反射回來的激光經(jīng)過凸透鏡的兩次折射后，能夠被探測器成功接收到。
[0017]當探測器收集到激光信號后，把該激光信號傳遞到信號檢測電路，以利用該激光信號攜帶的信息分析出目標區(qū)域的甲烷濃度值。為了能夠準確的分析出甲烷濃度值，信號檢測電路包括依次連接的ro光電接收檢測模塊、濾波放大模塊以及數(shù)據(jù)轉換模塊。探測器所傳遞過來的信號首先經(jīng)過ro光電接收檢測模塊，轉換成模擬電信號，ro光電接收檢測模塊再把該模擬電信號傳遞到濾波放大模塊，過濾掉信號中的噪聲干擾信號，且把過濾后的模擬電信號進行信號放大，接著把放大后的模擬電信號傳遞到數(shù)據(jù)轉換模塊，轉換成表示甲烷濃度信息的數(shù)字電信號，并最終把數(shù)字電信號傳遞到控制單元。
[0018]而與控制單元相連接的還有數(shù)據(jù)顯示單元、警報器以及無線信號發(fā)射單元。其中，設置無線信號發(fā)射單元，是為了能夠通過無線網(wǎng)絡把檢測的甲烷濃度信息發(fā)送至礦井監(jiān)控設備，并進行儲存，以用于后期數(shù)據(jù)分析。當本甲烷遙測儀檢測到某區(qū)域甲烷濃度值超標時，通過無線信號發(fā)射單元立刻向礦井監(jiān)控設備發(fā)出危險警報信號，避免當井下甲烷濃度值超標后，礦井監(jiān)控設備因無法及時獲取甲烷超標信息，而沒有及時發(fā)出危險警報，而給井下工作人員帶來危險。
[0019]為了進一步檢測甲烷濃度值，在本甲烷遙測儀中，還設置有氧濃度檢測單元，氧濃度檢測單元包括用于探測氧的探頭和氧濃度分析的檢測模塊，檢測模塊與控制單元連接。當空氣中的甲烷較多時，會使空氣中氧含量明顯降低，因此檢測空氣中的氧濃度，能夠在一定程度上反映出空氣中的甲烷含量是否有增加的可能。
[0020]為了便于甲烷遙測儀的使用者查看所測定的數(shù)據(jù)，本甲烷遙測儀還設置有數(shù)據(jù)儲存模塊。
[0021]需要說明的是，本回波反射式激光甲烷遙測儀在使用過程中，會消耗一定量的電能，而為了起到節(jié)能、環(huán)保的效果，本甲烷遙測儀的供電單元設置有可充電鋰電池。
[0022]需要說明的是，本實施例中，所提到的甲烷超標，是指超過國家制定的井下甲烷濃度安全值，即煤礦礦井中甲烷濃度不超過I %。
[0023]需要說明的是，本實施例中，所提到的礦井監(jiān)控設備，為煤礦所現(xiàn)有的監(jiān)控設備，且該監(jiān)控設備具有網(wǎng)絡接入功能。
[0024]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種回波反射式激光甲烷遙測儀，其特征在于，包括供電單元、LD激光器、激光器控制電路、設置于LD激光器前的凸透鏡、信號探測器、信號檢測電路以及控制單元，所述激光器控制電路包括電流控制模塊和溫度控制模塊，且所述電流控制模塊和所述溫度控制模塊分別與所述LD激光器連接，所述信號檢測電路包括依次連接的H)光電接收檢測模塊、濾波放大模塊、A/D轉換模塊，所述信號探測器與所述H)光電接收器連接，所述A/D轉換模塊與所述控制單元連接，所述控制單元還分別連接有數(shù)據(jù)顯示單元、警報器以及無線信號發(fā)射單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的回波反射式激光甲烷遙測儀，其特征在于，所述無線信號發(fā)射單元還與礦井監(jiān)控設備連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的回波反射式激光甲烷遙測儀，其特征在于，所述回波反射式激光甲烷遙測儀還包括氧濃度檢測單元，所述氧濃度檢測單元包括探頭和檢測模塊，所述檢測模塊與所述控制單元連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的回波反射式激光甲烷遙測儀，其特征在于，所述回波反射式激光甲烷遙測儀還包括數(shù)據(jù)存儲器，且所述數(shù)據(jù)存儲器與所述控制單元連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的回波反射式激光甲烷遙測儀，其特征在于，所述供電單元包括可充電鋰電池。
【文檔編號】G01N21/17GK204177730SQ201420513236
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權日:2014年9月5日
【發(fā)明者】高昊, 周海坤, 劉鵬 申請人:煤科集團沈陽研究院有限公司