本實用新型涉及一種煤礦中用于檢測和傳輸甲烷氣體濃度信息的裝置，尤其是一種礦用本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器。

背景技術(shù)：

煤礦開采過程發(fā)生的安全事故中，瓦斯爆炸是一種常見的后果嚴(yán)重且影響惡劣的事故。甲烷作為瓦斯氣體的主要成分，對其進(jìn)行實時、精確且方便的檢測非常重要?，F(xiàn)有的甲烷傳感器普遍為手持式或者安裝于礦井中的固定位置和其他設(shè)備上，對于體積和質(zhì)量沒有嚴(yán)格限制，因而普遍存在結(jié)構(gòu)和電路復(fù)雜，體積、質(zhì)量大，精度和安全性低等問題，對于類似于煤礦探測機(jī)器人等需要實時檢測不同高度位置甲烷濃度，對傳感器體積、質(zhì)量有嚴(yán)格限制的的礦用移動設(shè)備并不適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備需要實時檢測和傳輸不同高度位置甲烷濃度信息的問題，本發(fā)明提供了一種小型本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器。該變送器測量精度高，結(jié)構(gòu)和電路接口設(shè)計簡單，方便與礦用移動設(shè)備進(jìn)行連接；質(zhì)量和體積小，可以通過簡單的機(jī)構(gòu)實現(xiàn)不同高度位置甲烷濃度的測量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器，包括：紅外甲烷傳感探頭、紅外甲烷變送器電路板、本安外殼、固定板、四芯航空插頭、礦用阻燃屏蔽信號電纜、連接桿；該本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器的紅外甲烷傳感探頭焊接在紅外甲烷變送器電路板上；紅外甲烷變送器電路板通過螺栓和螺柱固定在固定板的一面；固定板與本安外殼通過螺栓連接，固定板的另一面安裝有四芯航空插頭；四芯航空插頭的母頭端通過四根導(dǎo)線連接到紅外甲烷變送器電路板上的接口P1上，四芯航空插頭公頭端與礦用阻燃屏蔽信號電纜連接，本安外殼的最前端固定安裝有連接桿，連接桿通過簡單機(jī)構(gòu)與礦用移動設(shè)備連接，實現(xiàn)不同高度甲烷濃度的測量。

所述的紅外甲烷傳感探頭的型號為MSHia-P/HR/5/V/P，其有5個引腳，分別為：引腳1-VCC、引腳2-GND、引腳3-TX、引腳4-RX以及引腳5-OUTPUT；其中引腳1-VCC與電源轉(zhuǎn)換模塊ASM117-3.3的引腳2連接；引腳2-GND與P1接口GND連接；引腳3-TX、引腳4-RX分別與信號電平轉(zhuǎn)換模塊MAX3232引腳11、12連接，引腳5-OUTPUT懸空；所述的紅外甲烷傳感探頭功能是完成測量范圍為（0.00～100.00）％CH4的測量。

所述的紅外甲烷變送器電路板由電源轉(zhuǎn)換模塊、信號電平轉(zhuǎn)換模塊組成。

所述的電源轉(zhuǎn)換模塊采用ASM1117-3.3芯片，SOT-223封裝；該芯片有三個引腳，分別為引腳1-GND，引腳2-OUTPUT，引腳3-電源+5V；其中引腳1-GND、引腳3-接電源+5V后，再分別與P1接口引腳1+5V、引腳2GND連接；其引腳2-OUTPUT并聯(lián)10uf的極性電容C1和0.1uf的電容C2后接地，引腳2-OUTPUT輸出電源VCC；所述電源轉(zhuǎn)換模塊功能是實現(xiàn)外接5V電源轉(zhuǎn)換為3.0-3.5V電平，為紅外甲烷傳感探頭和數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換芯片U2供電。

所述的信號電平轉(zhuǎn)換模塊由MAX3232轉(zhuǎn)換芯片U2，SO-16封裝；該芯片的引腳1與引腳3之間以及引腳4與引腳5之間連接有0.1uf的匹配電容；引腳2以及引腳6分別與0.1uf的匹配電容連接后，分別與VCC和GND連接；所述的信號電平轉(zhuǎn)換模塊的功能是實現(xiàn)紅外甲烷傳感探頭與外接數(shù)字信號的TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換。

所述的紅外甲烷變送器電路板2上留有4個引腳VCC、GND、RX、TX，分別與紅外甲烷傳感探頭對應(yīng)的引腳VCC、GND、RX、TX焊接在一起。四芯航空插頭母頭端通過四根導(dǎo)線焊接到紅外甲烷變送器電路板的P1接口對應(yīng)的引腳+5V、GND、SRx、STx，通過四芯航空插頭公頭端與礦用阻燃屏蔽信號電纜的四根線：電源5V+，電源5V-，Rx，Tx連接，完成電路板供電和信號傳輸。

本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器的安裝和使用：煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備通過簡單的連桿機(jī)構(gòu)與變送器的連接桿7連接，通過控制連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動實現(xiàn)不同高度甲烷濃度的測量；煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備或其他具有串口的通信終端通過輸出本安電源向變送器供電，通過RS232數(shù)字信號向變送器發(fā)送讀取甲烷濃度、傳感器校零及校準(zhǔn)靈敏度命令，實現(xiàn)實時檢測甲烷濃度的功能。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器，測量精度高，測量范圍廣且性能穩(wěn)定。外部接口兩根電源線和兩根串行通信線，結(jié)構(gòu)簡單，通過煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備輸出的本安電源和串行通信線可以方便的連接。利用煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備的控制終端發(fā)送讀取命令，實現(xiàn)甲烷濃度信息實時讀取和顯示及報警；結(jié)構(gòu)簡單新穎，造型小質(zhì)量輕，可以滿足煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備實現(xiàn)不同高度位置的甲烷濃度的實時測試和傳輸。

附圖說明

圖1為安全型紅外甲烷變送器結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為紅外甲烷變送器電路板原理圖。

圖3為紅外甲烷變送器電路板PCB圖。

圖中，1.紅外甲烷傳感探頭、2.紅外甲烷變送器電路板、3.本安外殼、4.固定板、5.四芯航空插頭、6.礦用阻燃屏蔽信號電纜、7.連接桿。

具體實施方式

在圖中，本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器，包括：紅外甲烷傳感探頭1、紅外甲烷變送器電路板2、本安外殼3、固定板4、四芯航空插頭5、礦用阻燃屏蔽信號電纜6、連接桿7；該本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器的紅外甲烷傳感探頭1焊接在紅外甲烷變送器電路板2上；紅外甲烷變送器電路板2通過螺栓和螺柱固定在固定板4的一面；固定板4與本安外殼3通過螺栓連接，固定板4的另一面安裝有四芯航空插頭5；四芯航空插頭5的母頭端通過四根導(dǎo)線連接到紅外甲烷變送器電路板2上的接口P1上，四芯航空插頭5公頭端與礦用阻燃屏蔽信號電纜6連接，本安外殼3的最前端固定安裝有連接桿7，連接桿7通過簡單機(jī)構(gòu)與礦用移動設(shè)備連接，實現(xiàn)不同高度甲烷濃度的測量。

所述的紅外甲烷傳感探頭1的型號為MSHia-P/HR/5/V/P，其有5個引腳，分別為：引腳1-VCC、引腳2-GND、引腳3-TX、引腳4-RX以及引腳5-OUTPUT；其中引腳1-VCC與電源轉(zhuǎn)換模塊ASM117-3.3的引腳2連接；引腳2-GND與P1接口GND連接；引腳3-TX、引腳4-RX分別與信號電平轉(zhuǎn)換模塊MAX3232引腳11、12連接，引腳5-OUTPUT懸空；所述的紅外甲烷傳感探頭功能是完成測量范圍為（0.00～100.00）％CH4的測量。

所述的紅外甲烷變送器電路板2由電源轉(zhuǎn)換模塊、信號電平轉(zhuǎn)換模塊組成。

所述的電源轉(zhuǎn)換模塊采用ASM1117-3.3芯片，SOT-223封裝；該芯片有三個引腳，分別為引腳1-GND，引腳2-OUTPUT，引腳3-電源+5V；其中引腳1-GND、引腳3-接電源+5V后，再分別與P1接口引腳1+5V、引腳2GND連接；其引腳2-OUTPUT并聯(lián)10uf的極性電容C1和0.1uf的電容C2后接地，引腳2-OUTPUT輸出電源VCC；所述電源轉(zhuǎn)換模塊功能是實現(xiàn)外接5V電源轉(zhuǎn)換為3.0-3.5V電平，為紅外甲烷傳感探頭1和數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換芯片U2供電。

所述的信號電平轉(zhuǎn)換模塊由MAX3232轉(zhuǎn)換芯片U2，SO-16封裝；該芯片的引腳1與引腳3之間以及引腳4與引腳5之間連接有0.1uf的匹配電容；引腳2以及引腳6分別與0.1uf的匹配電容連接后，分別與VCC和GND連接。所述的信號電平轉(zhuǎn)換模塊的功能是實現(xiàn)紅外甲烷傳感探頭1與外接數(shù)字信號的TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換。

所述的紅外甲烷變送器電路板2上留有4個引腳VCC、GND、RX、TX，分別與紅外甲烷傳感探頭1對應(yīng)的引腳VCC、GND、RX、TX焊接在一起。四芯航空插頭5母頭端通過四根導(dǎo)線焊接到紅外甲烷變送器電路板2的P1接口對應(yīng)的引腳+5V、GND、SRx、STx，通過四芯航空插頭5公頭端與礦用阻燃屏蔽信號電纜6的四根線：電源5V+，電源5V-，Rx，Tx連接，完成電路板供電和信號傳輸。

一種礦用本質(zhì)安全型紅外甲烷變送器的安裝和使用：煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備通過簡單的連桿機(jī)構(gòu)與變送器的連接桿7連接，通過控制連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動實現(xiàn)不同高度甲烷濃度的測量；煤礦探測機(jī)器人等礦用移動設(shè)備或其他具有串口的通信終端通過輸出本安電源向變送器供電，通過RS232數(shù)字信號向變送器發(fā)送讀取甲烷濃度、傳感器校零及校準(zhǔn)靈敏度命令，實現(xiàn)實時檢測甲烷濃度的功能。