本發(fā)明涉及一種礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及傳感器技術(shù)、激光技術(shù)、光譜分析技術(shù)、信號處理技術(shù)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

煤炭是我國主要能源，約占一次能源70％。煤炭行業(yè)是高危行業(yè)，瓦斯、火災(zāi)、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產(chǎn)。我國煤礦重特大事故死亡人數(shù)，瓦斯事故占66.5％，礦井火災(zāi)、瓦斯煤塵爆炸事故，一氧化碳中毒窒息死亡人數(shù)高達(dá)80％。如果能在礦井爆炸早期實(shí)現(xiàn)探測與抑爆，對及時準(zhǔn)確抑制爆炸，減小爆炸影響范圍，減少人員傷亡，降低瓦斯爆炸造成的損失具有重要意義。目前防治礦井爆炸事故的方法主要是監(jiān)測井下瓦斯?jié)舛?，但瓦斯?jié)舛瘸迌H僅是引起礦井爆炸的必要條件之一，如果不具備瓦斯爆炸的其他條件，即使瓦斯?jié)舛瘸抟膊粫鸨?，而且由于甲烷傳感器安裝于易爆現(xiàn)場附近，當(dāng)爆炸發(fā)生時易造成直接損害，無法再采集數(shù)據(jù)，所以傳統(tǒng)的瓦斯監(jiān)測報(bào)警方式，在爆炸發(fā)生前并不能準(zhǔn)確預(yù)警，在爆炸發(fā)生后也不能準(zhǔn)確報(bào)警，也無法實(shí)現(xiàn)自動抑爆。除瓦斯監(jiān)測法以外，基于煙霧、溫度、震動等特征的瓦斯爆炸監(jiān)測方法也得到了應(yīng)用，但由于監(jiān)測的數(shù)據(jù)及方法仍比較單一，報(bào)警準(zhǔn)確度并不十分理想。因此需要一種新的礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng)，以滿足煤礦安全生產(chǎn)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警與控制系統(tǒng)，可監(jiān)測瓦斯爆炸引起的部分氣體濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、聲音、煙霧、溫度、空氣壓力、震動、聲音、光的變化，根據(jù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)對礦井爆炸進(jìn)行抑制，減小爆炸影響范圍。所述系統(tǒng)主要包括氣體濃度監(jiān)測裝置、微震監(jiān)測裝置、空氣壓力監(jiān)測裝置、爆炸音監(jiān)測裝置、火球監(jiān)測裝置、溫度監(jiān)測裝置、風(fēng)速監(jiān)測裝置、風(fēng)向監(jiān)測裝置、煙霧監(jiān)測裝置、信息處理服務(wù)器、報(bào)警裝置、通信網(wǎng)絡(luò)、抑爆滅火設(shè)備；信息處理服務(wù)器負(fù)責(zé)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲，當(dāng)監(jiān)測到氣體濃度數(shù)據(jù)、微震數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、火球監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)、風(fēng)向數(shù)據(jù)和煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)異常及裝置故障符合報(bào)警條件，則通過報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警，通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送爆炸報(bào)警信息，并通過抑爆滅火設(shè)備進(jìn)行抑爆滅火。

1.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的氣體濃度監(jiān)測裝置為氣體濃度遙感裝置；氣體濃度遙感裝置主要包括激光發(fā)射器、激光接收器、控制處理單元和顯示單元；氣體濃度遙感裝置采用開放氣室，可對環(huán)境中多種氣體濃度進(jìn)行遙感監(jiān)測；氣體濃度遙感裝置具有激光測距功能。

2.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置采用下述方法進(jìn)行不同距離區(qū)域的氣體濃度監(jiān)測：裝置在同一點(diǎn)發(fā)射不同方向的兩束激光，對不同距離的反射點(diǎn)A和B進(jìn)行測量；設(shè)測得反射點(diǎn)A的距離為L_A，氣體平均濃度為M_A，測得反射點(diǎn)B的距離為L_B，氣體平均濃度為M_B，則A點(diǎn)到B點(diǎn)距離區(qū)域的氣體濃度可用近似表示。

3.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置采用下述掃描監(jiān)測方法進(jìn)行掃描監(jiān)測：氣體濃度遙感裝置的激光發(fā)射器發(fā)射不同方向的激光束進(jìn)行氣體濃度和距離監(jiān)測，獲得氣體濃度、距離和發(fā)射方向組成的數(shù)據(jù)序列，經(jīng)處理后得到不同距離區(qū)域的氣體濃度。

4.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置的激光發(fā)射器采用可自動調(diào)節(jié)發(fā)射方向的激光發(fā)射器，控制處理單元以掃描監(jiān)測方式控制激光發(fā)射器發(fā)射方向，進(jìn)行不同方向氣體濃度和距離監(jiān)測。

5.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣激光發(fā)射器通過激光源產(chǎn)生激光，一個激光源可產(chǎn)生用于探測多種氣體的激光。

6.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：激光發(fā)射器通過激光源產(chǎn)生激光，激光發(fā)射器包括多個激光源，每個激光源用于產(chǎn)生探測一種氣體的激光。

7.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置采用下述方法進(jìn)行三維空間區(qū)域的氣體濃度監(jiān)測：氣體濃度遙感裝置在同一點(diǎn)發(fā)射不同方向的激光束對不同距離的反射點(diǎn)進(jìn)行測量，獲得發(fā)射點(diǎn)距各反射點(diǎn)的距離；以發(fā)射點(diǎn)為參考點(diǎn)，對反射點(diǎn)距離和激光發(fā)射方向數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到各反射點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)所有反射點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，獲得三維空間模型，將通過運(yùn)算得到的不同距離區(qū)域的氣體濃度與三維空間模型相對應(yīng)，獲得三維空間區(qū)域的氣體濃度。

8.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置的激光發(fā)射器激光源采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器；可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器受控制處理單元控制，發(fā)出不同波長的激光；激光接收器接收反射回來的激光，將激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，控制處理單元處理電信號，得到相應(yīng)的氣體濃度。

9.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：氣體濃度遙感裝置的激光發(fā)射器可發(fā)出CO、CO₂、O₂、CH₄和NO_X分子吸收峰值的不同波長的激光。

10.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的火球監(jiān)測裝置包括視頻監(jiān)視設(shè)備。

11.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的煙霧監(jiān)測裝置包括視頻監(jiān)視設(shè)備。

12.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的風(fēng)向監(jiān)測裝置和風(fēng)速監(jiān)測裝置包括一體化超聲波風(fēng)向風(fēng)速傳感器。

13.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的抑爆滅火設(shè)備包括惰性氣體噴射設(shè)備。

14.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的抑爆滅火設(shè)備包括巖粉噴射設(shè)備。

15.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)的抑爆滅火設(shè)備包括灑水噴淋設(shè)備。

16.所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括：系統(tǒng)中設(shè)置在爆炸性環(huán)境中的設(shè)備均為防爆型設(shè)備。

附圖說明

圖1礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)組成示意圖。

圖2礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)工作流程圖。

圖3氣體濃度遙感裝置實(shí)施方案1原理示意圖。

圖4氣體濃度遙感裝置實(shí)施方案2原理示意圖。

圖5氣體濃度遙感裝置實(shí)施方式2準(zhǔn)直器排列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6氣體濃度遙感裝置三維空間區(qū)域濃度監(jiān)測示意圖。

圖7氣體濃度遙感裝置工作流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1為礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)組成示意圖，所述系統(tǒng)組成包括：

1.信息處理服務(wù)器(1)：負(fù)責(zé)對各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并監(jiān)測氣體濃度數(shù)據(jù)、微震數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、火球監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)、風(fēng)向數(shù)據(jù)和煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)變化及裝置故障，通過分析數(shù)據(jù)變化和故障信息發(fā)出報(bào)警信號。

2.報(bào)警裝置(2)：由信息處理服務(wù)器控制發(fā)出聲光報(bào)警，與信息處理服務(wù)器通過RS232接口連接通信。

3.監(jiān)控設(shè)備(3)：為生產(chǎn)管理人員提供數(shù)據(jù)查詢和生產(chǎn)監(jiān)控服務(wù)，由信息處理服務(wù)器提供現(xiàn)場數(shù)據(jù),具有警報(bào)顯示和GIS服務(wù)功能。

4.核心交換機(jī)(4)：負(fù)責(zé)所有接入礦用以太網(wǎng)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換，與井下交換機(jī)(5)通過光纖連接，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括核心交換機(jī)(4)、井下交換機(jī)(5)和數(shù)據(jù)分站(6)。

5.井下交換機(jī)(5)：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分站的接入和數(shù)據(jù)交換，通過光纖與各井下交換機(jī)以環(huán)網(wǎng)方式連接。

6.數(shù)據(jù)分站(6)：負(fù)責(zé)各監(jiān)測裝置的接入和數(shù)據(jù)交換，與井下交換機(jī)(5)通過光纖連接。

7.氣體濃度監(jiān)測裝置(7)：采用氣體濃度遙感裝置，采用開放氣室，可對環(huán)境中多種氣體濃度進(jìn)行遙感監(jiān)測，具有激光測距功能。

8.微震監(jiān)測裝置(8)：負(fù)責(zé)采集振動信號，并將信號數(shù)字化，再將數(shù)字化得到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分站(6)，可采用BOSCH數(shù)字式三軸加速度傳感器BMA250，SPI接口輸出通過RS485模塊連接數(shù)據(jù)分站(6)。

9.空氣壓力監(jiān)測裝置(9)：用于監(jiān)測巷道差壓采集空氣壓力數(shù)據(jù)，可采用GPD10型煤礦用負(fù)壓傳感器，通過RS485接口模塊連接數(shù)據(jù)分站(6)。

10.爆炸音監(jiān)測裝置(10)：用于采集監(jiān)測聲音數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到爆炸音則輸出開關(guān)信號到數(shù)據(jù)分站(6)，可采用主要由LM393和駐極體話筒組成的聲音傳感器，可調(diào)節(jié)觸發(fā)靈敏度以監(jiān)測爆炸音。

11.火球監(jiān)測裝置(11)：用于監(jiān)測爆炸產(chǎn)生的火球，可通過攝像機(jī)采集視頻圖像，也可采用紅外線成像儀或紫外線成像儀采集圖像，由視頻圖像識別設(shè)備識別圖像，如在設(shè)定時間間隔內(nèi)高溫或高亮區(qū)域面積超過設(shè)定閾值，則判定為火球，裝置通過網(wǎng)絡(luò)接口連接井下交換機(jī)?？刹捎镁哂兄悄茏R別功能的海康DS-2CD8313PF-E25紅外熱成像網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

12.溫度監(jiān)測裝置(12)：用于監(jiān)測易爆區(qū)域溫度，可采用非接觸式紅外溫度儀DT8012B，通過RS485接口模塊連接數(shù)據(jù)分站(6)。

13.風(fēng)速監(jiān)測裝置(13)：可采用機(jī)械式風(fēng)速傳感器，也可采用一體化超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器，通過交叉超聲波的時間差得到風(fēng)速及風(fēng)向，直接集成風(fēng)向監(jiān)測裝置(13)?？刹捎肏S-FSSB01一體化超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器，通過RS485接口模塊連接數(shù)據(jù)分站(6)。

14.風(fēng)向監(jiān)測裝置(14)：可采用機(jī)械式風(fēng)向傳感器，也可采用一體化超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器。

15.煙霧監(jiān)測裝置(15)：用于監(jiān)測爆炸產(chǎn)生的煙霧，可采用傳統(tǒng)煙霧傳感器，，也可通過攝像機(jī)采集視頻圖像，由視頻圖像識別設(shè)備識別圖像中的煙霧，，如在設(shè)定時間間隔煙霧面積超過設(shè)定閾值，則判定為火球，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接井下交換機(jī)。

16.抑爆滅火設(shè)備(16)：用于抑制爆炸，防止爆炸引起的火災(zāi)，減小爆炸影響范圍，可根據(jù)易爆區(qū)域的環(huán)境和材料特點(diǎn)選擇使用惰性氣體噴射設(shè)備、巖粉噴射設(shè)備或?yàn)⑺畤娏茉O(shè)備。抑爆滅火設(shè)備通過RS485接口與數(shù)據(jù)分站(6)連接通信。

圖2為礦井爆炸監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)工作流程圖：

1.(201)各監(jiān)測裝置采集分別氣體濃度數(shù)據(jù)、微震數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、火球監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)、風(fēng)向數(shù)據(jù)和煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)。微震監(jiān)測裝置(8)、空氣壓力監(jiān)測裝置(9)、爆炸音監(jiān)測裝置(10)、溫度監(jiān)測裝置(12)、風(fēng)速監(jiān)測裝置(13)、風(fēng)向監(jiān)測裝置(14)將采集的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)分站(6)；火球監(jiān)測裝置(11)、煙霧監(jiān)測裝置(15)將數(shù)據(jù)直接送礦用以太網(wǎng)傳輸。

2.(202)數(shù)據(jù)分站(6)接收微震監(jiān)測裝置(8)、空氣壓力監(jiān)測裝置(9)、爆炸音監(jiān)測裝置(10)、溫度監(jiān)測裝置(12)、風(fēng)速監(jiān)測裝置(13)、風(fēng)向監(jiān)測裝置(14)的數(shù)據(jù)，定時將數(shù)據(jù)打包送礦用以太網(wǎng)傳輸。

3.(203)井下交換機(jī)(5)將數(shù)據(jù)分站傳送的數(shù)據(jù)與火球監(jiān)測裝置(11)、煙霧監(jiān)測裝置(15)直接傳送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄系暮诵慕粨Q機(jī)(4)。

4.(204)核心交換機(jī)(4)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⑻幚矸?wù)器。

5.(205)信息處理服務(wù)器(1)對各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并監(jiān)測氣體濃度數(shù)據(jù)、微震數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、火球監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、風(fēng)速數(shù)據(jù)、風(fēng)向數(shù)據(jù)和煙霧監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，并通過定時器判定各監(jiān)測裝置工作狀態(tài)，通過分析數(shù)據(jù)變化和故障信息，如符合報(bào)警條件則通過RS232接口控制報(bào)警裝置(2)和監(jiān)控設(shè)備(3)發(fā)出報(bào)警信號。數(shù)據(jù)異常包括易爆區(qū)域氣體濃度數(shù)據(jù)CO、CO₂、NO_X在設(shè)定時間間隔內(nèi)濃度升高值超過設(shè)定閾值，O₂、CH₄在設(shè)定時間間隔內(nèi)濃度降低值超過設(shè)定閾值(每種氣體的濃度變化異常作為一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)異常)，微震數(shù)據(jù)積分值在設(shè)定時間間隔內(nèi)超過設(shè)定閾值，空氣壓力數(shù)據(jù)在設(shè)定時間間隔內(nèi)升高值超過設(shè)定閾值，監(jiān)測到爆破音，設(shè)定時間間隔內(nèi)監(jiān)測到火球，溫度數(shù)據(jù)在設(shè)定時間間隔內(nèi)升高值超過設(shè)定閾值，風(fēng)速數(shù)據(jù)在設(shè)定時間間隔內(nèi)升高值超過設(shè)定閾值，風(fēng)向在設(shè)定時間間隔內(nèi)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，設(shè)定時間間隔內(nèi)監(jiān)測到煙霧，及傳感器發(fā)生故障，當(dāng)數(shù)據(jù)異常項(xiàng)數(shù)量與傳感器故障數(shù)量的和超過設(shè)定閾值，則判定為發(fā)生爆炸。各監(jiān)測閾值根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境測量設(shè)定或人為設(shè)定得到。

6.(206)報(bào)警裝置(2)接收信息處理服務(wù)器(1)通過RS232接口傳送的報(bào)警控制信號，發(fā)出聲光報(bào)警。

7.(207)監(jiān)控設(shè)備(3)接收信息處理服務(wù)器(1)通過礦用以太網(wǎng)傳送的報(bào)警信號，通過電腦顯示屏顯示爆炸位置。

8.(208)抑爆滅火設(shè)備(16)接收由信息處理服務(wù)器(1)通過礦用以太網(wǎng)傳送給數(shù)據(jù)分站(6)，再由數(shù)據(jù)分站(6)通過RS485接口轉(zhuǎn)發(fā)的控制信號，開啟控制閥門噴射惰性氣體、巖粉或噴淋灑水，進(jìn)行抑爆滅火。

圖3為氣體濃度遙感裝置的具體實(shí)施方式1原理示意圖，主要包括激光發(fā)射器、激光接收器、控制處理單元和顯示單元?？刂铺幚韱卧?fù)責(zé)控制激光發(fā)射器發(fā)射激光；處理激光接收器返回的信號獲得氣體濃度和反射物距離；控制通信接口進(jìn)行通信；控制顯示屏顯示；接收按鍵的操作信號并進(jìn)行相應(yīng)的處理。核心處理器(301)、信號發(fā)生器(302)、鎖相環(huán)放大器(303)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(304)、數(shù)字鑒相器(305)和其它輔助元件；激光發(fā)射器負(fù)責(zé)測距及氣體監(jiān)測的激光信號的發(fā)射，包括激光源(306)和云臺(307)；激光接收器負(fù)責(zé)接收激光信號，將激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，具體組成包括接收透鏡(308)、暗室(309)和光電探測器(310)；通信接口(311)用于監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸；顯示單元負(fù)責(zé)氣體濃度與裝置工作狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示的主要元件為顯示屏(312)。主要元件包括：

1.核心處理器(301)，采用三星S3C2440處理器，S3C2440是基于ARM920T內(nèi)核的微處理器，；S3C2440具有3個UART接口，2個SPI接口，2個USB接口，1個IIC-BUS接口；使用嵌入式Linux平臺實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制通信。

2.信號發(fā)生器(302)，負(fù)責(zé)產(chǎn)生用于控制激光發(fā)射器發(fā)射用于氣體濃度監(jiān)測的調(diào)制鋸齒波控制信號及信號分析用的參考信號，包括DDS發(fā)生器、濾波電路、加法器等多個部分。

3.鎖相環(huán)放大器(303)，采用兩個模塊，分別負(fù)責(zé)提取氣體吸收信號的一次、二次諧波，利用信號與噪聲的互不相關(guān)性來抑制噪聲，提高信噪比，可采用LIA-MV-150鎖相放大器模塊。

4.模數(shù)轉(zhuǎn)換器(304)，負(fù)責(zé)將鎖相放大器解調(diào)出的一次、二次模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，可采用ADS8364 16位多通道A/D轉(zhuǎn)換器芯片，具有6個全差分輸入通道。

5.數(shù)字鑒相器(305)，負(fù)責(zé)處理接收到的測距信號，將接收信號與發(fā)送控制信號進(jìn)行比對，獲得信號間的相位差，并將相位差以數(shù)據(jù)方式通過接口傳送給核心處理器。

6.激光源(306)，采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，可發(fā)出多種波長的激光，用于測量不同氣體濃度，可采用IBSG-TO5TEC系列可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，該可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器集成TEC電流溫度控制半導(dǎo)體元件，用于溫度調(diào)節(jié)，穩(wěn)定激光波長及功率。

7.云臺(307)，用于控制可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(311)的發(fā)射方向和激光接收器的接收方向，可由核心處理器SPI通信端口外接MAX485芯片通過云臺控制協(xié)議控制云臺運(yùn)動，云臺采用攝像機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控云臺，可在水平和垂直方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

8.接收透鏡(308)，負(fù)責(zé)將反射回來的激光聚集至光電探測器。

9.暗室(309)，采用密閉筒型結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁涂吸光材料。

10.光電探測器(310)，負(fù)責(zé)將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號，包括光接收元件和放大電路；光接收元件采用InGaAs PIN光電二極管，放大電路主要元件采用AD603,并聯(lián)兩個電壓跟隨器分別連接鎖相環(huán)放大器(307)和數(shù)字鑒相器(309)。

11.通信接口(311),包括有線通信接口和無線通信接口，有線通信接口的主要芯片采用DM9000，DM9000是完全集成的單芯片以太網(wǎng)MAC控制器，上層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由核心處理器的內(nèi)置Linux驅(qū)動支持。DM9000支持10/100M自適應(yīng)，支持3.3V與5V的電源電壓。DM9000通過網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器接口芯片YL18-1080S連接RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的物理連接進(jìn)行通信；無線通信接口采用標(biāo)準(zhǔn)USB接口的Wifi無線網(wǎng)卡，在系統(tǒng)、USB口驅(qū)動及Wifi無線網(wǎng)卡驅(qū)動程序支持下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)。

12.顯示屏(312)，采用3.5寸彩色LCD屏，分辨率480x800，由Linux自帶顯示驅(qū)動程序驅(qū)動。

13.按鍵(313)，用于氣體濃度遙感裝置參數(shù)及功能設(shè)定及控制，包括確定、返回、上移、下移等功能鍵。

圖4為氣體濃度遙感裝置的具體實(shí)施方式2原理示意圖。實(shí)施方式2與實(shí)施方案1的一個區(qū)別在于采用由多路數(shù)據(jù)選擇器(314)控制的多個不同的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，用于發(fā)射不同波長的激光，激光需通過合光器(315)和光路選擇器和準(zhǔn)直器發(fā)射出去；另一個區(qū)別在于實(shí)施方式2沒有云臺，而采用8個準(zhǔn)直器，每個準(zhǔn)直器指向不同的方向，8個準(zhǔn)直器(317)連接光選路器(316)，光選路器(316)受核心處理器(301)的控制將合光器(315)發(fā)出的激光進(jìn)行選路，將激光從選擇的某路準(zhǔn)直器(317)發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)多路時分復(fù)用。所涉及的元件如下：

1.多路數(shù)據(jù)選擇器(314)，負(fù)責(zé)信號發(fā)生器(305)與多路可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器之間的選通，可采用CD4051BC雙向模擬開關(guān)，由核心處理器(302)的3個I/O口控制選通，1個I/O口控制開關(guān)；COMMON IN/OUT口與信號發(fā)生器(305)連接，4個IN/OUT口分別連接不同可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(311)。

2.激光源(306)，采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，可發(fā)出所監(jiān)測氣體某吸收峰值波長的激光，不同氣體采用不同波長的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，可采用SAF117XS系列蝶形可調(diào)諧半導(dǎo)體可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，該可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器集成TEC電流溫度控制半導(dǎo)體元件。

3.合光器(315)，采用光纖合波器將不同波長的激光合成一束，本裝置各可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器采用分時發(fā)射，所以輸出端在任意時刻最多也只有一個波長的激光輸出。

4.光選路器(316)可采用Vispace 1000 OSS光選路設(shè)備，由核心處理器(302)通過串口控制選路連通。

5.準(zhǔn)直器(317)，控制激光定向發(fā)射而在空間形成的一條光束，采用FC接口光纖激光準(zhǔn)直透鏡。

圖5為氣體濃度遙感裝置實(shí)施方式2準(zhǔn)直器排列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為氣體濃度遙感裝置三維空間區(qū)域濃度監(jiān)測示意圖。設(shè)裝置發(fā)射8束激光，分別在A、B、C、D、E、F、G、H點(diǎn)得到反射，以裝置所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，已知激光投射直線OA與XOY平面的夾角為α，與YOZ平面的夾角為β，則反射點(diǎn)A坐標(biāo)(x_A,y_A,z_A)為同理可得其它各點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)可建立如圖6所示的三維空間模型。在掃描監(jiān)測過程中通過各反射點(diǎn)測得的氣體濃度分別為M_A、M_B、M_C、M_D、M_E、M_F、M_G、M_H，K點(diǎn)為所示空間模型內(nèi)部的任意一點(diǎn)，通過K點(diǎn)垂直于Y軸的平面與AB、DC、EF、HG交點(diǎn)分別為K_AB、K_DC、K_EF、K_HG，其坐標(biāo)分別為(x_AB,y_AB,z_AB)、(x_DC,y_DC,z_DC)、(x_EF,y_EF,z_EF)、(x_HG,y_HG,z_HG)，則K_AB點(diǎn)的氣體濃度K_DC點(diǎn)的氣體濃度K_EF點(diǎn)的氣體濃度K_HG點(diǎn)的氣體濃度通過K點(diǎn)平行于Z軸的直線與K_AB K_DC和K_EF K_HG的交點(diǎn)分別為K_ABCD和K_EFGH，其X軸坐標(biāo)分別為x_KABCD和x_KEFGH，得到K_ABCD點(diǎn)的氣體濃度及K_EFGH點(diǎn)的氣體濃度進(jìn)而得到K點(diǎn)的參考濃度通過以上示例算法可得到三維空間區(qū)域內(nèi)的所有點(diǎn)的氣體濃度。

氣體濃度遙感裝置工作流程如圖7所示：

1.(701)，核心處理器(301)定時啟動一次監(jiān)測掃描過程。

2.(702)，首先進(jìn)行激光測距，核心處理器(301)控制信號發(fā)生器(302)產(chǎn)生10M正弦波信號。

3.(703)，正弦波信號驅(qū)動激光源(306)發(fā)出用于探測距離的激光。實(shí)施方案1正弦波信號直接驅(qū)動可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，實(shí)施方案2正弦波信號需經(jīng)過多路數(shù)據(jù)選擇器(314)選擇通路后，再驅(qū)動相應(yīng)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，再經(jīng)過合光器(315)、光路選路器(316)，由相應(yīng)角度的準(zhǔn)直器(317)發(fā)射出去激光。

4.(704)，測距激光遇到反射物部分激光被反射，接收透鏡(308)收集反射回來的激光聚集至光電探測器(310)，光電探測器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

5.(705)，數(shù)字鑒相器(305)處理接收到的測距電信號，經(jīng)放大、混頻等處理后，獲得與發(fā)送控制信號間的相位差，相位差以數(shù)據(jù)方式通過接口傳送給核心處理器。

6.(706)，核心處理器(301)接收相位差數(shù)據(jù)，根據(jù)相位差獲得裝置與反射物之間的距離。

7.(707)，核心處理器(301)控制信號發(fā)生器發(fā)出50Hz的鋸齒波信號并用50kHz的正弦信號進(jìn)行調(diào)制。

8.(708)，經(jīng)調(diào)制的鋸齒波信號驅(qū)動激光源(306)發(fā)出掃過某一種氣體吸收峰值波長范圍的激光。實(shí)施方案1正弦波信號直接驅(qū)動可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器；實(shí)施方案2正弦波信號需經(jīng)過多路數(shù)據(jù)選擇器(123)選擇相應(yīng)的氣體通路后，再驅(qū)動相應(yīng)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，再經(jīng)過合光器(315)、光路選路器(316)，由相應(yīng)的準(zhǔn)直器(317)發(fā)射出去激光。

9.(709)，激光穿過被測區(qū)域的空氣遇到反射物部分激光被反射，接收透鏡(308)收集反射回來的激光聚集至光電探測器(310)，光電探測器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

10.(710)，鎖相環(huán)放大器(303)接收電信號，并分時接收信號發(fā)生器提供的調(diào)制信號及調(diào)制信號的倍頻信號，經(jīng)處理提取分時得到的一次、二次諧波信號。

11.(711)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(304)將一次、二次諧波信號數(shù)字化。

12.(712)，核心處理器(301)接收一次、二次諧波信號的數(shù)據(jù)，處理得到所經(jīng)光路上的所測氣體的濃度。

13.(713)，判斷是否監(jiān)測完所有種類的氣體，如未監(jiān)測完執(zhí)行(714)，如已監(jiān)測完執(zhí)行(715)。

14.(714)，核心處理器控制轉(zhuǎn)換監(jiān)測另一種氣體濃度，重復(fù)(707)至(712)的氣體濃度測量過程。

15.(715)，判斷是否完成所有角度掃描，如未完成執(zhí)行(716)，如已完成執(zhí)行(717)。

16.(716)，實(shí)施方案1：核心處理器(301)控制云臺(307)帶動激光源(306)和激光接收器轉(zhuǎn)動一個角度；實(shí)施方案2：核心處理器(301)控制多路數(shù)據(jù)選擇器(121)選擇激光源(306)通路，再驅(qū)動相應(yīng)的激光源，再經(jīng)過合光器(315)、光路選路器(316)，由另一個角度的準(zhǔn)直器(317)發(fā)射出去激光。再重復(fù)(702)至(712)測距及氣體濃度監(jiān)測的過程。

17.(717)，核心處理器處理(301)所有角度上獲得的距離和各氣體濃度，獲得不同距離區(qū)域和三維空間區(qū)域的各氣體濃度數(shù)據(jù)

18.(718)，核心處理器處理(301)通過通信接口(311)上傳數(shù)據(jù)，并通過顯示屏(312)顯示數(shù)據(jù)。