專利名稱：瓦斯自動監(jiān)測報警礦燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及礦井用礦燈。
目前礦井采用固定式或便攜式“瓦斯監(jiān)測儀”，如AJ－85、85B型等。這類儀器需專人操作，定點或巡回進行監(jiān)測報警。其缺點是監(jiān)測復(fù)蓋面窄、機動性較差，抗H2S中毒和抗CH4高濃度能力差，不適宜在H2S含量和CH4濃度超過允許值的場合使用，可靠性較差。
本實用新型的目的是提供一種可靠性好的瓦斯自動監(jiān)測報警礦燈。本礦燈在正常照明時，能自動對瓦斯?jié)舛冗M行定時監(jiān)測，在達到或超過限定濃度值時實現(xiàn)自動、連續(xù)報警。
本實用新型的技術(shù)方案如下

圖1為外形圖，圖2為本實用新型中的自動監(jiān)測報警裝置的電路原理框圖，圖3為實施例的電路原理圖。
本實用新型在現(xiàn)有礦燈的基礎(chǔ)上進行改進，包括電源〔1〕、燈頭〔2〕和電源線〔3〕，燈頭上有燈泡〔4〕，電源線連通燈泡和電源，電源線路上有自動斷電裝置〔5〕及開關(guān)，參見圖2。改進的方案是增設(shè)瓦斯自動監(jiān)測報警裝置〔6〕，照明燈泡〔4〕兼作報警信號燈，燈泡閃光為報警狀態(tài)，參見圖1。
所述瓦斯自動監(jiān)測報警裝置〔6〕的電路由穩(wěn)壓器〔7〕、定時采樣開關(guān)電路〔8〕、瓦斯傳感器〔9〕、氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕、燈泡控制電路〔11〕組成，線路上設(shè)有過溫熔斷器〔12〕，各部邊線方式見圖2。工作原理是穩(wěn)壓器實現(xiàn)對電路穩(wěn)壓；定時采樣開關(guān)根據(jù)標(biāo)定的時間實現(xiàn)對瓦斯傳感器定時進行監(jiān)測以及在瓦斯?jié)舛冗_到或超過限定值時連續(xù)采樣、連續(xù)輸出信號的自動控制；瓦斯傳感器定時采樣并輸出“氣”信號，氣電信號轉(zhuǎn)換電路將瓦斯傳感器輸入的“氣”信號轉(zhuǎn)換為“電”信號并進行比較，比較后的信號輸入燈泡控制電路，燈泡控制電路根據(jù)比較后的信號，控制燈泡的正常照明和閃光報警。正常情況下，燈泡照明，燈泡控制電路可抑制燈泡冷態(tài)通電瞬時大電流，節(jié)約電池能量，延長燈泡、電池的使用壽命；當(dāng)氣電信號轉(zhuǎn)換電路輸入需報警的信號時，則控制燈泡連續(xù)閃光而報警。直至作業(yè)人員撤離現(xiàn)場或瓦斯氣體含量處限定值以下時停止報警。過溫熔斷器實現(xiàn)工作時的過溫保護，以提高可靠性。本實用新型采用定時采樣，較連續(xù)采樣比，在瓦斯?jié)舛忍幭薅ㄖ狄韵聲r，可節(jié)約電池電能。
瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的電路進一步說明如下，參見圖3。
定時采樣開關(guān)電路〔8〕由定時方波發(fā)生器〔13〕。開關(guān)電路〔14〕、傳感器加熱電極穩(wěn)壓器〔15〕和鎖定電路〔16〕組成。定時方波發(fā)生器按標(biāo)定時間自動輸出高、低電平時間常數(shù)的定時方波，開關(guān)電路受定時方波的控制而定時開啟和關(guān)閉，以控制瓦斯傳感器定時進行采樣；傳感器加熱電極穩(wěn)壓器保持傳感器電極(e－g)上的電壓不隨電池電壓變化；鎖定電路輸入端接氣電信號轉(zhuǎn)換電路輸出端，其輸出端控制開關(guān)電路，控制瓦斯傳感器由定時采樣轉(zhuǎn)為連續(xù)采樣，連續(xù)輸出超濃度“氣”信號，使之連續(xù)報警，以保證監(jiān)測報警的連續(xù)性和可靠性。
氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕由轉(zhuǎn)換電橋〔17〕、觸發(fā)器〔18〕和信號比較器〔19〕組成。轉(zhuǎn)換電橋?qū)崿F(xiàn)“氣電”信號轉(zhuǎn)換，輸出端接觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出端接信號比較器，觸發(fā)器觸發(fā)電信號，該信號經(jīng)比較器比較后而輸出低或高電平信號。信號比較器的輸出端為氣電信號轉(zhuǎn)換電路輸出端。
燈泡控制電路〔11〕由方波發(fā)生器〔20〕和抑制開關(guān)電路〔21〕組成。方波發(fā)生器根據(jù)氣電信號轉(zhuǎn)換電路輸入的低或高電平信號，產(chǎn)生相應(yīng)信號的方波，調(diào)制抑制開關(guān)電路的工作狀態(tài)，使燈泡處正常照明或報警狀態(tài)。方波發(fā)生器輸入端接氣電信號轉(zhuǎn)換電路，輸出端接抑制開關(guān)電路。
實施例。實施例的外形見圖1，瓦斯自動監(jiān)測報警裝置〔6〕裝于燈頭〔2〕上，通過盒體〔22〕與燈頭〔2〕連接，盒體上有氣窗〔23〕，線盒〔24〕裝于盒體內(nèi)，用線盒卡塊〔25〕卡住，卡塊裝于燈頭掛勾〔26〕上；瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的電路原理圖見圖3。
穩(wěn)壓器〔7〕由限流電阻R1、分壓調(diào)整電阻R2、R3和IC1組成，具有溫度自動補償、穩(wěn)壓精密、可調(diào)功能，當(dāng)電池電壓從4.6伏降至3.5伏時，輸出高程定電壓，為保證監(jiān)測精度和一致性提供條件。
定時采樣開關(guān)電路〔8〕中的定時方波發(fā)生器〔13〕由C1、R4、R5、R6、R7和低功耗、單電運、低電壓工作的四運算IC2－A組成，可輸出高、低電平時間常數(shù)各為90秒(±5秒)的定時方波；開關(guān)電路〔14〕由T1、T2和限流電阻R8、R11、負(fù)載電阻R9組成，受定時方波信號控制，該開關(guān)電路的開、關(guān)時間各為90秒，控制瓦斯傳感器在8小時工作時間內(nèi)對CH4氣體采樣160次；傳感器加熱電極穩(wěn)壓器〔15〕由R12、R13、R14和具有溫度自動補償、穩(wěn)壓精密可調(diào)的IC3組成，受T2控制，工作于開、關(guān)狀態(tài)，它的開、關(guān)即控制瓦斯傳感器采樣的開始和停止；鎖定電路〔16〕由IC2－B、T3和限流電阻R10、R15組成，根據(jù)報警信號的發(fā)生來鎖定開關(guān)電路處連續(xù)開啟狀態(tài)。
瓦斯傳感器〔9〕為新型復(fù)合氧化物多晶粉未燒結(jié)式瓦斯專用傳感器，對HC4氣體靈敏，抗干擾能力強，抗H2S中毒和高濃度HC4能力強。
氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕中的轉(zhuǎn)換電橋〔17〕由瓦斯傳感器信號電極的等效電阻Rf－g和R16、R17、R18、R19、W1組成，為惠司登電橋，取R16＋R17＝Rf－g、R18＝R19時，電位器W1用于HC4百分比濃度報警限定值調(diào)整，并兼作報警微調(diào)，本實施例對HC4含量為0.5％～2.5％的報警精度為±0.1；觸發(fā)器〔18〕由IC2－C和反饋電阻R20組成，觸發(fā)器輸出端與電橋一臂R16、R17連點之間設(shè)置R20，可提高監(jiān)測靈敏度、精度一致性和報警可靠性；信號比較器〔19〕由T4和限流電阻R21、負(fù)載電阻R22組成，觸發(fā)后的信號經(jīng)比較，則輸出低或高電平信號(4d)。
燈泡控制電路〔11〕中的方波發(fā)生器〔20〕由IC2－D、C2R23、R24、R25、R26組成。方波發(fā)生器接收前置電路輸出的電平信號4d，4d為低電平時不工作，為高電平時，輸出頻率為3±0.5Hz方波；抑制開關(guān)電路〔21〕由T5和柵偏電阻R27、R28、耦合電容C3組成，本實施例T5為NMOS型場效應(yīng)功率管，也可用其他雙極型功率晶體管代替，有自動限流能力，推動功率極小，當(dāng)導(dǎo)通電阻很小時，管耗極小、節(jié)能、可靠。當(dāng)4d為低電平時，方波發(fā)生器不工作，該抑制開關(guān)電路中的R27取負(fù)溫度系數(shù)值大的電阻，冷態(tài)下與R28的阻值相近，T5柵偏電壓低，未飽和，流過燈泡的大電流得到抑制；隨著電流流過R27，自身發(fā)熱，阻值迅速下降，柵偏電壓迅速上升，T5處飽和導(dǎo)通狀態(tài)，燈泡〔4〕正常照明；當(dāng)4d為高電平時，T5受IC2－D輸出的方波控制，工作在開／關(guān)狀態(tài)，燈泡〔4〕閃光報警。
綜所述，當(dāng)HC4濃度低于報警限定值時，Rf－g阻值較大，轉(zhuǎn)換電橋輸出高電平，維持4a＞4d，4C保持高電平而使T4導(dǎo)通，4d為低電平，IC2－D不工作，T5不受調(diào)制，燈泡正常照明；同時，IC2－B正端為低電平，同相跟隨器輸出低電平，T3截止，對開關(guān)電路不起鎖定作用。當(dāng)HC4濃度達報警值時，Rf－g阻值下降，轉(zhuǎn)換電橋的高電平下降，使4b＞4a，4C輸出低電平，通過R20反饋，維持4b＞4a，4C保持低電平，T4截止，4d為高電平，4d為高電平時，一是使鎖定電路中的IC2－B翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，T3導(dǎo)通，此時T2不受T1的開關(guān)控制而是連續(xù)導(dǎo)通并鎖定，使瓦斯傳感器由定時采樣轉(zhuǎn)為連續(xù)采樣；二是使IC2－D輸出低頻方波而調(diào)制T5工作于開／關(guān)狀態(tài)，燈泡由照明變?yōu)殚W光而報警。由于瓦斯傳感器已為連續(xù)采樣，IC2－D連續(xù)輸出方波，則燈泡連續(xù)閃光報警。
實施例中的IC2－A至IC2－D為LM324型號，IC1和IC3型號為TL431N，T5為BUZ－7型號，其他主要元件型號和參數(shù)由圖3中給出。
本實用新型在正常情況下采取定時采樣監(jiān)測，在瓦斯?jié)舛瘸薅ㄖ禃r，則轉(zhuǎn)為連續(xù)采樣監(jiān)測、報警，既可節(jié)能，又能滿足監(jiān)測報警要求，保證監(jiān)測報警的連續(xù)性和一致性；設(shè)有燈泡冷態(tài)瞬時大電流抑制電路，既可節(jié)能，同時可延長燈泡、電源的使用壽命。瓦斯監(jiān)測報警準(zhǔn)確、可靠，使用方便。
權(quán)利要求1.一種瓦斯自動監(jiān)測報警礦燈，包括電源[1]、燈頭[2]、電源線[3]，所述的燈頭上有燈泡[4]，電源線連通燈泡和電源，電源線路上有自動斷電裝置[5]及開關(guān)，其特征是有瓦斯自動監(jiān)測報警裝置[6]，該裝置的電路一端接電源，另一端接自動斷電裝置[5]及燈泡，燈泡[4]兼作報警信號燈，所述的瓦斯自動監(jiān)測報警裝置[6]電路由穩(wěn)壓器[7]、定時采樣開關(guān)電路[8]、瓦斯傳感器[9]、氣電信號轉(zhuǎn)換電路[10]、燈泡控制電路[11]組成，線路上有過溫熔斷器[12]，所述的定時采樣開關(guān)電路控制瓦斯傳感器，瓦斯傳感器采集的信號輸入氣電信號轉(zhuǎn)換電路，氣電信號轉(zhuǎn)換電路的輸出端接燈泡控制電路，并連線向定時采樣開關(guān)電路輸送信號，燈泡控制電路輸出端接自動斷電裝置[5]及燈泡[4]。
2.按照權(quán)利要求1所述的礦燈，其特征是瓦斯自動監(jiān)測報警裝置于燈頭〔2〕上，線盒〔24〕裝于盒體〔22〕內(nèi)，盒體〔22〕上有氣窗〔23〕，并有線盒卡塊〔25〕，卡塊安裝在燈頭掛勾〔26〕上。
3.按照權(quán)利要求1所述的礦燈，其特征是a.瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的定時采樣開關(guān)電路〔8〕由定時方波發(fā)生器〔13〕、開關(guān)電路〔14〕，傳感器加熱電極穩(wěn)壓器〔15〕和鎖定電路〔16〕組成，定時方波發(fā)生器輸出端接開關(guān)電路，開關(guān)電路連傳感器加熱電極穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器接瓦斯傳感器，鎖定電路輸入端接氣電信號轉(zhuǎn)換電路輸出端，鎖定電路的輸出端控制開關(guān)電路〔14〕，b.瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕由轉(zhuǎn)換電橋〔17〕、觸發(fā)器〔18〕和信號比較器〔19〕組成，轉(zhuǎn)換電橋輸出端接觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出端接信號比較器，信號比較器輸出端為氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕的輸出端，接燈泡控制電路〔11〕，并接定時采樣開關(guān)電路〔8〕的鎖定電路〔16〕輸入端，c.瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的燈泡控制電路〔11〕由方波發(fā)生器〔20〕、抑制開關(guān)電路〔21〕組成，方波發(fā)生器輸入端接氣電信號轉(zhuǎn)換電路〔10〕，輸出端接抑制開關(guān)電路，抑制開關(guān)電路輸出端接自動斷電裝置〔5〕及燈泡〔4〕。
4.按照權(quán)利要求1所述的礦燈，其特征是穩(wěn)壓器〔7〕由R1、R2、R3和IC1組成。
5.按照權(quán)利要求3所述的礦燈，其特征是定時方波發(fā)生器〔13〕由C1、R4、R5、R6、R7和IC2－A組成，開關(guān)電路〔14〕由T1、T2、R8、R11和R9組成，傳感器加熱電極穩(wěn)壓器〔15〕由R12、R13、R14和IC3組成，鎖定電路〔16〕由IC2－B、T3、R10和R15組成。
6.按照權(quán)利要求3所述的礦燈，其特征是轉(zhuǎn)換電橋〔17〕由瓦斯傳感器信號電極的等效電阻Rf－g和R16、R17、R18、R19、W1組成，觸發(fā)器〔18〕由IC2－C和R20組成，信號比較器〔19〕由T4、R21、R22組成。
7.按照權(quán)利要求3所述的礦燈，其特征是方波發(fā)生器〔20〕由IC2－D、C2、R23、R24、R25和R26組成，抑制開關(guān)電路〔21〕由T5和R27、R28、C3組成。
專利摘要瓦斯自動監(jiān)測報警礦燈。有電源、燈頭、電源線和瓦斯自動監(jiān)測報警裝置，燈泡兼作報警信號燈，以閃光報警。瓦斯自動監(jiān)測報警裝置的電路由穩(wěn)壓器、定時采樣開關(guān)電路、瓦斯傳感器、氣電信號轉(zhuǎn)換電路、燈泡控制電路組成，線路上有過溫熔斷器和自動斷電裝置及開關(guān)；正常情況為定時采樣監(jiān)測。在瓦斯?jié)舛瘸^限定值時，為連續(xù)采樣、連續(xù)報警，既節(jié)能，又可滿足監(jiān)測報警的連續(xù)性、一致性和可靠性，使用方便。
文檔編號G08B21/00GK2102546SQ91212970
公開日1992年4月22日 申請日期1991年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月6日
發(fā)明者李恩忠 申請人:李恩忠