瓦斯監測光閃爍報警礦燈的製作方法
2023-06-16 03:00:51 1
專利名稱：瓦斯監測光閃爍報警礦燈的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦井中使用的一種瓦斯自動監測報警裝置，尤其涉及一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈。
背景技術：
現有井下瓦斯檢測報警裝置大多採用專用的瓦斯檢測報警系統，一般由專門的礦井安全人員攜帶和操作，它的檢測範圍和時間往往受到攜帶者工作區域、範圍、井下滯留時間的限制，沒能實現每位井下工作人員的多方位群體監控。為此，人們採用了井下瓦斯檢測自動報警器與工作照明一體化的報警燈系統，它雖然實現了多點群體大範圍檢測，使得操作面工作人員在瓦斯濃度超限時能及時受到報警信號的幹擾，但此時唯一擁有的照明礦燈呈閃爍狀態，在人員撤離過程中照明度嚴重不足，引起現場人員的心理恐慌和不便。另外，現有瓦斯檢測自動報警器均是上電後立即進入工作狀態，上電的短暫衝擊幹擾會產生誤報警現象，造成不必要的恐慌；同時，受放大器和放大電路精度的影響，信號放大過程漂移產生的誤差大，報警點準確度較低。因此現有瓦斯報警裝置存在著穩定性、可靠性差，使用不便的缺陷。
發明內容
為解決上述問題本實用新型的目的在於提供一種集工作照明與瓦斯連續檢測報警於一體，可防止開燈誤報現象並具有雙光源照明電路的瓦斯監測光閃爍報警礦燈，該礦燈安裝有微型瓦斯自動報警系統，實現了多方位群體監控以及對井下工作人員的及時報警幹擾，報警準確、使用方便、安全可靠。
為達上述目的，本實用新型是以如下技術方案實現的瓦斯監測光閃爍報警礦燈是由主光源照明燈、為系統提供恆定穩壓源的穩壓模塊、瓦斯採樣放大模塊、報警點標定模塊、礦燈工作驅動模塊、系統供電電源，以及增設的誤報警抑制模塊、另一路副光源照明燈和光源選擇開關組成，採樣放大模塊從空氣中檢測瓦斯濃度後，輸出一定的電壓差信號，經放大的電壓差信號送入報警點標定模塊，其採樣電壓差信號與設定的標準報警點電壓信號進行比較，輸出高、低電平信號，礦燈工作驅動模塊接收報警點標定模塊送來的高、低電平信號，若接收到高電平信號，礦燈工作驅動模塊輸出一定頻率的標準脈衝電壓信號，控制主光源照明燈光閃爍報警；若接收到低電平信號，礦燈工作驅動模塊輸出恆定的低電壓信號，主光源照明燈維持正常的連續照明狀態；在系統上電工作最初的瞬間，誤報警抑制模塊產生一定延時的低電平輸出信號，強制報警點標定模塊輸出低電平信號；當主光源照明燈閃爍報警時，可通過光源選擇開關將電路切換到另一路副光源照明燈上，由副光源照明電路繼續工作。
上述穩壓模塊主要由電阻R1、三極體T1、穩壓管T2、電容C1、C2連接組成。採樣放大模塊由催化燃燒式甲烷傳感器J1以及運算放大器L1C和電阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8連接成的高精度差動放大電路組成，其甲烷傳感器J1由黑元件和白元件組成；當傳感器J1檢測到甲烷氣體後，其黑元件表面進行無焰燃燒，溫度增高，黑元件上的內阻發生變化，白元件保持原狀，使得電橋失去平衡，輸出差動電壓信號給運算放大器L1C，產生電壓放大信號輸出。上述報警點標定模塊由高精度電阻R9、R10、R11和運算放大器L1A連接成的報警點標定比較電路組成。上述礦燈工作驅動模塊由電阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，諧振器L2，電容C4、C5，三極體T3聯接組成，當諧振器L2的管腳4收到報警點標定模塊3輸出的高電平信號時，其管腳3輸出連續的高、低電壓方波信號，控制三極體T3的斷、通狀態，驅動主光源照明燈閃爍報警，若諧振器L2的管腳4收到低電平信號時，其管腳3連續輸出低電壓信號，三極體T3一直導通，主光源照明燈保持正常的照明狀態。
上述誤報警抑制模塊由二極體D1、D2，運算放大器L1B，電阻R14、R15、R16，電容C3連接組成，當上電瞬間其電容C3未能充電時，運算放大器L1B的管腳7輸出低電平，二極體D1導通，報警點標定模塊中的運算放大器L1A的管腳3取低電平，其管腳1輸出低電平，礦燈工作驅動模塊中的諧振器L2的管腳4得到低電平信號，諧振器L2管腳3維持低電壓信號，使得礦燈工作驅動模塊維持正常工作，電容C3在一定延時時間後，完成充電過程，運算放大器L1B的管腳7輸出高電平，二極體D1截止，報警點標定模塊中的運算放大器L1A管腳3的取值轉為所述採樣放大模塊中的運算放大器L1C管腳8輸出的正常差動放大電路輸出值，進入正常工作狀態。
本實用新型與現有技術相比，將微型瓦斯自動檢測報警裝置與現有礦燈組裝為一體，使礦燈兼備工作照明與報警雙重功能，在瓦斯濃度超限時照明燈光閃爍報警幹擾，實現了「人機閉鎖」---迫使操作人員強制撤離，即將現有的瓦斯濃度超限時的被動「要他撤」變為主動「他要撤」，從而有效地制止了井下超限違規操作現象；同時，本實用新型設有可選擇的兩套照明電路，當照明礦燈閃爍報警幹擾時，可調整光源選擇開關切換到到副光源照明電路，為工作人員安全撤離提供方便。
現有的瓦斯報警系統都是上電後立即進入工作狀態，上電的短暫衝擊幹擾會產生誤報警動作，本實用新型由於增設了誤報警抑制模塊，使得報警電路在上電瞬間具有一定時間的延時報警，避免了誤報警現象的發生。
本實用新型在報警系統中，採用工業級運算放大器和高精度差動放大電路，其放大器輸入電阻高，兩運放輸入端在溫度、溼度相同環境下具有相同的漂移和失調，其電路採用電壓跟隨電路結構，漂移和失調相互抵消，因此具有漂移小、穩定性好的特點。
本實用新型還採用表面貼裝技術和微波峰焊接工藝組成聯體分腔式結構，體積小，重量輕，便於所有工作人員隨身攜帶，把現有的個別檢測變為群體檢測，大大提高了井下人員的安全性。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明
圖1為本實用新型原理框圖；圖2為本實用新型具體電路圖。
具體實施方式
本實用新型將微型瓦斯自動檢測報警裝置與原有礦燈組裝為一體，採用表面貼裝技術和微波峰焊接工藝組成聯體分腔式結構的光閃爍瓦斯報警裝置。參看圖1本實用新型由主光源照明燈6、為系統提供恆定穩壓源的穩壓模塊1、瓦斯採樣放大模塊2、報警點標定模塊3、礦燈工作驅動模塊5、為整個系統提供工作電源的供電電源7以及增設的誤報警抑制模塊4、另一路副光源照明燈9及光源選擇開關8組成。採樣放大模塊2從空氣中檢測瓦斯濃度後輸出一定的電壓差信號，經放大的電壓差信號送入報警點標定模塊3，其採樣電壓差信號在報警點標定模塊3中與設定的標準報警點電壓信號進行比較，若大於或等於標準報警點信號，則送出高電平信號；若小於標準報警點信號，則送出低電平信號。礦燈工作驅動模塊5接收報警點標定模塊3送來的高、低電平信號，若接收到高電平信號，礦燈工作驅動模塊5輸出一定頻率的標準脈衝電壓信號，控制主光源照明燈6光閃爍報警，若接收到低電平信號，礦燈工作驅動模塊5輸出恆定的低電壓信號，主光源照明燈6維持正常的連續照明狀態。在系統上電工作最初的瞬間，誤報警抑制模塊4產生一定延時的低電平輸出信號，強制報警點標定模塊3輸出低電平信號，從而防止上電瞬間，採樣放大模塊2中甲烷氣體傳感器的錯誤工作，輸出超高的電壓差信號，引起系統的錯誤報警。
光源選擇開關8及主、副光源照明燈6、9聯結成兩套照明電路，當檢測到甲烷氣體超標時，主光源照明燈6為系統提供正常的報警光閃爍照明，同時，可通過光源選擇開關8將電路切換到所述副光源照明燈9上，由副光源照明電路繼續工作，方便工作人員安全撤離。
參看圖2穩壓模塊1由電阻R1、NPN三極體T1、穩壓管T2、電容C1、C2連接組成；這裡可選用100Ω電阻，TL431穩壓管，0.1μF電容，並為系統提供2.5V的恆定穩壓電源。
採樣放大模塊2由催化燃燒式甲烷傳感器J1以及運算放大器LM224的L1C部分和電阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8聯接成的高精度差動放大電路組成；甲烷傳感器J1設有黑元件和白元件。電路工作時，調整可調電阻R3，電橋在新鮮空氣中保持平衡，當有一定濃度的甲烷產生，傳感器J1檢測到時，其黑元件表面進行無焰燃燒，溫度增高，黑元件上的內阻發生變化，而白元件保持原來狀態，從而使得電橋失去平衡，輸出差動電壓信號給運算放大器LM224的L1C部分，產生101倍的電壓放大信號輸出。當甲烷濃度大於報警點設定值1.0％時，L1C的8號管腳輸出大於1.8V的報警電壓信號。
報警點標定模塊3主要由高精度電阻R9、R10、R11和運算放大器L1A連接成的報警點標定比較電路組成。經採樣放大模塊2中運算放大器LM224的L1C放大後的信號由其8號管腳輸出到運算放大器LM224的L1A管腳3，與L1A管腳2的1.8V標定電壓進行比較；若管腳3的輸入電壓信號大於1.8V，則L1A管腳1輸出高電平，驅動模塊5產生報警信號，否則，管腳1輸出低電平，驅動模塊5維持正常工作狀態。
礦燈工作驅動模塊5由電阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，諧振器L2，電容C4、C5，PNP三極體T3聯接組成。若諧振器L2的管腳4得到上述報警點標定模塊3輸出的高電平信號，則其管腳3就會輸出連續的高、低電壓方波信號，控制三極體T3的斷、通狀態，驅動主光源照明燈6進行光閃爍報警提示，強制操作面的工作人員撤離；若諧振器L2的管腳4得到低電平信號，則其管腳3輸出低電壓信號，三極體T3一直導通，主光源照明燈6保持正常的點亮狀態。這裡可選取適當的電阻R17、R18和電容C4使諧振器L2的輸出振蕩頻率在1～3Hz的國家標準範圍內。
誤報警抑制模塊4由二極體D1、D2，運算放大器L1B，電阻R14、R15、R16，電容C3連接組成。為防止報警器上電瞬間的誤報，該模塊4採用上電延時原理，通過使用不同阻值的電阻R14、R15、R16或不同容量的電容C3，可調整延時時間的長短。在上電瞬間，運算放大器L1B的管腳6採樣值為2.0V，電容C3未能充電，管腳5的採樣值低於2.0V，L1B取值比較後，運算放大器L1B的管腳7輸出低電平，二極體D1導通，報警點標定模塊3中的運算放大器L1A的管腳3取值低電平，從而其管腳1輸出低電平，礦燈工作驅動模塊5中的諧振器L2的管腳4得到低電平信號，則諧振器L2的管腳3維持低電壓信號，保證驅動模塊5維持正常工作狀態。
本系統設延時時間約為7.2秒，當電容C3在這一延時時間充電後，運算放大器L1B部分的管腳5採樣值已大於2.0V，管腳7輸出高電平，二極體D1截止，報警點標定模塊3中的運算放大器L1A管腳3的取值轉為採樣放大模塊2中的L1C管腳8輸出正常差動放大電路輸出值，進入正常工作狀態。
本實用新型的工作電壓與照明燈一致，只有4.0V，工作電流僅為90～130mA，小於0.15A，幾乎不影響原有礦燈系統的正常使用時間和使用壽命。安裝的微型報警電路可進行防潮、防黴、防腐蝕、防鹽霧等工藝處理，其電絕緣性能、耐溫變性能及密封性能很好。
使用本實用新型前，先接通電源，將光源選擇開關8旋轉到主光源照明燈6檔，然後完成報警點的標定工作通過調整採樣放大模塊2中的可調電阻R3，根據國家瓦斯安全標準使本電路系統的甲烷濃度報警點設定為1.0％。工作時，每位下井工作人員均可帶入井下操作面使用，當本實用新型檢測到瓦斯濃度在1.0％報警點範圍內時，其主光源照明燈6維持正常連續照明工作狀態；當檢測到瓦斯濃度達到或超過1.0％報警點時，主光源照明燈6持續地快速閃爍報警幹擾，此時，欲違規操作人員無法繼續工作，迫使其將光源選擇開關8旋轉到副光源照明電路一檔，該路照明電路由副光源照明燈9提供連續照明，使井下工作人員及時、安全地撤離。
權利要求1.一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈，它是由主光源照明燈(6)、為系統提供恆定穩壓源的穩壓模塊(1)、瓦斯採樣放大模塊(2)、報警點標定模塊(3)、礦燈工作驅動模塊(5)以及系統供電電源(7)組成，其特徵在於所述報警礦燈中還增設誤報警抑制模塊(4)並增設一路副光源照明燈(9)及光源選擇開關(8)，採樣放大模塊(2)從空氣中檢測瓦斯濃度後，輸出一定的電壓差信號，經放大的電壓差信號送入報警點標定模塊(3)，其採樣電壓差信號與設定的標準報警點電壓信號進行比較，輸出高、低電平信號，礦燈工作驅動模塊(5)接收報警點標定模塊(3)送來的高、低電平信號，若接收到高電平信號，所述礦燈工作驅動模塊(5)輸出一定頻率的標準脈衝電壓信號，控制主光源照明燈(6)光閃爍報警，若接收到低電平信號，所述礦燈工作驅動模塊(5)輸出恆定的低電壓信號，主光源照明燈(6)維持正常的連續照明狀態；在系統上電工作最初的瞬間，所述誤報警抑制模塊(4)產生一定延時的低電平輸出信號，強制所述報警點標定模塊(3)輸出低電平信號；當所述主光源照明燈(6)閃爍報警時，可通過光源選擇開關(8)將電路切換到所述副光源照明燈(9)中，由副光源照明電路繼續工作。
2.根據權利要求1所述的一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈，其特徵在於所述穩壓模塊(1)主要由電阻R1、三極體T1、穩壓管T2、電容C1、C2連接組成；所述採樣放大模塊(2)主要由催化燃燒式甲烷傳感器J1以及運算放大器L1C和電阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8連接成的高精度差動放大電路組成，所述甲烷傳感器J1由黑元件和白元件組成，當傳感器J1檢測到甲烷氣體後，其黑元件表面進行無焰燃燒，溫度增高，黑元件上的內阻發生變化，白元件保持原狀，使得電橋失去平衡，輸出差動電壓信號給運算放大器L1C，產生電壓放大信號輸出；所述報警點標定模塊(3)主要由高精度電阻R9、R10、R11和運算放大器L1A連接成的報警點標定比較電路組成；所述礦燈工作驅動模塊(5)由電阻R12、R13、R17、R18、R19、R20，諧振器L2，電容C4、C5，三極體T3聯接組成，當所述諧振器L2的管腳4收到報警點標定模塊(3)輸出的高電平信號時，其管腳3輸出連續的高、低電壓方波信號，控制三極體T3的斷、通狀態，驅動主光源照明燈(6)閃爍報警，若所述諧振器L2的管腳4收到低電平信號時，其管腳3連續輸出低電壓信號，三極體T3一直導通，主光源照明燈(6)保持正常的照明狀態。
3.根據權利要求1所述的一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈，其特徵在於所述誤報警抑制模塊(4)由二極體D1、D2，運算放大器L1B，電阻R14、R15、R16，電容C3連接組成，當上電瞬間其電容C3未能充電時，運算放大器L1B的管腳7輸出低電平，二極體D1導通，所述報警點標定模塊(3)中的運算放大器L1A的管腳3取低電平，其管腳1輸出低電平，所述礦燈工作驅動模塊(5)中的諧振器L2的管腳4得到低電平信號，其諧振器L2管腳3維持低電壓信號，使得礦燈工作驅動模塊(5)維持正常工作，所述電容C3在一定延時時間後，完成充電過程，運算放大器L1B的管腳7輸出高電平，二極體D1截止，所述報警點標定模塊(3)中的運算放大器L1A管腳3的取值轉為所述採樣放大模塊(2)中的運算放大器L1C管腳8輸出的正常差動放大電路輸出值，進入正常工作狀態。
4.根據權利要求1所述的一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈，其特徵在於所述瓦斯報警礦燈採用表面貼裝技術和微波峰焊接工藝組成聯體分腔式結構。
專利摘要本實用新型涉及一種瓦斯監測光閃爍報警礦燈，它是由主光源照明燈、為系統提供恆定穩壓源的穩壓模塊、瓦斯採樣放大模塊、報警點標定模塊、礦燈工作驅動模塊、系統供電電源，以及增設的誤報警抑制模塊、另一路副光源照明燈和光源選擇開關組成。該礦燈集工作照明與瓦斯連續檢測報警於一體，同時具有雙光源照明電路，實現了多方位群體監控以及對井下工作人員的及時報警幹擾，還可防止開燈誤報警現象的發生，具有報警準確、使用方便、安全可靠的特點。
文檔編號G08B21/00GK2777895SQ20052007840
公開日2006年5月3日 申請日期2005年3月1日 優先權日2005年3月1日
發明者馬宏偉, 李健, 黃良彬, 廖高華, 張旭輝 申請人:馬宏偉