主動式氣體探測方法及其報警裝置的製作方法
2023-05-29 14:59:11
專利名稱：主動式氣體探測方法及其報警裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體濃度檢測報警系統，尤指一種用於在爆炸性氣體環境中檢測
可燃氣體濃度並能夠報警的主動式氣體探測方法及使用該方法的報警裝置。
背景技術：
目前，在一些具有危險氣體或存在危險氣體洩露危險的場所，為了保證附近人們 的安全，通常人們都在這些區域設置用於檢測危險氣體的裝置並可以報警的裝置對危險氣 體和濃度進行監測，當有危險氣體洩露或者危險氣體的濃度超過一定的危險濃度值時，發 出用於進行危險預警的聲音過燈光信號提醒人們進行防範，目前常見的氣體檢測報警裝置 所使用的氣體檢測裝置均為被動式檢測方式，這種氣體檢測裝置被固定在一個固定的位置 處，而且要設置在隔爆裝置內，通過將外界的氣體吸入到隔爆裝置內進行隔爆，從而檢測危 險氣體的存在及其濃度範圍，這種定點被動檢測的方式，不僅速度較慢，而且吸氣過程中容 易造成過濾系統的堵塞，再者在一個較大的空間中採用幾個檢測裝置的檢測方式也會導致 結果較為片面，不能正確地反應被檢測空間內危險氣體的濃度。
發明內容
本發明的技術目的是為了提供一種能夠對較大面積場合危險性氣體主動檢測且 準確性高的主動式氣體探測方法及其報警裝置。 本發明的主動式氣體探測方法，是在被測區域內成對設置紅外線接收裝置和紅外 線發生裝置，該成對設置的紅外線發射裝置和紅外線接收裝置探測紅外信號在空氣中被吸 收的波長的狀況，通過分析該被吸收波長的強弱來測定該波長所對應的被測目標氣體的濃度。 本發明的主動式氣體探測報警裝置包括用於主動測量被測區域的空氣中的目標 氣體含量，該主動式氣體探測報警裝置包括紅外線發射裝置、紅外線接收裝置、報警裝置和 中央控制模塊，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均布置於被測區域內，且該紅外線接 收裝置與紅外線發生裝置相對應，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均與中央控制模塊 連接，報警裝置與中央控制模塊連接，由同一個紅外光束髮射裝置控制兩個紅外線光束髮 射二極體在同一水平面上，以一定的角度向兩個紅外接收二極體連續發射紅外線光束，在 紅外光束經過一定距離從發射點到達接收點位置時，空氣中不同的氣體組份對不同波長的 紅外光束將產生吸收效果，達到接收位置將產生一定的衰減，這種衰減與該氣體的濃度和 光束在該氣體空間通過的距離成正比，通過對某一特定波的衰減程度可以探測到在兩個點 之間(發射裝置和接收裝置)的氣體濃度。這種主動探測式的測量方式所測的濃度值不是 一個點的濃度值而是代表兩個點之間的特定濃度值，即濃度與距離的乘積。顯然，這種特定 濃度是與兩點的距離有關，也就是說在同一百分比濃度下兩點之間的距離越大，代表這一 空間氣體的總量就越大，這與傳統的測量方式有明顯的區別，可以說該測量值在空間測量 更有意義。假定，我們將測量結果用"濃度米"來表示，測量數據代表兩點之間的特定濃度，這一濃度值相當於兩點之間的平均濃度，由於紅外光被吸收與氣體的濃度、光束所經過的 距離成正比，而光路長度為已知，依據被吸收的波長和強度檢測被監視的環境空間在被探 測高度的平面上的氣體平均濃度，通過測量兩條光線所通過路經的氣體平均濃度代表一個 平面的濃度，較傳統的使用自由擴散式的檢測方式僅檢測一個點來的濃度來說更能代表一 個空間的被測目標氣體的確切濃度。 為了增加測量的準確定，如果在同一個紅外線光束髮射點以一個角度在同一水平 面向兩個接收點同時發射兩個紅外線光束，在兩個接收點分別獲得兩組測量數據，該數據 分別與兩個光束經過的氣體濃度和距離的乘積成正比，在已知從發射點到接收點之間的距 離時，測量結果除以距離就代表兩個紅外線光束所經過的路徑的氣體平均濃度值，由於兩 個紅外線光束同在一個水平面上，用該測量結果代表被監測點的平面平均濃度更為合理。 利用這種方法構成的主動式氣體濃度檢測報警系統，對於可燃性或有毒性氣體代表其危險 程度比較傳統的近測量一個點的測量方法將更科學合理。如果將接收裝置接收到的氣體濃 度信號經氣體濃度轉換裝置轉換為電流信號在送到氣體報警控制裝置，在報警控制裝置上 就可以預先設置報警點，當超過報警點濃度時，報警控制器就可以發出聲和或光的高濃度 報警信號。 上述的中央控制模塊包括對紅外接收裝置所接收的光束的波長進行檢測和篩選 的光束波長檢測單元、數據存儲單元和用於數據處理的中央處理單元，該光束波長檢測單 元與中央處理單元連接，數據存儲單元與中央處理單元連接，該數據存儲單元內存儲有用 於判斷光波強度的光波波長數據參數，所述的光波波長數據參數可以是可燃性氣體的光波 波長數據參數，也可以是有毒氣體的光波波長數據參數，依據存儲單元內存儲所對應的紅 外線光束的特徵波長，系統可以準確地確定可燃性氣體或有毒氣體的濃度，當被測場所的 危險氣體如可燃性氣體或有毒氣體洩露時，如果可燃性氣體或有毒氣體的濃度超過預先設 定的危險濃度值時，發出用於警示危險氣體超標的聲音或燈光報警信號，對火災或有毒危 險氣體進行報警和警示。 上述的紅外線發生裝置為紅外線光束髮射二極體，紅外線接收裝置為紅外線光束 接收二極體。 上述的報警裝置為單純的聲音報警裝置，或是單純的燈光報警裝置，或是既包含 聲音報警又包含燈光報警的聲光報警裝置。 有益效果本發明主動式氣體探測方法及其報警裝置，改變傳統的被動檢測為主 動發射紅外光束通過檢測發射的紅外光束到達接收位置時被已知種類的氣體所吸收程度， 主動探測出空間(紅外光束經過)的氣體濃度。這種測量方法所得出的測量結果為代表在 一定的被監視的空間內，一個水平面上的氣體的平均濃度，使用這種探測方法其響應時間 可以大大的提高且測量的是兩條線段內的平均濃度，顯然較測量一個點的位置氣體的濃度 更有意義，這種利用紅外光束檢測原理設計的產品不需要被測氣體實際到達傳感器內就可 以探測，解決傳感器的防爆問題也就顯得簡單了。另外，對於空曠的環境下設置過多的檢測 點對使用者來說也會帶來不便，本發明可方便地對油氣傳輸管道設備或空曠環境進行實時 準確的測量，由於採用紅外光束的檢測原理，因而使用壽命更長，測量結果更靈敏。
為便於說明和本發明有關的詳細內容及技術，以下茲就配合附圖進行說明。
圖1、為本發明的主動式氣體探測方法的過程原理 圖2、為本發明第一種實施例的安裝連接示意 圖3、為本發明第二種實施例的安裝連接示意 圖4、為本發明第三種實施例的安裝連接示意圖。
具體實施例方式
請參照圖1所示，為本發明主動式氣體探測方法的主動式探測方法的過程原理圖，該方法包括如下的步驟 步驟100 :該主動式氣體探測方法是通過在被測區域內成對設置紅外線接收裝置和紅外線發生裝置； 步驟105 :該紅外線發射裝置和紅外線接收裝置探測紅外信號在空氣中被吸收的波長狀況； 步驟110 :通過分析該被吸收波長的強弱來測定該波長所對應的被測目標氣體的濃度。 請參照圖2所示，本發明主動式氣體探測報警裝置包括用於主動測量被測區域的空氣中的目標氣體含量，該主動式氣體探測報警裝置包括紅外線發射裝置、紅外線接收裝置、報警裝置和中央控制模塊，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均布置於被測區域內，且該紅外線接收裝置與紅外線發生裝置相對應，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均與中央控制模塊連接，報警裝置與中央控制模塊連接，由同一個紅外光束髮射裝置控制兩個紅外線光束髮射二極體在同一水平面上，以一定的角度向兩個紅外接收二極體連續發射紅外線光束，在紅外光束經過一定距離從發射點到達接收點位置時，空氣中不同的氣體組份對不同波長的紅外光束將產生吸收效果，達到接收位置時相應的波長將產生一定的衰減，這種衰減與該氣體的濃度和光束在該氣體空間通過的距離成正比，通過對某一特定波的衰減程度可以探測到在兩個點之間(發射裝置和接收裝置)的氣體濃度。這種主動探測式的測量方式所測的濃度值不是一個點的濃度值而是代表兩個點之間的特定濃度值，即濃度與距離的乘積。顯然，這種特定濃度是與兩點的距離有關，也就是說在同一百分比濃度下兩點之間的距離越大，代表這一空間氣體的總量就越大，這與傳統的測量方式有明顯的區別，可以說該測量值在空間測量更有意義。假定，我們將測量結果用"濃度米"來表示，測量數據代表兩點之間的特定濃度，這一濃度值相當於兩點之間的平均濃度，由於紅外光被吸收與氣體的濃度、光束所經過的距離成正比，而光路長度為已知，依據被吸收的波長和強度檢測被監視的環境空間在被探測高度的平面上的氣體平均濃度，通過測量兩條光線所通過路經的氣體平均濃度代表一個平面的濃度，較傳統的使用自由擴散式的檢測方式僅檢測一個點來的濃度來說更能代表一個空間的被測目標氣體的確切濃度。 為了增加測量的準確定，如果在同一個紅外線光束髮射點以一個角度在同一水平面向兩個接收點同時發射兩個紅外線光束，在兩個接收點分別獲得兩組測量數據，該數據分別與兩個光束經過的氣體濃度和距離的乘積成正比，在已知從發射點到接收點之間的距離時，測量結果除以距離就代表兩個紅外線光束所經過的路徑的氣體平均濃度值，由於兩個紅外線光束同在一個水平面上，用該測量結果代表被監測點的平面平均濃度更為合理。利用這種方法構成的主動式氣體濃度檢測報警系統，對於可燃性或有毒性氣體代表其危險 程度比較傳統的近測量一個點的測量方法將更科學合理。如果將接收裝置接收到的氣體濃 度信號經氣體濃度轉換裝置轉換為電流信號在送到氣體報警控制裝置，在報警控制裝置上 就可以預先設置報警點，當超過報警點濃度時，報警控制器就可以發出聲和或光的高濃度 報警信號。 上述的中央控制模塊包括對紅外接收裝置所接收的光束的波長進行檢測和篩選 的光束波長檢測單元、數據存儲單元和用於數據處理的中央處理單元，該光束波長檢測單 元與中央處理單元連接，數據存儲單元與中央處理單元連接，該數據存儲單元內存儲有用 於判斷光波強度的光波波長數據參數，所述的光波波長數據參數可以是可燃性氣體的光波 波長數據參數，也可以是有毒氣體的光波波長數據參數，依據存儲單元內存儲所對應的紅 外線光束的特徵波長，系統可以準確地確定可燃性氣體或有毒氣體的濃度，當被測場所的 危險氣體如可燃性氣體或有毒氣體洩露時，如果可燃性氣體或有毒氣體的濃度超過預先設 定的危險濃度值時，發出用於警示危險氣體超標的聲音或燈光報警信號，對火災或有毒危 險氣體進行報警和警示。 在本實施例中，相應的紅外線發生裝置為紅外線光束髮射二極體，相應的紅外線 接收裝置為紅外線光束接收二極體，報警裝置也可以採用多種報警的方式，可以使採用單 純的聲音報警裝置，也可以採用單純的燈光報警裝置，也可以既採用既具有聲音報警又具 有燈光報警的聲光報警裝置。 實施例1 :請參照圖2所示，為本發明的第一種具體實施例，該實施例中，所用的紅 外光束髮射裝置1和紅外光束接收裝置5水平安裝在同一平面上，確保紅外光束髮射二極 管2和紅外光束接收二極體4中心線在一直線上，光束定向裝置3起到定向和抗外界光幹 擾作用。在正常工作狀態下無被檢測氣體的條件，氣體報警控制器6向紅外光束髮射裝置1 和紅外光束接收裝置5提供電源供電，紅外光束髮射裝置1控制紅外光束髮射二極體2持 續發射紅外光束，紅外光束接收二極體4將接收到的光束信號傳送給紅外光束接收裝置內 含轉換裝置5，紅外光束接收裝置將所接收到的紅外光特定的波長檢測氣體的吸收波長信 號轉換成標準的4毫安信號送給氣體報警控制器5，報警控制器5的信號輸入範圍為標準 的4-20毫安信號，此時接收到4毫安的電流信號顯示值為0%體積比。當紅外光束髮射裝 置1和紅外光束接收裝置5之間有被檢測的氣體存在時，紅外光束接收二極體4接收到的 信號減弱，紅外光束接收裝置內含轉換裝置5的輸出信號增加即(4+X)毫安，X與被測氣體 的濃度Y成正比。此時控制器顯示為當前氣體濃度YX體積比。當被測氣體濃度設定在某 一數值時，控制器顯示超過該濃度即可輸出聲和或光報警信號。從而，實現了主動式氣體檢 測報警系統的目的。 以紅外光束接收裝置內含轉換裝置被標定測量為可燃性氣體甲烷為例，該裝置就 構成了主動式可燃性氣體如甲烷檢測報警系統的目的。如果，紅外光束接收裝置內含轉換 裝置被標定測量有毒氣體如甲一氧化碳，該裝置就構成了主動式有毒氣體如甲一氧化碳檢 測報警系統的目的。由於其測量的氣體濃度代表在此線段內的濃度平均數值。因此，較傳 統的測量一個點的氣體濃度更能代表氣體的危險程度。 請參照圖3、圖4所示，為本發明的第二種和三種實施例用於對一個平面中的氣體 濃度的平均值進行測量的安裝示意圖，紅外光束髮射裝置1上的兩個紅外光束髮射二極體2、3，在同一水平面上以一個角度向兩個水平方向同時發射兩束紅外光束8，兩個紅外光束8分別被紅外接收二極體4、6所接收，紅外接收二極體4、6將所接收的氣體濃度信號分別送至紅外接收裝置5、7，紅外接收裝置內的信號轉換裝置將接收到的兩個氣體濃度信號經算數平均並除以光束所通過的距離在轉換成標準的4-20毫安標準電流信號輸出給氣體報警控制器。顯然，此濃度信號代表所監視空間在所檢測的平面內的平均氣體濃度，若將紅外接收裝置5、7，標定用於檢測可燃性氣體如甲烷則，系統構成主動式平面可燃氣體探測報警系統。若將紅外接收裝置5、7，標定用於檢測有毒氣體如一氧化碳則，系統構成主動式平面有毒氣體探測報警系統。若將紅外接收裝置5、7，標定用於檢測煙氣如二氧化碳則，系統構成主動式平面火災探測報警系統。
權利要求
一種主動式氣體探測方法，該主動式氣體探測方法是在被測區域內成對設置紅外線接收裝置和紅外線發生裝置，該成對設置的紅外線發射裝置和紅外線接收裝置探測紅外信號在空氣中被吸收的波長的狀況，通過分析該被吸收狀波長所對應的氣體況來測定並計算被測目標氣體的濃度。
2. —種主動式氣體探測報警裝置，用於主動測量被測區域的空氣中的目標氣體含量， 其特徵在於該主動式氣體探測報警裝置包括紅外線發射裝置、紅外線接收裝置、報警裝置 和中央控制模塊，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均布置於被測區域內，且該紅外線 接收裝置與紅外線發生裝置相對應，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均與中央控制模 塊連接，報警裝置與中央控制模塊連接。
3. 如權利要求2所述的主動式氣體探測報警裝置，其特徵在於所述的中央控制模塊 包括對紅外接收裝置所接收的光束的波長進行檢測和篩選的光束波長檢測單元、數據存儲 單元和用於數據處理的中央處理單元，該光束波長檢測單元與中央處理單元連接，數據存 儲單元與中央處理單元連接，該數據存儲單元內存儲有用於判斷光波強度的光波波長數據 參數。
4. 如權利要求3所述的主動式氣體探測報警裝置，其特徵在於所述的紅外線發生裝 置為紅外線光束髮射二極體，紅外線接收裝置為紅外線光束接收二極體。
5. 如權利要求3所述的主動式氣體探測報警裝置，其特徵在於所述的光波波長數據 參數是為可燃性氣體的光波波長數據參數。
6. 如權利要求2所述的主動式氣體探測報警裝置，其特徵在於所述的光波波長數據 參數是為有毒氣體的光波波長數據參數。
7. 如權利要求2所述的主動式氣體探測報警裝置，其特徵在於所述的報警裝置為聲 音報警裝置或燈光報警裝置或聲光報警裝置。
全文摘要
本發明涉及一種主動式氣體探測方法及其報警裝置，在被測區域內成對設置紅外線接收裝置和紅外線發生裝置，該成對設置的紅外線發射裝置和紅外線接收裝置探測紅外信號在空氣中被吸收的波長的狀況，通過分析該被吸收波長的強弱來測定該波長所對應的被測目標氣體的濃度，該主動式氣體探測報警裝置包括紅外線發射裝置、紅外線接收裝置、報警裝置和中央控制模塊，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均布置於被測區域內，且該紅外線接收裝置與紅外線發生裝置相對應，該紅外線接收裝置和紅外線發生裝置均與中央控制模塊連接，報警裝置與中央控制模塊連接，這種測量方法與傳統的點式檢測的方法相比測量結果代表的平均濃度更為合理。
文檔編號G08B17/117GK101776593SQ20091019039
公開日2010年7月14日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者吳旭東, 張進, 楊波, 陳士學 申請人:深圳市錦銘科技有限公司