CN105806785A - 一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法 Download PDF

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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法，包括用于温湿度与甲烷浓度采集的数据采集模块、ARM处理器和用于显示数据和输入数据的人机交互模块，所述ARM处理器上连接有数据采集模块和人机交互模块。本发明采用嵌入式ARM处理器，通过数据采集模块对甲烷浓度及温湿度数据的采集，ARM处理器实现了响应速度更快，测量误差小，抗干扰能力强，大大提高了数据采集的精度和监控的安全性，避免事故的发生概率，能够实现有效解决了现有技术中采集数据误差大、相应速度慢以及抗干扰能力差造成的安全性低和事故发生概率高的问题，本发明还具有结构简单、价格便宜和控制方便快捷的特点，通过模糊推理算法获得甲烷变化率实现危险系数的计算，让预报险情更加科学和合理。

Description

一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于矿井环境安全检测领域，具体涉及一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一。在煤炭开采过程中，有多种有害气体共存于煤层，如CH4、CO等。CH4、CO含量多，且难溶于水，又属于易燃易爆气体，瓦斯浓度达到***极限，在有足够的氧气和一定温度的引燃火源时，就会发生瓦斯***，给煤矿开采者的生命安全带来了隐患。
目前，我国煤矿井下所用气体检测仪以单参数检测仪为主，使用不方便，并且检测时，检测响应速度慢、检测误差大、抗干扰能力弱、智能化程度不高、运行速度慢、实时性图形化不强等问题，大大影响了数据采集的精度，矿下安全性监测差，事故发生概率高，并且只能够检测损失甲烷浓度来判断危险性，针对当甲烷浓度暂处于较低危险浓度但正以较快速度逼近较高危险状态时，而传统仪器无法解决这个问题，因而往往造成误报漏报，测试不科学不合理，另外，传统检测仪的显示结果为浓度数据，往往难于直观地反映气体的危险情况，特别是对非专业人员。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种便携式激光甲烷检测装置及其检测方法，更加精确、快速、稳定，采集精度更高，安全性监测更好，事故发生率大大降低，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种便携式激光甲烷检测装置，包括用于温湿度与甲烷浓度采集的数据采集模块、ARM处理器和用于显示数据和输入数据的人机交互模块，所述ARM处理器上连接有数据采集模块和人机交互模块。
优选的，上述ARM处理器通过无线通信模块连接到监控终端，通过监控终端监测甲烷的分布情况，能够及时作出安全布置和安全策略，提高监控的安全性。
优选的，上述数据采集模块包括51单片机芯片及51单片机连接温湿度传感器和激光甲烷传感器，通过单片机连接，只需串口驱动，控制和安装更方便。
优选的，上述ARM处理器连接有声光报警装置和振动提示装置，声光报警装置包括警示灯和凤鸣器或喇叭，当甲烷浓度及温湿度超过设定阀值时，声光报警装置就会发出声光提醒，大大提高安全性和及时性，减少事故发生，当矿井下噪音大、粉尘浓以及可视度低的恶劣环境下，声光报警装置警示效果差，振动提示装置加装解决了该问题。
优选的，上述ARM处理器连接有用于存储数据的数据存储模块，数据存储模块可以存储检测的数据，以备后续查询和使用分析。
优选的，上述ARM处理器采用S3C2440芯片。
优选的，上述人机交互模块采用触控屏，触控屏显示和设定参数方便，结构紧凑，设备携带更方便。
优选的，上述无线通信模块采用3G/4G无线模块，传输数据可靠快速，出现危情处理及时，4G数据通信的上传速度能达到20Mbps，并能够在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，覆盖面更广。
一种便携式激光甲烷检测装置的检测方法，该方法包括以下步骤：首先，通过便携式激光甲烷检测装置上的激光甲烷传感器将矿井环境中的甲烷浓度以电压/电流信号的形式发送给51单片机，51单片机进行数据处理传送到ARM处理器；其次，ARM处理器将获得的电压/电流信号进行处理得到甲烷浓度以及采集时间点存储自身存储模块，ARM处理器定时读取数据存储模块的甲烷浓度和采集时间点采用模糊推理算法计算甲烷浓度的变化率，进而计算遇火***的危险系数。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用嵌入式ARM处理器，通过数据采集模块对甲烷浓度及温湿度数据的采集，ARM处理器实现了响应速度更快，测量误差小，抗干扰能力强，大大提高了数据采集的精度和监控的安全性，避免事故的发生概率，能够实现有效解决了现有技术中采集数据误差大、相应速度慢以及抗干扰能力差造成的安全性低和事故发生概率高的问题，本发明还具有结构简单、价格便宜和控制方便快捷的特点，并且模糊推理算法来计算甲烷浓度的变化率来推断的危险系数更加科学更加合理，大大将低了事故发生概率，对矿下工人的安全提供更有力的保障有效解决了现有检测方法中预报危险系数的不合理和不科学性。
附图说明
图1为本发明的控制结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。
如附图1所示，一种便携式激光甲烷检测装置，包括用于温湿度与甲烷浓度采集的数据采集模块、ARM处理器和用于显示数据和输入数据的人机交互模块，所述ARM处理器上连接有数据采集模块和人机交互模块，控制器还连接有电源模块，电源模块包括蓄电池和蓄电池连接的充电模块，避免矿下蓄电池电量用完造成的无法检测，通过充电模块就可以在矿井下直接充电，省时省力，整体装置集成到一个壳体内，形成一个便携式的检测装置。
上述ARM处理器通过无线通信模块连接到监控终端，通过监控终端监测甲烷的分布情况，能够及时作出安全布置和安全策略，提高监控的安全性。
上述数据采集模块包括51单片机芯片及51单片机连接温湿度传感器和激光甲烷传感器，通过单片机连接，只需串口驱动，控制和安装更方便。
上述ARM处理器连接有声光报警装置和振动提示装置，声光报警装置包括警示灯和凤鸣器或喇叭，当甲烷浓度及温湿度超过设定阀值时，声光报警装置就会发出声光提醒，大大提高安全性和及时性，减少事故发生，当矿井下噪音大、粉尘浓以及可视度低的恶劣环境下，声光报警装置警示效果差，振动提示装置加装解决了该问题。
上述ARM处理器连接有用于存储数据的数据存储模块，数据存储模块可以存储检测的数据，以备后续查询和使用分析。
上述ARM处理器采用S3C2440芯片。
上述人机交互模块采用触控屏，触控屏显示和设定参数方便，结构紧凑，设备携带更方便。
上述无线通信模块采用3G/4G无线模块，传输数据可靠快速，出现危情处理及时。
使用原理：首先进行信号采集，通过温湿度传感器和激光甲烷传感器将矿井环境的温湿度和甲烷浓度以电压/电流信号的形式发送给51单片机，51单片机经过信号处理，再将数据发送到S3C2440芯片进行进一步分析处理，使用模糊推理算法作为甲烷浓度分析算法，将采集到的信号采用模糊推理算法进行分析处理，得出甲烷浓度的变化率，进而计算遇火***的危险系数，当危险系数较高时，发出报警信号。经过分析处理后得出的当前甲烷浓度、甲烷浓度变化率、危险系数、当前温湿度等信息通过触摸屏以直观的方式显示出来。同时这些数据信息会保存在数据存储模块，在触摸屏上手动开启无线功能后可以将这些数据信息通过3G/4G模块传输到监控终端手机或电脑中。
实施例2：一种便携式激光甲烷检测装置的检测方法，该方法包括以下步骤：首先，通过便携式激光甲烷检测装置上的激光甲烷传感器将矿井环境中的甲烷浓度以电压/电流信号的形式发送给51单片机，51单片机进行数据处理传送到ARM处理器；其次，ARM处理器将获得的电压/电流信号进行处理得到甲烷浓度以及采集时间点存储自身存储模块，ARM处理器定时读取数据存储模块的甲烷浓度和采集时间点采用模糊推理算法计算甲烷浓度的变化率，进而计算遇火***的危险系数。
模糊推理算法来计算甲烷浓度的变化率来推断的危险系数更加科学更加合理，大大将低了事故发生概率，对矿下工人的安全提供更有力的保障有效解决了现有检测方法中预报危险系数的不合理和不科学性。
采用ARM处理器来计算，响应速度快，处理快速，大大提高检测精度和数据可靠性。
激光甲烷传感器的具有很高的检测精度与响应速度，如表1所示。
表1激光甲烷传感器和催化燃烧甲烷传感器的优缺点
本发明具有更科学合理的浓度危险情况反映和报警方式，甲烷气体浓度检测装置应用非常广泛，传统装置多采用设置报警门限的方法，浓度低于门限值时不报警，达到或高于门限时报警。但事实证明，当甲烷浓度暂处于较低危险浓度但正以较快速度逼近较高危险状态时，危险程度更应该被合理地归为较高危险状态，而传统仪器无法解决这个问题，因而往往造成误报漏报，另外，传统检测仪的显示结果为浓度数据，往往难于直观地反映气体的危险情况，特别是对非专业人员。
模糊推理算法的引入，为克服这些缺点提供了可行途径。本发明运用模糊推理算法预测危险系数能够准确高效地检测甲烷混合气体的浓度和浓度变化率，进而计算遇火***的危险系数，并以显意方式同时向用户提供浓度-变化率和危险系数，很好地拓展了仪器功能，显著提高了检测可靠性。同时大大增强了显示直观性，拓宽了仪器的适用范围，对工矿、气站等甲烷集中地的安全生产与运营有着极其重要的作用。
另外，事实证明传统的声光报警方式在矿井下的恶劣环境中(噪音大、粉尘浓，可视度低等)并不能起到很好的警示作用，在本发明中加入振动提示装置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：包括用于温湿度与甲烷浓度采集的数据采集模块、ARM处理器和用于显示数据和输入数据的人机交互模块，所述ARM处理器上连接有数据采集模块和人机交互模块。
2.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述ARM处理器通过无线通信模块连接到监控终端。
3.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述数据采集模块包括51单片机芯片及51单片机连接激光甲烷传感器。
4.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述ARM处理器连接有声光报警装置和振动提示装置。
5.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述ARM处理器连接有用于存储数据的数据存储模块。
6.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述人机交互模块采用触控屏。
7.根据权利要求2所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述无线通信模块采用3G/4G无线模块。
8.根据权利要求1所述的一种便携式激光甲烷检测装置，其特征在于：所述ARM处理器采用S3C2440芯片。
9.根据权利要求1～8任一所述的一种便携式激光甲烷检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：首先，通过便携式激光甲烷检测装置上的激光甲烷传感器将矿井环境中的甲烷浓度以电压/电流信号的形式发送给51单片机，51单片机进行数据处理传送到ARM处理器；其次，ARM处理器将获得的电压/电流信号进行处理得到甲烷浓度以及采集时间点存储自身存储模块，ARM处理器定时读取数据存储模块的甲烷浓度和采集时间点采用模糊推理算法计算甲烷浓度的变化率，进而计算遇火***的危险系数。
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