專利名稱：基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種甲烷檢測系統(tǒng)，具體而言，涉及一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤礦安全生產(chǎn)過程中的瓦斯氣體防治是重中之重。傳統(tǒng)上使用先抽后采的方法是防范瓦斯氣體事故和提高煤礦安全生產(chǎn)作業(yè)的保障之策。另外，抽采上來的瓦斯有害氣體可以進(jìn)行發(fā)電生產(chǎn)，這將會給煤礦帶來很大經(jīng)濟(jì)利益?？墒?，在瓦斯氣體的抽采過程中，需要對瓦斯氣體濃度進(jìn)行實(shí)時的在線監(jiān)測。甲烷是瓦斯氣體的主要成分，日前已經(jīng)應(yīng)用到甲烷氣體檢測的方法有光干涉型、熱導(dǎo)型、載體催化燃燒型、紅外吸收型等類型，但是以上所列檢測手段都存在程度不同的弊端之處。例如，電化學(xué)型甲烷氣體傳感器容易存在漂移現(xiàn)象，到兩周的時間就需要進(jìn)行校正，精度比較低；紅外吸收型傳感器容易不同被檢測氣體之間存在交叉吸收現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)，可用于煤礦井下有害氣體的監(jiān)測。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，包括單片機(jī)、驅(qū)動及溫控電路、激光器和光電探測模塊，所述單片機(jī)控制所述驅(qū)動及溫控電路激發(fā)所述激光器，再通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的光分別耦合到參考池及待測氣體中，被氣體吸收之后的光信號傳輸?shù)剿龉怆娞綔y模塊，依次通過放大濾波電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳輸至所述單片機(jī)中計算分析。優(yōu)選的，所述單片機(jī)連接有聲光報警模塊。優(yōu)選的，所述單片機(jī)連接有顯示模塊。優(yōu)選的，所述單片機(jī)連接有通信電路，通過所述通信電路連接于上位機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果是:1、本實(shí)用新型的系統(tǒng)具有非常好的穩(wěn)定性能，能夠在0% 100%得量程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)分布式的多點(diǎn)甲烷氣體濃度在線實(shí)時監(jiān)測與顯示。2、本實(shí)用新型的參考池部分用來對激光波長的漂移現(xiàn)象進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對甲烷氣體的吸收線進(jìn)行鎖定。上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。

此處所說明的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1為本實(shí)用新型所述的甲烷監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中標(biāo)號說明:1、激光器，2、驅(qū)動及溫控電路，3、單片機(jī)，4、通信電路，5、顯示模塊，6、聲光報警模塊,7、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,8、放大濾波電路，9、光電探測模塊,10、參考池，11、待測氣體。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。參照圖1所示，一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，包括單片機(jī)3、驅(qū)動及溫控電路
2、激光器I和光電探測模塊9，所述單片機(jī)3控制所述驅(qū)動及溫控電路2激發(fā)所述激光器I，再通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的光分別耦合到參考池10及待測氣體11中，被氣體吸收之后的光信號傳輸?shù)剿龉怆娞綔y模塊9，依次通過放大濾波電路8、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路7傳輸至所述單片機(jī)3中計算分析。所述單片機(jī)3連接有聲光報警模塊6、顯示模塊5和通信電路4，通過所述通信電路4連接于上位機(jī)。 激光器I選用型號為SHH52-FSL的半導(dǎo)體激光器(波長為532nm),該種儀器是以一定量的半導(dǎo)體物質(zhì)材料來做工作物質(zhì)來產(chǎn)生受激發(fā)射作用的一種器件，它是用P型或N型的半導(dǎo)體單晶物質(zhì)來做工作物質(zhì)，用其他的激光器所發(fā)生的激光來作光泵的激勵。驅(qū)動及溫控電路2，用來驅(qū)動激光器I并且控制激光器I的工作溫度。包括驅(qū)動電路及溫控電路兩大部分。驅(qū)動電路包括電源電壓供應(yīng)電路部分、調(diào)光電路部分以及反饋電路部分。電源電壓供應(yīng)電路部分的輸出端連接于激光器I 一端，并且根據(jù)反饋端所接收到的反饋信號的大小決定供給激光器I的電源電壓的大小。調(diào)光電路模塊部分連接于激光器I另一端，根據(jù)發(fā)送來的脈寬信號的邏輯的狀態(tài)，決定是否導(dǎo)通。反饋電路部分耦接于調(diào)光電路部分和電源電壓供應(yīng)電路部分的反饋端的中間，是根據(jù)調(diào)光電路部分的導(dǎo)通狀態(tài)來決定自身的反饋信號。溫控電路對激光器的溫度進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，用來穩(wěn)定系統(tǒng)激光器的波長和輸出功率，激光器I輸出波長與它的工作溫度有很大關(guān)系，激光器I的光頻率隨著它的工作溫度漂移在0GHz/°C到30GHz/°C之間，本實(shí)用新型使用溫控電路嚴(yán)格控制激光器I的工作溫度。單片機(jī)3使用C8051F410單片機(jī)，單片機(jī)3有兩個以上的通用16位定時器，具有200ksps以上采樣速度的12位的A/D轉(zhuǎn)換器以及12位的D/A轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型所選用的單片機(jī)3是完全集成型的低功耗的混合信號片上系統(tǒng)型的一款MCU，它的最大時鐘頻率可以達(dá)到24.5MHz的程度，它的FLASH存儲器有系統(tǒng)重新編程的能力，可以用于非易失性的數(shù)據(jù)存儲。C8051F410單片機(jī)所產(chǎn)生的鋸齒波狀的信號在本系統(tǒng)的激光器的驅(qū)動電流上面進(jìn)行疊加，用來對本系統(tǒng)的激光器I所輸出的波長進(jìn)行不斷掃描。光電探測模塊9的工作原理是基于光電的效應(yīng)，模塊的熱探測部分是基于材料吸收過光輻射的能量以后溫度就會升高，從而改變了自身的電學(xué)性能，光電探測模塊9對光輻射的波長沒有選擇性。放大濾波電路8使用的放大和濾波電路模塊用來對光電轉(zhuǎn)換所輸出的非常微弱電壓或電流信號進(jìn)行了放大處理，然后進(jìn)行整形再輸出。參考池10用來對激光波長的漂移現(xiàn)象進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)對甲烷氣體的吸收線進(jìn)行鎖定。本實(shí)施例的工作原理如下:單片機(jī)3控制驅(qū)動及溫控電路2激發(fā)激光器I并且控制其工作溫度，再通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的光耦合到含有甲烷氣體的參考池10與待測氣體11中，被氣體吸收之后的光信號分別地傳輸?shù)较到y(tǒng)的光電探測器9，這時將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，此電信號再經(jīng)過放大濾波電路8，對其進(jìn)行濾波和放大的處理之后可得到和光的強(qiáng)度有關(guān)的模擬信號，然后這個模擬信號被傳輸?shù)侥?shù)轉(zhuǎn)換電路7，將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)3中進(jìn)行處理分析，單片機(jī)3在對信號進(jìn)一步的進(jìn)行數(shù)值處理計算以后就可以獲得待測氣體11的具體濃度信息。該待測氣體11的濃度信息將會被分別送到聲光報警模塊6、顯示模塊5和通信電路4，顯示模塊5用來顯示待測氣體11的具體濃度值，如果待測氣體11中的甲烷氣體濃度超過了報警電路的預(yù)定設(shè)置的數(shù)值時侯，聲光報警模塊6將會發(fā)出聲和光的報警信號來報警，系統(tǒng)的聲光的報警點(diǎn)可根據(jù)需要來任意設(shè)置。當(dāng)本實(shí)用新型控制系統(tǒng)要查詢具體的甲烷氣體濃度時侯，只需要發(fā)出具體指令，就可以將測量的結(jié)果經(jīng)過串口和通信電路4發(fā)送到上位機(jī)上面。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括單片機(jī)(3)、驅(qū)動及溫控電路(2)、激光器(I)和光電探測模塊(9)，所述單片機(jī)(3)控制所述驅(qū)動及溫控電路(2)激發(fā)所述激光器(I)，再通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的光分別耦合到參考池(10)及待測氣體(11)中，被氣體吸收之后的光信號傳輸?shù)剿龉怆娞綔y模塊(9)，依次通過放大濾波電路(8)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(7)傳輸至所述單片機(jī)(3)中計算分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)(3)連接有聲光報警模塊(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)(3)連接有顯示模塊(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)(3)連接有通信電路(4)，通過所述通信電路(4)連接于上位機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的甲烷檢測系統(tǒng)，包括單片機(jī)、驅(qū)動及溫控電路、激光器和光電探測模塊，所述單片機(jī)控制所述驅(qū)動及溫控電路激發(fā)所述激光器，再通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的光分別耦合到參考池及待測氣體中，被氣體吸收之后的光信號傳輸?shù)剿龉怆娞綔y模塊，依次通過放大濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳輸至所述單片機(jī)中計算分析。本實(shí)用新型的系統(tǒng)具有非常好的穩(wěn)定性能，能夠在0％～100％得量程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)分布式的多點(diǎn)甲烷氣體濃度在線實(shí)時監(jiān)測與顯示。
文檔編號G01N21/17GK203069498SQ201220716170
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者嚴(yán)毅, 宮磊 申請人:安徽理工大學(xué)