基本信息
- 项目名称：
- 光数一体双模式智能甲烷检测仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本发明作品研发了一种仍依靠光干涉原理，将一部分干涉光经分光棱镜分光转化成数字信号实现光数一体双模式智能瓦斯检测，该新型瓦斯检测仪可随时检测作业场所的瓦斯浓度，数字和光谱同时显示浓度值，保存历史数据供查询与上位机下载，可设定报警值实现声光报警，高度智能化，以适应煤矿安全生产的需要，为我国煤矿安全生产提供保障。
- 详细介绍：
- 甲烷是煤矿井下主要的有害气体，直接威胁矿井安全生产和矿工生命安全。甲烷检测主要是检测甲烷在空气中的体积浓度，以掌握井下瓦斯浓度情况，防止瓦斯事故的发生。 目前煤矿瓦斯检查员主要采用目测式光干涉甲烷检测器，而《煤矿安全规程》第一百四十九条明文规定，瓦斯检查工必须携带便携式光学甲烷检测仪，安全监测工必须携带便携式甲烷检测报警仪或便携式光学甲烷检测仪。但也存在自动化程度低、读数不直观。 本发明作品研发了一种仍依靠光干涉原理，将一部分干涉光经分光棱镜分光转化成数字信号实现光数一体双模式智能瓦斯检测，该新型瓦斯检测仪可随时检测作业场所的瓦斯浓度，数字和光谱同时显示浓度值，保存历史数据供查询与上位机下载，可设定报警值实现声光报警，智能化，适应煤矿安全生产的需要，为我国煤矿安全生产提供保障。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 传统目测式光干涉甲烷检测仪采用人工读数的方法，自动化程度低、人为误差较大、不能对瓦斯检查员的管理、不能存储数据和超限报警等自身弱点。鉴于光干涉法测量的优缺点，本发明作品保留目测式光干涉甲烷检测器的机械系统，通过采用高精度分光棱镜，干涉条纹一部分透过棱镜到达目测系统，另一部分由分光面发生折射，光路改变90度角照射在光电传感器件CCD表面。由CPLD驱动电路和高速单片机控制电路实现数据采集和实时记录及仪器的智能化。并开发配套的基于煤矿标准接口的上位机软件管理分析采集的数据，实现光学数字双模式一体、超限报警、具有数据存储与管理的智能型瓦斯监测。 特点与创新： ①目镜测量和数字显示互补。②采用光电检测。③温度传感器的使用和键盘输入功能。④光源采用白色LED(高亮)发光二极管。⑤单片机智能控制的实现。⑥上位机管理分析软件的开发。 技术关键： ①优化光路设计。②软件开发。③CCD驱动电路设计。④矿用本安设计。 主要技术指标： ①测量原理：光干涉测量原理，光电转换测量原理，分光测量（半透半反）原理。②测量方式：光数一体双模式互补测量方法。③测量范围：0～10.00%CH4。④报警点设置：0.5%CH4、1.0%CH4、1.5%CH4、2.0%CH4（报警点0.00%～4.00%CH4任意设置）。⑤显示与声光报警：带背光液晶显示，声光智能报警（声级80dB）⑥分辨率（精度）：0.01%CH4⑦电源：9V仪器通用电池/3V（5号电池 2节）
科学性、先进性
- 近年，随着计算机技术、光电转换技术、单片机智能控制技术的进步，基于高精度光电传感器件CCD的单片机测控、测量技术已广泛应用于生产和科研工作中。 CCD器件转换环节少，体积小、重量轻、寿命长、响应速度快、可靠性高，功耗低，它具有固定的像元结构，几何位置精度高（优于7μm），通过对传统光干涉甲烷检测器使用情况分析和探讨，并针对现有甲烷检测仪在测量技术方面的不足，结合光、电和单片机智能控制技术，开发了多功能、高集成、便于携带、特别适用于现场测试的便携式光电一体双模式智能甲烷检测仪，其科学性和先进性主要表现在以下几个方面： ①既是光学，又是数字的智能化甲烷检测仪，符合《煤矿安全规程》的要求。②高精度、高集成。使用具有2160像元高精度光电转换器件CCD，像元尺寸14μm×14μm，中心距14μm，能检测光干涉条纹微位移变化量。③使用方便，操作灵活。④便于瓦斯浓度测量的管理，有记忆、储存和超限报警功能。⑤该成果已申请专利，申请号：200920064244.0
获奖情况及鉴定结果
- （1）“线阵CCD驱动电路的可编程设计与实现”发表于期刊《科学技术与工程》2008年第8卷第22期，CSCD （2）2008.12通过湖南煤矿安全装备有限公司组织的技术评审 （3）获专利受理书（光数一体双模式智能甲烷检测仪）
作品所处阶段
- 已制作出产品样机，并已全面调试通过
技术转让方式
- 可通过合资、合股等方式进行技术转让与合作
作品可展示的形式
- 实物、产品 图纸 现场演示 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 光数一体双模式智能甲烷检测仪结合传统光干涉甲烷测定器，应用分光技术，在不改变原有目测光路的前提下，采用CCD光电传感器，将干涉条纹的变化量转换为电信号，用单片机技术对电信号进行处理，由液晶模块直接显示出来，读数直观，测量速度快，测数准确可靠，避免了人为的视觉和操作误差，使用方便。还采用集成温度传感器对环境温度的影响进行补偿，可对当地环境大气压值进行设置，以减少仪器在不同地区、不同环境下工作所造成的测量误差，测试精度比机械式光干涉甲烷测定器更高。可检测现场工作人员的工作情况，可将测试数据进行存储，存储的数据可供查询，并能通过上位机进行显示并打印出报表。 本仪器适用于瓦斯煤矿井下甲烷和二氧化碳浓度的检测。测量原理也可广泛应用到其他气体浓度测量中。 目前我国有1.7万多个煤矿，普遍使用传统光干涉甲烷测定器检测矿井瓦斯，急需装备新的甲烷检测仪器。本成果“光数一体双模式智能甲烷检测仪”产业化后推广后，将有较大的市场前景和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 各类甲烷检测仪： （1）热催化型甲烷检测报警仪 （2）热导型甲烷检测仪 （3）光学甲烷检测仪 （4）气敏半导体式甲烷检测仪 （5）红外吸收原理的甲烷检测仪 热催化型甲烷检测仪是除光干涉甲烷检测仪外在矿山井下应用较普遍的携式甲烷检测仪，对这两种甲烷检测仪进行比较得出： 光干涉甲烷检测仪的测量范围宽，允许误差范围小。 热催化型甲烷检测仪存在调校周期短、易中毒、使用寿命短等无法克服缺点;而光干涉甲烷检测仪由于其性能稳定、使用寿命长、测量准确，成为我国煤矿应用最普遍的便携式甲烷检测仪器。
