专利名称：一种束管红外在线数据处理与控制装置及方法
技术领域：
本发明属于检测矿井内气体技术领域，具体涉及一种束管检测用数据处理与控制装置及方法。
背景技术：
近年来，随着矿井安全防范意识的增强，火灾自燃束管监测系统已逐渐广泛的应用于煤炭行业，其工作原理是通过束管把井下各监测点的样品气抽取到检测室，在管理工作站的控制下，通过控制柜自动切换气路，对样品气进行检测，通过气体变化趋势图、三角爆炸分析原理分析可能的自燃爆炸危险程度，实现对井下火灾自燃、爆炸的预警，避免事故发生。目前，火灾自燃束管监测系统中主要采用色谱仪作为检测设备，而色谱仪的工作模式为样品气体进入色谱仪后在载气的输送下，经过色谱柱的作用后改变所检测气体的流速，从而起到分离的作用，然后经热导或氢焰检测器转换为电信号传递给采集卡，并由采集卡将关于各气体浓度的信号转换成数字信号后传送给管理工作站，由此可见，色谱仪的检测、处理过程比较复杂，速度较慢，一路样品气的分析时长一般为10-15分钟，检测周期长；并且色谱仪在连续工作的情况下，极容易发热，加快了色谱柱的老化速度，鉴于此，色谱仪不能长时间连续在线运行。然而，瓦斯气体是煤矿安全生产最具威胁的隐患因素之一，瓦斯与氧气的混合比例达到一定比例就有自燃、爆炸的危险，所以连续、快速、准确的监测其浓度比例是煤矿所需要的。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种束管红外在线数据处理与控制装置及方法，能够连续、快速的监测矿井内各监测点的瓦斯气体浓度。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是设计一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于包括气体红外检测仪，气体红外检测仪中设有氧气红外检测元件、 一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件、甲烷红外检测元件以及CPU单元，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件通过模数转换模块电联接CPU单元。优选的，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件与模数转换模块之间设置模拟信号通道切换器，模数转换模块中设有一路转换通道，CPU单元控制联接模拟信号通道切换器。优选的，还包括管理工作站，气体红外检测仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口以及与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与CPU单元电联接，串口电联接管理工作站。优选的，还包括控制柜，控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口经微型气泵连通气体红外检测仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气体红外检测仪的输入口相通。优选的，控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀和抽气栗。优选的，控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板。优选的，微型气泵与气体红外检测仪之间串设稳压阀和过滤器。本发明还提供了一种束管红外在线数据处理与控制方法，包括以下步骤
步骤一抽气；
开启抽气泵工作30-45分钟，将原来存留在束管中的气体排出，抽入矿井内各监测点的气体，开始控制某一两位三通电磁阀工作，保证同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气体红外检测仪的输入口相通；
管理工作站进入延时状态，采集的样品气体进入气体红外检测仪，待此路样品气将气体红外检测仪中的气体吹出；
步骤二 检测；
待管理工作站的延时状态结束，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件开始一一对应将样品气中氧气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的浓度转换为电信号，电信号经模拟信号通道切换器依次切换，A/D转换后传给CPU单元，CPU单元上传至管理工作站；
步骤三结果显示与保存；
管理工作站根据检测结果绘制气体浓度变化趋势图，并显示与保存，完成一路束管监测。与现有技术相比，本发明的有益效果是
I、由于由气体红外检测仪代替现有技术中的色谱仪，可直接利用气体红外检测仪中各种红外检测元件快速的将气体的浓度转换为不同强度的电信号，保存在CPU单元中，此种处理方式简洁，大大缩短了单路样品气的检测、分析周期；并且红外检测元件属于传感器， 灵敏度高，并且能够长时间在线运行，克服了现有技术中色谱仪中色谱柱易老化和不能长时间连续运行的弊端。2、氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件与模数转换模块之间设置模拟信号通道切换器，模数转换模块中设有一路转换通道，CPU单元控制联接模拟信号通道切换器，使模拟信号通道切换器在CPU单元的控制下依次将反应各种气体浓度的电信号输送给一路模数转换模块，完成模数转换，减少了模数转换模块的路数，降低其成本。3、在气体红外检测仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口以及与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与CPU单元电联接，串口电连接管理工作站，实现了气体红外检测仪与管理工作站间的直接通讯，提高了系统控制的可靠性。
4、控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口经微型气泵连通气体红外检测仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气体红外检测仪的输入口相通,使用时,可先开启抽气泵一段时间，将束管中的气体全部抽出，抽入各检测点的气体，通过控制两位三通电磁阀，实现了同一时间只检测一路矿井内气体，进一步保证了气体检测的准确性。5、控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀和抽气泵，现了管理工作站与串行通讯板的串行通讯，只需要发送数据线、接收数据线和地线三根信号线即可，减少了信号线的数量，并且串行通讯具有数据校验规程，提高了信号传输的可靠性；并减少了安装人员的接线工作量，避免了线路交叉接错的情况。6、控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板，可使管理工作站与串行通讯板之间的通讯线在控制柜处实现转接，用户在挪动控制柜时，只需拔插接在控制柜上通讯线即可，而不必打开控制柜，更加方便用户的使用。7、增设的稳压阀能够控制气体的流速，进一步提高各红外检测元件的检测精度； 过滤器则阻挡了气体中的灰尘，延长了各红外检测元件的使用寿命。 8、本发明的检测精度高，氧气、二氧化碳和甲烷的检测精度为万分之一，一氧化碳的检测精度可以达到IOppm级。


图I是本发明的结构框图2是控制柜的结构框图。图中标记
I、管理工作站；2、气体红外检测仪；21、氧气红外检测元件；22、一氧化碳红外检测元件；23、二氧化碳红外检测元件；24、甲烷红外检测元件；25、模拟信号通道切换器；
26、模数转换模块；27、串行通讯卡；28、CPU单元；3、控制柜；31、串行通讯板；
32、继电器驱动板；33、两位三通电磁阀；34、第一气体分配器；35、第二气体分配器；
36、微型气泵；37、稳压阀；38、过滤器；4、束管；5、抽气泵。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。如图1、2所示，本发明中，气体红外检测仪2中的氧气红外检测元件21、一氧化碳红外检测元件22、二氧化碳红外检测元件23和甲烷红外检测元件24通过模拟信号通道切换器25电联接具有一路转换通道的模数转换模块26，模数转换模块26电联接CPU单元28， CPU单元28控制联接模拟信号通道切换器25，直接利用气体红外检测仪2中各种红外检测元件快速的将气体的浓度转换为不同强度的电信号，保存在CPU单元28中，此种处理方式简洁，大大缩短了单路样品气的检测、分析周期；并且红外检测元件属于传感器，灵敏度高， 并且能够长时间在线运行，克服了现有技术中色谱仪中色谱柱易老化和不能长时间连续运行的弊端；并使模拟信号通道切换器25在CPU单元28的控制下依次将反应各种气体浓度的电信号输送给一路模数转换模块26，完成模数转换，减少了模数转换模块26的路数，降低其成本。在气体红外检测仪2内增设串行通讯卡27，串行通讯卡27包括串口以及与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与CPU单元28电联接，串口电连接管理工作站1，实现了气体红外检测仪2与管理工作站I间的直接通讯，提高了系统控制的可靠性。还设置了管理工作站I和控制柜3，气体红外检测仪2内增设串行通讯卡27，串行通讯卡27包括串口和与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与CPU单元28电联接，串口电联接管理工作站I。控制柜3内安装有第一气体分配器34和第二气体分配器35,第一气体分配器34的总入口联通抽气泵5、各分出口上均设置两位三通电磁阀33，两位三通电磁阀33的分支输出口一一对应联接第二气体分配器35的分入口，第二气体分配器35的总出口经微型气泵36连通气体红外检测仪2的输入口，各两位三通电磁阀33交替开启，同一时间第一气体分配器34中只有一个分出口与气体红外检测仪2的输入口相通。使用时，可先开启抽气泵5 —段时间，将束管4中的气体全部抽出，抽入各检测点的气体，通过控制两位三通电磁阀33，实现了同一时间只检测一路矿井内气体，进一步保证了气体检测的准确性。控制柜3内还设置串行通讯板31，管理工作站I通过通讯线联接串行通讯板31， 串行通讯板31并行电信号控制继电器驱动板32，继电器驱动板32控制联接两位三通电磁阀33和抽气泵5，现了管理工作站I与串行通讯板31的串行通讯，只需要发送数据线、接收数据线和地线三根信号线即可，减少了信号线的数量，并且串行通讯具有数据校验规程， 提高了信号传输的可靠性；并减少了安装人员的接线工作量，避免了线路交叉接错的情况。 控制柜3的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站I和串行通讯板31， 可使管理工作站I与串行通讯板31之间的通讯线在控制柜3处实现转接，用户在挪动控制柜3时，只需拔插接在控制柜3上通讯线即可，而不必打开控制柜3，更加方便用户的使用。微型气泵36与气体红外检测仪2之间串设稳压阀37和过滤器38，稳压阀37能够控制气体的流速，进一步提高各红外检测元件的检测精度；过滤器38则阻挡了气体中的灰尘，延长了各红外检测元件的使用寿命。上述装置的工作原理和控制方法如下
将汇集在检测室的束管4中的各芯管连接在各两位三通电磁阀33的输入端，管理工作站I通过控制柜3内的继电器驱动板32启动抽气泵5，待抽气泵5工作约四十五分钟左右， 将存留在束管4中的气体全部排出，而抽入矿井内各检测点的气体，此时管理工作站I控制两位三通电磁阀33，使只有一路芯管与气体红外检测仪2的输入口相通，管理工作站I进入延时状态，采集的样品气体进入气体红外检测仪2。待此路样品气将气体红外检测仪2中的气体吹出；待管理工作站I的延时状态结束，氧气红外检测元件21开始检测样品气中氧气的浓度，一氧化碳红外检测元件22开始检测样品气中一氧化碳的浓度，二氧化碳红外检测元件23开始检测样品气中二氧化碳的浓度，甲烷红外检测元件24开始检测样品气中甲烷的浓度，保证检测元件中的样品气是真正所选气路的有效气体；并将各浓度信号转换为电信号，电信号经模拟信号通道切换器25依次切换，A/D转换后传给CPU单元28，CPU单元28通过串口按照Modbus通讯协议上传至管理工作站I ;
管理工作站I对上述数据进行显示、打印、保存，并绘制趋势变化图，同时把数据上传至矿井调度室。控制依次导通其余的两位三通电磁阀33，完成其它监测点的检测。经过上述检测，氧气、二氧化碳和甲烷的检测精度为万分之一，一氧化碳的检测精度可以达到IOppm级。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于包括气体红外检测仪，气体红外检测仪中设有氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件、甲烷红外检测元件以及CPU单元，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件通过模数转换模块电联接CPU单元。
2.按照权利要求I所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件与模数转换模块之间设置模拟信号通道切换器，模数转换模块中设有一路转换通道，CPU单元控制联接模拟信号通道切换器。
3.按照权利要求I或2所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于 还包括管理工作站，气体红外检测仪内增设串行通讯卡，串行通讯卡包括串口以及与串口相联的外围通讯电路，外围通讯电路与CPU单元电联接，串口电联接管理工作站。
4.按照权利要求I或2所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于 还包括控制柜，控制柜内安装有第一气体分配器和第二气体分配器，第一气体分配器的总入口联通抽气泵、各分出口上均设置两位三通电磁阀，两位三通电磁阀的分支输出口一一对应联接第二气体分配器的分入口，第二气体分配器的总出口经微型气泵连通气体红外检测仪的输入口，各两位三通电磁阀交替开启，同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气体红外检测仪的输入口相通。
5.按照权利要求4所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于控制柜内还设置串行通讯板，管理工作站通过通讯线联接串行通讯板，串行通讯板并行电信号控制继电器驱动板，继电器驱动板控制联接两位三通电磁阀和抽气泵。
6.按照权利要求5所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于控制柜的机壳上设置有通讯线的转接件，转接件分别联接管理工作站和串行通讯板。
7.按照权利要求4所述的一种束管红外在线数据处理与控制装置，其特征在于微型气泵与气体红外检测仪之间串设稳压阀和过滤器。
8.一种束管红外在线数据处理与控制方法，包括以下步骤步骤一抽气；开启抽气泵工作30-45分钟，将原来存留在束管中的气体排出，抽入矿井内各监测点的气体，开始控制某一两位三通电磁阀工作，保证同一时间第一气体分配器中只有一个分出口与气体红外检测仪的输入口相通；管理工作站进入延时状态，采集的样品气体进入气体红外检测仪，待此路样品气将气体红外检测仪中的气体吹出；步骤二 检测；待管理工作站的延时状态结束，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件开始一一对应将样品气中氧气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的浓度转换为电信号，电信号经模拟信号通道切换器依次切换，A/D转换后传给CPU单元，CPU单元上传至管理工作站；步骤三结果显示与保存；管理工作站根据检测结果绘制气体浓度变化趋势图，并显示与保存，完成一路束管监测。
全文摘要
本发明公开了一种束管红外在线数据处理与控制装置，属于检测矿井内气体技术领域，其包括气体红外检测仪，气体红外检测仪中设有氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件、甲烷红外检测元件以及CPU单元，氧气红外检测元件、一氧化碳红外检测元件、二氧化碳红外检测元件和甲烷红外检测元件通过模数转换模块电联接CPU单元。该控制装置可直接利用气体红外检测仪中各种红外检测元件快速的将气体的浓度转换为电信号，保存在CPU单元中，此种处理方式简洁，缩短了单路样品气的检测、分析周期；并且红外检测元件属于传感器，灵敏度高，能够长时间在线运行，克服了现有技术中色谱柱易老化和不能长时间连续运行的弊端。
文档编号G01N21/00GK102608028SQ201210040660
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者郑伟 申请人:淄博立伟自动化监控设备有限公司