专利名称：便携式气体检测及人员搜救组合仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于煤矿井下的便携式气体检测及人员搜救组合仪器，属煤 矿安全监测及人员监测电子技术领域。
背景技术：
目前公知的用于煤矿井下气体检测仪器，一般为单一的气体检测，最多的是两种 气体检测，分有线的和便携的两类，主要以检测甲烷气体为主，如甲烷传感器和便携式甲烷 检测报警仪，是两种独立的产品。甲烷传感器大都为由矿用电源(本安直流12V 24V)供 电，采用载体催化元件检测头，信号输出为频率或电流方式通过多芯电缆与监控分站相连 接，有线传输的弊端是对线路依赖性强、受布线局限有些重要的监测点不能放置传感器以 及故障点多维护困难；便携式甲烷检测报警仪大都为普通充电电池供电，0 4% CH4测量 范围的载体催化元件检测头，无信号输出功能，整机电流在50mA左右，电池一次充满电后 正常工作时间为24小时。以上两种产品有些在空气环境中能实现自动调零，但在有瓦斯气 体环境中均不能实现自动调零，不能实现信号无线传输，功耗均在50mA以上，均无人员识 别功能；而公知的井下人员读卡器，是一种由矿用电源(本安直流12V 24V)供电，用于读 取识别范围内的人员识别卡的信息，并将信息有线传输给井下人员位置分站或直接传输给 地面监控主机，不能进行井下移动式搜救、呼救，不能在井下实现收发短信息的功能。
发明内容本实用新型的目的是，根据传统的煤矿井下气体检测仪器存在检测气体单一化的 等技术上的不足，本实用新型将设计和推出一种能检测多种井下气体，并能在井下对受难 人员进行搜救的组合式仪器。本实用新型的技术方案是，本实用新型便携式气体检测及人员搜救组合仪由本安 外壳、气体传感检测头、四组通用信号插座、镍氢电池组、主板、显示板、显示窗、声光报警 器、触摸式按键组成；主板、显示板、声光报警器、镍氢电池组安装在本安外壳内；四组通用 信号插座设置在本安外壳的底部，气体传感检测头是独立的部件，四组通用信号插座对内 与主板电路相连，对外分别与四种气体传感检测头的插头相连；显示窗设置在本安外壳上 方面板上，上方面板还安装了触摸式按键，留有蜂鸣器报警孔。所述传感检测头包括分别为由甲烷、一氧化碳、氧气、硫化氢气体的敏感元件与相 应的检测电路和前级信号放大电路制作在一起形成的独立部件，它们的输出都是0 3V信 号，插脚具有通用性，仪器留有四组通用信号插座，最多可同时检测四种环境气体及环境温 度，用户可以根据现场的实际需要进行传感头的配置，使用灵活方便，从而有效地为用户节 省投资。四组通用信号插座设置在本安外壳的底部，气体传感检测头是独立的部件，两者通 过插头座相连，各自气室通过气室外壳内侧螺纹旋钮在通用信号插座上，气室外壳底部有 多个小孔，与检测仪外空气相通；传感检测头可从气室接受到气体；可实现由用户自由选 择组合即插即用的多种气体实时综合检测，弥补了公知的其它型式的便携式气体检测仪只
3能检测一到两种气体的不足。本实用新型仪器电路的主板以ZigBee无线射频单片机芯片CC2530为核心 (CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器)，内部电路由 电源稳压及充电电路、小体积前置信号放大板(兼做气敏元件管脚插接板)、催化元件的脉 宽调制供电电路、信号采集电路、无线通讯电路、显示和声光报警电路等构成。仪器单片机 软件分元件供电方式模块、信号检测模块、自动调零模块、A/D转换模块、ZIGBEE无线通讯 模块、按键显示及声光报警模块等。本实用新型传感检测头采用独特的脉冲供电方式的仪器在休眠时采用脉宽调制 方式使热传感检测头保持在热态，然后再对其全压供电几秒，检测后，再进入休眠方式，从 而使其功耗大为降低。即使作为与安全监控系统配套使用的传感器连续使用时，通过软件 设计也可对传感检测头进行5秒脉冲供电一3秒全压供电一毫秒级的A/D转换检测的循环 连续检测。一个检测周期仅需8秒多，远低于国家行业标准对气体检测的响应时间20S。加 上选用低功耗的传感元件及灵活运用CC2530内核CPU低功耗的工作模式使得整个仪器的 最大工作电流仅为20mA，由于仪器采用三节1. 2V1000mAh的镍氢电池串联作为仪器的供电 电源，因此电池一次充满电后连续工作时间可达15天以上。而其它公知的便携式甲烷检测 报警仪整机电流在50mA左右，电池一次充满电后连续工作时间为24小时。本实用新型利用热催化元件必须在额定电压下温度达到500摄氏度以上才会对 甲烷气体产生反应的特性，在有甲烷气体的井下复杂环境里实现自调零，即仪器在工作过 程中通过软硬件相结合的方法每隔一段时间将对热催化元件的供电电压降为IV以下，使 其不对甲烷气体产生反应，此时检测的信号值即为仪器零点，从而实现甲烷传感头零点的 实时自动调整。其它公知的甲烷传感器虽然也有自动调零的功能，但必须是在无瓦斯的空 气环境进行，而且由于受井下温度、风速等环境的影响，甲烷传感头在地面环境下调整的零 点与井下复杂环境下的零点有一定差异。因此，国家行业标准规定煤矿井下检测甲烷气体 的传感器工作十五天后，必须拿到井上在新鲜空气风流中调校零点和灵敏度。本实用新型的主板采用以ZigBee新一代无线射频单片机芯片CC2530构成的无 线网络将检测信号无线传送至矿用分站，再由矿用分站通过光纤环网或电缆传输至监控机 房。弥补公知的便携式气体检测仪无信号传输功能和公知的井下气体传感器信号有线传输 的不足。本实用新型可通过面板的按键设置为移动式搜救器工作方式，可与人员识别卡直 接构成无线ZigBee网络，当井下人员遇到危险情况时，身上佩带的人员识别卡仍在工作， 会每隔半秒发出无线信号，救援人员携带本搜救仪器进行人员搜寻，在井下能够识别半径 50米范围内的人员识别卡信息，液晶显示器可显示128*64点阵的图形或汉字，可实时显示 人员的编号、名字和信号的强弱，从而起到人员搜救的功能。当工作人员携带本组合仪遇到 危险时，也可通过面板的紧急呼救组合按键发出紧急呼救信息，通过无线网络传送给地面。 仪器内部固化好多条工作短信，通过与监控系统制定好的专有协议来实现与监控系统双向 短信通讯的功能。本实用新型与现有技术比较的有益效果是，传统的煤矿井下气体检测仪一台仪器 只能检测一至二种气体，且传统的煤矿井下便携式气体检测仪无信号传输功能，只能采用 信号的有线传输。本实用新型具有集甲烷传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器、便携式甲烷检测报警仪、人员识别卡、搜救器、呼救器、短信通讯器九种产品于一体， 且体积合适、性能稳定，维护简单、使用寿命长，具有极高的性能价格比。本实用新型适用煤矿矿井多种气体的便携检测及人员搜救。

图1为便携式气体检测及人员搜救组合仪外形图图中图号表示⑴外壳；⑵显示窗；(3)MA标志；⑷防爆标志；(5)蜂鸣器报警 孔；(6)铭牌；(7)触摸式键盘；(8)四组通用信号插座及气体传感检测头图2为便携式气体检测及人员搜救组合仪结构方框图。
具体实施方式
图1为本实用新型实施例便携式气体检测及人员搜救组合仪的外形结构图，图2为实用新型实施例便携式气体检测及人员搜救组合仪的以方框图。本实用新型实施例由本安外壳(1)、四组通用信号插座及气体传感检测头(8)、镍 氢电池组、主板、显示板、显示窗(2)、声光报警器、触摸式按键(7)组成。主板、显示板、声光 报警器、镍氢电池组安装在本安外壳内；四组通用信号插座设置在本安外壳的底部，四组通 用信号插座对内与主板电路相连，对外分别与四种气体传感检测头的插头相连；显示窗设 置在本安外壳上方面板上，上方面板还安装了触摸式按键，留有蜂鸣器报警孔(5)。四组通用信号插座设置在本安外壳的底部，气体传感检测头是由四种气体的敏 感元件与相应的检测电路和前级信号放大电路制作在一起形成的独立部件，两者通过插 头座相连，各自气室通过气室外壳内侧螺纹旋钮在通用信号插座上，气室外壳底部有多个 小孔，与检测仪外空气相通；传感检测头可从气室接受到气体。显示屏采用低功耗无需背 光的0LED显示屏；本安外壳采用重量轻、坚固度好的高强度ABS塑料；仪器电路的主板以 ZigBee无线射频单片机芯片CC2530为核心(CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF 收发器与一个8051微处理器)，内部电路由电源稳压及充电电路、小体积前置信号放大板 (兼做气敏元件管脚插接板)、催化元件的脉宽调制供电电路、信号采集电路、无线通讯电 路、显示和声光报警电路等构成。仪器单片机软件分元件供电方式模块、信号检测模块、自 动调零模块、A/D转换模块、ZIGBEE无线通讯模块、按键显示及声光报警模块等。仪器镍氢 电池组采用三节4500mAh的镍氢电池串联组成；甲烷、一氧化碳、氧气、硫化氢气体检测头 均设计为传感元件、检测电路和前级信号放大电路做在一起形成一独立部件，气敏元件插 在或焊接在小巧的放大电路板上，输出为0 3V电压信号，插脚具有通用性，仪器留有四组 通用信号插座即可实现由用户自由选择组合即插即用的多种气体实时综合检测，信号输出 给主板CPU的8路A/D输入脚。传感检测头采用独特的脉冲供电方式仪器在休眠时采用脉 宽调制方式使热传感头保持在热态，然后再对其全压供电几秒，检测后，再进入休眠方式， 从而使其功耗大为降低。即使作为与安全监控系统配套使用的传感器连续使用时，通过软 件设计使检测头进行循环工作于下面几种状态脉宽调制脉冲供电状态一秒全压供电(同 时单片机处于休眠状态)状态一毫秒级的A/D转换检测状态。本项目深入研究热催化元件 与甲烷气体产生反应的特性，利用于热催化元件必须在额定电压下温度达到500摄氏度以 上才会对甲烷气体产生反应的特性，在有甲烷气体的井下复杂环境里实现自调零，即仪器
5在工作过程中通过软硬件相结合的方法每隔一段时间将对热催化元件的供电电压降为IV 以下，使其不对甲烷气体产生反应，此时检测的信号值即为仪器零点，从而实现甲烷传感头 零点的实时自动调整。 利用以ZigBee新一代无线射频单片机芯片CC2530构成的无线网络将信号无线传 送至矿用分站，再由矿用分站通过光纤环网或电缆传输至监控机房。当紧急状态时可通过 面板的按键设置为移动式搜救器工作方式，可与人员识别卡直接构成无线ZigBee网络，当 井下人员遇到危险情况时，身上佩带的人员识别卡仍在工作，会每隔半秒发出无线信号，救 援人员携带本搜救仪器进行人员搜寻，在井下能够识别半径50米范围内的人员识别卡信 息，液晶显示器可显示128*64点阵的图形或汉字，可实时显示人员的编号、名字和信号的 强弱，从而起到人员搜救的功能。当工作人员携带本组合仪遇到危险时，也可通过面板的紧 急呼救组合按键发出紧急呼救信息，通过无线网络传送给地面。仪器内部固化好多条工作 短信，通过与监控系统制定好的专有协议来实现与监控系统双向短信通讯的功能。
权利要求一种便携式气体检测及人员搜救组合仪，其特征是，所述组合仪由本安外壳、气体传感检测头、四组通用信号插座、镍氢电池组、主板、显示板、显示窗、声光报警器、触摸式按键组成；主板、显示板、声光报警器、镍氢电池组安装在本安外壳内；四组通用信号插座设置在本安外壳的底部，气体传感检测头是独立的部件，四组通用信号插座对内与主板电路相连，对外分别与四种气体传感检测头相连；显示窗设置在本安外壳上方面板上，上方面板还安装了触摸式按键，留有蜂鸣器报警孔。
2.根据权利要求1所述的便携式气体检测及人员搜救组合仪，其特征是，所述气体传 感检测头分别为由甲烷、一氧化碳、氧气、硫化氢气体的敏感元件与相应的检测电路和前级 信号放大电路制作在一起形成的独立部件，它们的输出都是0 3V信号，插脚具有通用性。
3.根据权利要求1所述的便携式气体检测及人员搜救组合仪，其特征是，所述主板以 无线射频单片机芯片CC2530为核心，内部电路由电源稳压及充电电路、小体积前置信号放 大板、催化元件的脉宽调制供电电路、信号采集电路、无线通讯电路、显示和声光报警电路 等构成。
4.根据权利要求3所述的便携式气体检测及人员搜救组合仪，其特征是，所述无线射 频单片机芯片CC2530构成的无线网络可将气体检测信号及无线接收的人员信息无线传送 至矿用分站。
专利摘要一种便携式气体检测及人员搜救组合仪，该组合仪由本安外壳(1)、四组通用信号插座及气体传感检测头(8)、镍氢电池组、主板、显示板、显示窗(2)、声光报警器、触摸式按键(7)组成；主板、显示板、声光报警器、镍氢电池组安装在本安外壳内；四组通用信号插座设置在本安外壳的底部，四组通用信号插座对内与主板电路相连，对外分别与四种气体传感检测头的插头相连；显示窗(2)设置在本安外壳上方面板上，上方面板还安装了触摸式按键(7)，留有蜂鸣器报警孔(5)。本实用新型具有最多可同时检测四种煤矿井下气体的功能、具有极低功耗，可实现在有甲烷气体的井下环境里自动调零、可实现信号无线传输及兼做人员搜救器。
文档编号G01N27/16GK201606106SQ20102013619
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者彭筱艳, 毕炎华, 潘国庆, 王晖, 王清和 申请人:南昌东维电子科技有限公司