矿井灾后环境气体遥感装备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种矿井灾后环境气体遥感装备。所述装备主要应用于井下灾后救援，可随身携带的。所述装备主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、显示屏、通信接口、温度遥感监测单元和可见激光发射器；装备采用开放气室，可对环境中多种气体浓度和环境温度进行遥感监测。井下瓦斯爆炸和火灾等事故，会产生大量有毒有害气体，并消耗大量的氧气，所述装备的应用可使矿井灾后搜寻、救护人员提前获知未到达区域的各种气体浓度和环境温度，提前采取有效措施，使之免受瓦斯爆炸和火灾等事故产生大量有毒气体的危害，保护救援人员生命，提高救援效率。

Remote sensing equipment for mine environmental gas

The utility model discloses a remote sensing equipment for environmental gas after mine disaster. The equipment is mainly used for underground disaster relief. The equipment mainly comprises a laser emitter, a laser receiver, control unit, display, communication interface, temperature remote sensing monitoring unit and visible laser transmitter; equipped with open air chamber, for remote monitoring of a variety of gas concentration in the environment and environmental temperature. Mine gas explosion and fire accidents, will produce large amounts of toxic and harmful gases, and consume a large amount of oxygen, the application of the equipment can make the mine disaster search and rescue personnel informed in advance does not reach the area of the gas concentration and temperature, and take effective measures in advance, so that from the gas explosion and fire hazard accident a lot of poisonous gases, protect the rescue personnel life, improve rescue efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种矿井灾后环境气体遥感装备，该装备涉及激光技术、光谱分析技术、信号处理技术等领域。
技术介绍
煤炭是我国主要能源，约占一次能源70％。煤炭行业是高危行业，瓦斯、火灾、顶板、煤尘等事故困扰着煤矿安全生产。事故发生后，及时掌握井下事故现场情况，是正确、有效救援，减少人员伤亡的关键。井下瓦斯爆炸和火灾等事故，会产生大量CO，CO2，CH4等有毒有害气体，消耗大量O2。当事故现场有毒有害气体浓度超高、O2含量较低时，会危害搜寻、救护人员的生命，因此在进行井下灾后救援时，应先对未到达的一定距离内的矿井环境空气危险性进行侦测。现有救援工作中环境空气侦测方法包括短距遥感监测、探杆侦测和抛掷侦测。应用于矿井的短距离遥感监测目前只能对甲烷浓度进行侦测，不能侦测其它气体浓度和环境温度，而且一般侦测距离不超过30米；探杆侦测是将甲烷传感器固定于探杆顶部，将探杆伸至未到达区域进行侦测，此方法受探杆长度限制，侦测效率低，影响救援工作效率；抛掷侦测是通过专用的投掷设备将甲烷传感器投掷至巷道的未到达区域，再对环境进行侦测，由于投掷设备操作受人为因素影响较大，传感器损坏率高，投掷成功率低，侦测距离虽高于探杆方式，但实际应用效果并不理想。所以目前需要可应用于井下灾后救援的、可随身携带的、可远距离侦测井下CO，CO2，CH4，O2等气体浓度的新型侦测设备。
技术实现思路
本技术涉目的在于提供一种矿井灾后环境气体遥感装备。所述装备主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、显示屏、通信接口、温度遥感监测单元和可见激光发射器；装备采用开放气室，可对环境中多种气体浓度和环境温度进行遥感监测；可见激光发射单元负责发射与激光发射器发射方向相同的可见激光；装备具有激光测距功能。1.所述装备进一步包括：装备为防爆型设备。2.所述装备进一步包括：装备的激光发射器采用一个可调谐半导体激光器；可调谐半导体激光器受控制处理单元控制，发出不同波长的激光；激光接收器接收反射回来的激光，将激光信号转换为电信号，控制处理单元处理电信号得到相应的气体浓度。3.所述装备进一步包括：装备的激光发射器包括多个可调谐半导体激光器；每个可调谐半导体激光器发出的激光波长在某个相对固定的波长范围内；控制处理单元通过多路信号选择器分时控制各可调谐半导体激光器产生激光，各可调谐半导体激光器通过光纤连接合光器，合光器输出通过一个光纤连接准直器，由准直器将激光发射出去；激光接收器接收反射回来的激光，将激光信号转换为电信号，控制处理单元处理电信号得到各气体浓度。4.所述装备进一步包括：装备的激光发射器可发射包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气分子吸收峰值的波长范围的激光。5.所述装备进一步包括：装备的通信接口包括无线通信接口。附图说明图1矿井灾后环境气体遥感装备实施方案1组成示意图。图2矿井灾后环境气体遥感装备实施方案1原理示意图。图3矿井灾后环境气体遥感装备实施方案2组成示意图。图4矿井灾后环境气体遥感装备实施方案2原理示意图。图5信号发生器原理示意图。图6数字鉴相器原理示意图。图7矿井灾后环境气体遥感装备工作流程图。具体实施方式所述遥感装备的具体实施方式1如图1所示，装备组成包括：1.控制处理单元(101)：负责控制激光发射器(110)发射激光；处理激光接收器(116)返回的信号获得气体浓度和反射物距离；控制通信接口(120)进行通信；控制显示屏(121)显示；接收按键(122)的操作信号并进行相应的处理。控制处理单元具体包括：1)核心处理器(102)，可采用三星S3C2440处理器，S3C2440是基于ARM920T内核的微处理器，；S3C2440具有3个UART接口，2个SPI接口，2个USB接口，1个IIC-BUS接口；通过UART接口与数字鉴相器(204)连接通信；，使用嵌入式Linux平台实现驱动控制通信。2)电源与时钟模块(103)，包括DC电压转换和时钟管理元件，DC电压转换均采用MAX1724系列电源芯片，为所有芯片供电；选用12MHz晶振。3)存储模块(104)；包括256MNANDFlash、一片4MNORFlash、128MSDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。4)信号发生器(105)，负责产生用于控制激光发射器发射用于气体浓度监测的调制锯齿波控制信号，具体结构及工作原理在图5进行说明。5)多路数据选择器(106)，负责信号发生器(105)与多路激光器之间的选通，采用CD4051BC双向模拟开关，由核心处理器(102)的3个I/O口控制选通，1个I/O口控制开关；COMMONIN/OUT口与信号发生器(105)连接，4个IN/OUT口分别连接不同可调谐半导体激光器(111)。6)锁相环放大器(107)，负责提取气体吸收信号的一次、二次谐波，利用信号与噪声的互不相关性来抑制噪声，提高信噪比，可采用如LIA-MV-150的锁相放大器模块。7)模数转换器(108)，负责将锁相放大器解调出的一次、二次模拟信号转换成数字信号，可采用ADS836416位多通道A/D转换器芯片，具有6个全差分输入通道。8)数字鉴相器(109)，负责处理接收到的测距信号，将接收信号与发送控制信号进行比对，获得信号间的相位差，并将相位差以数据方式通过接口传送给核心处理器。数字鉴相器具体结构及工作原理在图6进行说明。2.激光发射器(110)，负责测距及气体监测的激光信号的发射，具体组成包括：1)可调谐半导体激光器(111)，可发出所监测气体某吸收峰值波长的激光，不同气体采用不同波长的可调谐半导体激光器，甲烷1650nm、一氧化碳2240nm、二氧化碳2000nm、氧气760nm，可采用蝶形可调谐半导体激光器，蝶形可调谐半导体激光器集成TEC电流温度控制半导体元件，例如SAF117XS系列。2)合光器(112)，采用光纤合波器将不同波长的激光合成一束，本装备各可调谐半导体激光器采用分时发射，所以输出端在某一时刻也只有一个波长的激光输出。3)光纤(113),由于要传输不同波长的激光，光纤采用多模光纤。4)准直器(114)，控制激光定向发射而在空间形成的一条光束，采用FC接口光纤激光准直透镜。3.可见激光发射器(115)，用于发射可见激光束，通过可见光斑为使用者指示反射面位置，采用光斑直径6mm的红色激光二极管。4.激光接收器(116)，负责接收激光信号，将激光信号转换为电信号，具体组成包括：1)接收透镜(117)，负责将反射回来的激光聚集至光电探测器。2)暗室(118)，采用密闭筒型结构，内壁涂吸光材料。3)光电探测器(119)，负责将接收到的激光信号转换为电信号，包括光接收元件和放大电路；光接收元件采用InGaAsPIN光电二极管，放大电路主要元件采用AD603,并联两个电压跟随器分别连接锁相环放大器(107)和数字鉴相器(109)。5.通信接口(120)，用于监测数据传输，通信接口具体包括：1.有线通信接口(121),主要芯片采用DM9000，DM9000是完全集成的单芯片以太网MAC控制器，上层的网络协议由核心处理器的内置Linux驱动支持。DM9000支持10/100M自适应，支持3.3V与5V的电源电压。DM9000通过网络隔离变压器接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井灾后环境气体遥感装备，其特征在于：装备主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、显示屏、通信接口、温度遥感监测单元和可见激光发射器；装备采用开放气室，可对环境中多种气体浓度和环境温度进行遥感监测；可见激光发射单元负责发射与激光发射器发射方向相同的可见激光；装备具有激光测距功能。

【技术特征摘要】
1.一种矿井灾后环境气体遥感装备，其特征在于：装备主要包括激光发射器、激光接收器、控制处理单元、显示屏、通信接口、温度遥感监测单元和可见激光发射器；装备采用开放气室，可对环境中多种气体浓度和环境温度进行遥感监测；可见激光发射单元负责发射与激光发射器发射方向相同的可见激光；装备具有激光测距功能。2.如权利要求1所述的遥感装备，其特征在于：装备为防爆型设备。3.如权利要求1所述的遥感装备，其特征在于：装备的激光发射器包括一个可调谐半导体激光器；可调谐半导体激光器受控制处理单元控制，发出不同波长的激光；激光接收器接收反射回来的激光，将激光信号转换为电信号，控制处理单元处理电信号得到相应的气体浓度。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙继平，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京;11