[發明專利]單光束非色散紅外氣體感應器以及含有單光束非色散紅外氣體感應器的礦工頭盔

無效

• 申請號: 201310473948.4
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103776793A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 孫延鋒;孫和平;朱恩龍;郭健
• 申請（專利權）人: 天源華威集團有限公司
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504;A42B3/00
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 季萍

技術領域

本發明涉及一種單光束非色散紅外氣體感應器，主要用于探測、預警礦井中危險氣體狀況，屬于氣體應用領域。?

本發明還涉及一種采用上述單光束非色散紅外氣體感應器的礦工頭盔。?

背景技術

最近幾十年，非色散紅外（NDIR）探測技術逐步在氣體分析行業的氣體探測方面得到應用。非色散紅外探測技術的工作原理是光譜吸收法：通過檢測氣體透射光強或反射光強的變化來檢測氣體濃度。每種氣體分子都有自己的吸收(或輻射)譜特征，光源的發射譜只有在與氣體吸收譜重疊的部分才產生吸收，吸收后的光強將發生變化，因而具有高度的選擇特性。當一束光強為輸入光的平行光通過充有氣體的氣室時，如果光源光譜覆蓋一個氣體吸收線，光通過氣體時發生衰減，根據Beer-Lambert定律，即可推算出相應的濃度。由此可知，基于非色散紅外探測技術的氣體分析器是利用待測氣體分子在紅外波段的特征吸收譜線，實現相應氣體濃度的快速準確檢測。另外，非色散紅外探測技術中的“非色散”是通過采用色散元件（該色散元件通常是指窄帶濾光器或紅外透射濾波器，而不是指棱鏡或衍射光柵這類的分散元件）實現的，采用色散元件的目的在于能夠測量到與待測氣體強吸收帶一致的特殊波段上的輻射。?

因此，非色散紅外探測技術具有測量快速準確、靈敏度高、工作穩定、操作容易、工作壽命長等優點，在氣體分析行業被看作是最好的氣體測量方法之一。但是，現階段基于非色散紅外探測技術制造的非色散紅外氣體感應器在礦工開采過程中仍然未得到廣泛應用，理由如下：?

第一、現有的非色散紅外氣體感應器對于礦工開采的氣體監測來說，質量并不可靠：?

礦工在低下礦井中工作時，一般需要配備個人甲烷（CH4）感應器以及個人露點（水蒸氣）感應器。配備個人甲烷（CH4）感應器的目的是礦工在煤礦等礦物開采過程中遇到或打開所謂的“甲烷包”時，能預先探測到接近爆炸極限水平的氣體濃度。由于甲烷沒有氣味，如果不配備個人甲烷感應器，當有“甲烷包”被打開時，在地下工作的礦工就沒有辦法獲得這種致命情況的警示。如果礦工未注意到這種危險的工作環境，繼續挖掘煤礦床，從而煤礦會跟往常一樣產生火花。最終，在迅速達到甲烷的最低爆炸極限后，就會在地下引發爆炸。配備個人露點（水蒸氣）感應器的目的是礦工在開采（煤或其他礦物）過程中遇到地下儲水池時，能探測到其工作區域空氣中水蒸氣的急劇上升，當所探測到的水蒸氣壓上升速率超過了一定的無法解釋的高水準，則應立即警示礦工小心遇到地下“儲水池”，從而留意到潛在的洪水危險，避免繼續挖掘作業帶來的事故，否則在礦工不知道他們挖到了儲水池并繼續挖掘的情況下，可能會發生洪水。一旦洪水真的發生，不僅是離洪水極近的工人會被溺亡，就連附件礦區的工人也可能會被溺亡。而且，部分或全部地下工作隧道的洪水以及隨后的必要清理行動都會給受災礦區帶來沉重的財務負擔。?

但是，目前使用的氣體感應器，即便是基于非色散紅外探測技術制造的非色散紅外氣體感應器，質量也不是很可靠，常常在使用一段時間后就會出現輸出漂移，因此，為保證該非色散紅外氣體感應器的測量準確度以及靈敏度，往往每隔半年或者一年就需要進行重新校準維護服務，增加使用成本；?

第二、現有的非色散紅外氣體感應器尺寸太大?

非色散紅外氣體感應器在剛面世時，其長、寬、高三維尺寸都達數英寸，近幾年，隨著相關科學技術進步，其三維尺寸得到大幅縮減，但是，將這種非色散紅外氣體感應器應用于礦工開采過程中的氣體監測用具來說，尺寸還是較大，還需進一步減小。為使其能夠在礦工開采過程中得到廣泛應用，應該將其尺寸縮減至拇指大??；?

第三、現有的非色散紅外氣體感應器造價太高?

40年前，一個非色散紅外氣體感應器（如醫用CO2）可以賣到超過1萬美元一個；直到二十世紀90年代早期，非色散紅外氣體感應器（如CO2）的銷售單價才降到了500美元以下；如今，非色散紅外氣體感應器（如CO2）的銷售?單價大約為200美元，表明該類感應器的單個生產成本已降到了50美元左右或更低。但是，將非色散紅外氣體感應器作為礦工開采過程中的氣體監測用具來說，其造價仍然太高；對于該用途，非色散紅外甲烷或露點（水蒸氣）氣體感應器的單個生產成本必須降到10美元以下。?

發明內容