[發明專利]具有自對比功能的甲烷傳感器及其測量值冗余處理方法

在審

• 申請號: 202110330174.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113109511A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王璐;紀亞強;郝葉軍;陳向飛;張煒;吳浩然;高文平;程一峰;席宇軒;顧仁勇
• 申請（專利權）人: 天地（常州）自動化股份有限公司;中煤科工集團常州研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G08B7/06
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有自對比功能的甲烷傳感器及其測量值冗余處理方法，包括傳感器主板及與傳感器主板電性連接的多個檢測模塊，所述檢測模塊通過TTL信號處理模塊與傳感器主板電性連接。本發明針對現有甲烷傳感器采用的單一檢測模塊存在數據的不可靠等問題，根據不同的使用環境和成本等因素，綜合考慮，選擇不同檢測原理的甲烷檢測模塊，用于提升自對比甲烷傳感器的可靠性；本發明提出了一種基于基本誤差判斷后采用投票機制和中位值平均濾波等算法冗余，為甲烷傳感器提供可靠的檢測數據，在異常情況下可及時診斷出故障，方便使用人員及時維護處理，保證了煤礦安全生產。

技術領域：

本發明涉及礦用安全技術領域，尤其涉及一種具有自對比功能的甲烷傳感器及其測量值冗余處理方法。

背景技術：

目前，在煤礦安全監控系統中，擁有多種不同原理類型測甲烷的傳感器，甲烷傳感器每年需求量大，大型煤礦甲烷傳感器使用數量多達一兩百臺，傳感器作為煤礦安全監控系統中環境檢測參數的源頭，其重要性不言而喻。現在甲烷傳感器普遍采用一種檢測模塊，其準確性和穩定性無法保證。

現在煤炭行業內，測量甲烷的技術主要有催化原理、熱導原理、紅外原理和激光等幾種原理方式，都有各自的優勢和不足之處，如催化原理成本低，但穩定性一般，內部黑白元件容易斷絲；熱導原理成本低，可檢測全量程甲烷濃度，但低端測量不準；紅外原理成本高，測量準確，但是易受環境中的溫度和水汽等影響；激光原理測量準確，抗干擾性強，但是成本高。現在國家推薦礦上優先使用激光原理的甲烷傳感器，一定程度上提升了現場裝備技術水平，提升了礦井下瓦斯濃度監測的準確性。受環境和日常維護等因素的影響，采用激光或其他單一甲烷檢測技術，都無法保證傳感器在井下長期使用時數據的穩定性和可靠性。

《煤礦安全規程2016》第四百九十二條規定：采用載體催化元件的甲烷傳感器必須使用校準氣樣和空氣氣樣在設備設置地點調校，便攜式甲烷檢測報警儀在儀器維修室調校，每15天至少1次。甲烷電閉鎖和風電閉鎖功能每15天至少測試1次。可能造成局部通風機停電的，每半年測試1次。第四百九十三條規定：必須每天檢查安全監控設備及線纜是否正常，使用便攜式光學甲烷檢測儀或者便攜式甲烷檢測報警儀與甲烷傳感器進行對照，并將記錄和檢查結果報礦值班員；當兩者讀數差大于允許誤差時，應當以讀數較大者為依據，采取安全措施并在8h內對2種設備調校完畢。

為了彌補單一檢測模塊導致的傳感器數據不可靠的問題，目前煤礦行業規定需要定期的調校，煤礦井下每天需安排專業人員定期的與瓦解儀或便攜儀對比，這一工作量相當巨大，耗費了大量的人力和物力。

發明內容：

通常傳感器都配置單個檢測探頭的架構設計，即每一種甲烷傳感器有固定的甲烷檢測模塊，完成甲烷濃度參數的采集、顯示和傳輸等全部功能。若檢測模塊或者電路發生故障，則會檢測出錯誤的甲烷濃度值，可能引起甲烷傳感器誤報警，嚴重影響了煤礦安全生產。本發明創新的提出了一種自對比功能的甲烷傳感器及其測量值冗余處理方法，即在傳感器中增加多個甲烷檢測模塊，通過硬件冗余和軟件算法冗余處理后，實現具有自對比功能的甲烷傳感器，確保傳感器檢測數據的可靠性，方便現場人員對傳感器的使用和維護，為煤礦安全生產提供可靠數據來源。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種具有自對比功能的甲烷傳感器，包括傳感器主板及與傳感器主板電性連接的多個檢測模塊，所述檢測模塊通過TTL信號處理模塊與傳感器主板電性連接。

作為優選，所述傳感器主板包括主板MCU及與主板MCU電性連接的光報警模塊、聲報警模塊、數碼管顯示模塊、外部存儲模塊、復位電路模塊、RS485/頻率模塊、開出/頻率模塊、紅外遙控模塊，所述主板MCU與TTL信號處理模塊電性連接；所述檢測模塊包括檢測MCU及與檢測MCU電性連接的外部存儲模塊、LDO模塊、檢測元件模塊，所述檢測MCU與TTL信號處理模塊電性連接，所述LDO模塊與檢測元件模塊電性連接。

在本發明一較佳實施例中，所述檢測模塊為三個，各檢測模塊采用獨立氣室。