一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，包括光路處理模塊、COMS攝像采集系統(tǒng)和核心開發(fā)板；光路處理模塊包括光源、聚光鏡、平面鏡、上參考?xì)馐?、下參考?xì)馐?、被測氣室、折光透鏡、反射棱鏡、聚焦物鏡和干涉條紋成像面；COMS攝像采集系統(tǒng)由攝像頭和與所述攝像頭相連接的FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)組成；所述核心開發(fā)板由C2000處理器、顯示監(jiān)控模塊、聲光報(bào)警器和儲(chǔ)存模塊組成，所述C2000處理器的輸入端與FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的輸出端相接，所述C2000處理器的輸出端接有聲光報(bào)警器和儲(chǔ)存模塊，所述C2000處理器的輸出端接有顯示監(jiān)控模塊。本實(shí)用新型采用非接觸式測量方式，易于控制，智能化高，準(zhǔn)確性高，便于推廣使用。
【專利說明】一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種甲烷檢測裝置，具體涉及一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，煤炭工作向機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展，確保礦井的生產(chǎn)安全，防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，國內(nèi)外煤礦研宄所在此領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了很長時(shí)間的研宄，也已開發(fā)出很多類型的甲烷檢測儀器。但是目前已有的甲烷檢測儀器都普遍存在著體積較大、功能單一、精確度不高的缺點(diǎn)。為了避免瓦斯爆炸事故的一個(gè)重要措施就是要做好瓦斯的檢測工作，掌握煤礦瓦斯的變化情況，一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)采取相應(yīng)措施，保障煤礦的安全生產(chǎn)。瓦斯的主要成分是甲烷，二氧化碳，一氧化碳等。瓦斯是一種無色、無味、無臭的氣體，與空氣混合在一起后，既看不到，摸不著，也聞不出來。瓦斯在空氣中濃度增大時(shí)，能使空氣中的氧氣含量相對降低，而使人窒息。由于煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，因此對煤礦瓦斯的檢測可以轉(zhuǎn)化為對甲烷的檢測，實(shí)時(shí)檢測甲烷氣體濃度對于保障生產(chǎn)安全的意義重大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置。本實(shí)用新型采用非接觸式測量方式，易于控制，智能化高，準(zhǔn)確性高，便于推廣使用。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:包括光路處理模塊、COMS攝像采集系統(tǒng)和核心開發(fā)板；所述光路處理模塊包括光源、聚光鏡、平面鏡、上參考?xì)馐摇⑾聟⒖細(xì)馐摇⒈粶y氣室、折光透鏡、反射棱鏡、聚焦物鏡和干涉條紋成像面，所述上參考?xì)馐椅挥诒粶y氣室的上方，所述下參考?xì)馐椅挥诒粶y氣室的下方，所述折光棱鏡位于被測氣室的右側(cè)，所述平面鏡傾斜設(shè)置在被測氣室的左側(cè)，所述聚光鏡設(shè)置在平面鏡的下方，所述光源設(shè)置在聚光鏡的下方，所述反射棱鏡設(shè)置在平面鏡的下方且位于光源的右側(cè)，所述聚焦物鏡設(shè)置在反射棱鏡的右側(cè)，所述干涉條紋成像面設(shè)置在聚焦物鏡的右側(cè)；所述COMS攝像采集系統(tǒng)由攝像頭和與所述攝像頭相連接的FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)組成；所述核心開發(fā)板由C2000處理器、顯示監(jiān)控模塊、聲光報(bào)警器和儲(chǔ)存模塊組成，所述C2000處理器的輸入端與FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的輸出端相接，所述C2000處理器的輸出端接有聲光報(bào)警器和儲(chǔ)存模塊，所述C2000處理器的輸出端接有顯示監(jiān)控模塊。
[0005]上述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述攝像頭采用OV公司的0V6620攝像頭。
[0006]上述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述C2000處理器采用TMS320F28027。
[0007]上述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述聲光報(bào)警器采用KXH18聲光報(bào)警器。
[0008]上述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述聚光鏡采用PMMA聚光鏡。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、本實(shí)用新型操作簡便，易于控制:改變原有的甲烷檢測方式，利用數(shù)字化的處理，使計(jì)算結(jié)果更加精確。只需通過觀察顯示曲線得出當(dāng)前濃度值。
[0011]2、本實(shí)用新型智能化高:采用高精度圖像處理技術(shù)，減少人為誤差。
[0012]綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)新穎合理，工作可靠性高，使用壽命長，使用效果好，便于推廣使用。
[0013]下面通過附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型光路處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:
[0017]I—光路處理模塊；1-1 一光源；1-2—聚光鏡；
[0018]1-3—平面鏡；1-4一上參考?xì)馐遥?1-5—被測氣室；
[0019]1-6一折光透鏡； 1-7—下參考?xì)馐遥?1-8—干涉條紋成像面；
[0020]1-9一聚焦物鏡； 1-10—反射棱鏡； 2 — COMS攝像采集系統(tǒng)；
[0021]2-1—攝像頭； 2-2 — FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；3—核心開發(fā)板；
[0022]3-1—C2000處理器；3_2—顯示監(jiān)控模塊；3_3—聲光報(bào)警器；
[0023]3-4一儲(chǔ)存模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1和圖2所示的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，包括光路處理模塊1、COMS攝像采集系統(tǒng)2和核心開發(fā)板3 ;所述光路處理模塊I包括光源1-1、聚光鏡1-2、平面鏡1-3、上參考?xì)馐?-4、下參考?xì)馐?-7、被測氣室1-5、折光透鏡1-6、反射棱鏡1_10、聚焦物鏡1-9和干涉條紋成像面1-8，所述上參考?xì)馐?-4位于被測氣室1-5的上方，所述下參考?xì)馐?-7位于被測氣室1-5的下方，所述折光棱鏡1-6位于被測氣室1-5的右側(cè)，所述平面鏡1-3傾斜設(shè)置在被測氣室1-5的左側(cè)，所述聚光鏡1-2設(shè)置在平面鏡1-3的下方，所述光源1-1設(shè)置在聚光鏡1-2的下方，所述反射棱鏡1-10設(shè)置在平面鏡1-3的下方且位于光源1-1的右側(cè)，所述聚焦物鏡1-9設(shè)置在反射棱鏡1-10的右側(cè)，所述干涉條紋成像面1-8設(shè)置在聚焦物鏡1-9的右側(cè)；所述COMS攝像采集系統(tǒng)2由攝像頭2-1和與所述攝像頭2-1相連接的FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2-2組成；所述核心開發(fā)板3由C2000處理器3_1、顯示監(jiān)控模塊3-2、聲光報(bào)警器3-3和儲(chǔ)存模塊3-4組成，所述C2000處理器3_1的輸入端與FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2-2的輸出端相接，所述C2000處理器3-1的輸出端接有聲光報(bào)警器3-3和儲(chǔ)存模塊3-4，所述C2000處理器3-1的輸出端接有顯示監(jiān)控模塊3-2。
[0025]本實(shí)施例中，所述攝像頭2-1采用OV公司的0V6620攝像頭。所述C2000處理器3-1采用TMS320F28027。所述聲光報(bào)警器3_3采用KXH18聲光報(bào)警器。所述聚光鏡1_2采用PMMA聚光鏡。
[0026]如果以空氣室和甲烷室都充入同密度的新鮮空氣時(shí)產(chǎn)生的條紋為基準(zhǔn)(對零)，當(dāng)其它氣體(如甲烷)進(jìn)入被測氣室時(shí)，因其折射率與空氣不同，使光路光程發(fā)生變化，干涉條紋發(fā)生偏移，此偏移量即可用來表示甲烷濃度。甲烷濃度越高偏移越多。當(dāng)甲烷室充入含有甲烷的空氣時(shí)(抽氣測定)，由于空氣室和甲烷室中含的甲烷氣體的濃度不同，引起折射率變化，光程也隨之發(fā)生變化，于是干涉條紋產(chǎn)生位移(移動(dòng))，從目鏡可以看到干涉條紋移動(dòng)的距離?？梢愿鶕?jù)干涉條紋位移量就可以測得甲烷的濃度，從目鏡中可以觀察到干涉條紋移動(dòng)后所處的甲烷濃度刻度值，便可測得甲烷濃度。光路系統(tǒng)原理如圖2所示，從光源1-1發(fā)出的白光經(jīng)聚光鏡1-2匯聚到平面鏡1-3點(diǎn)M處分為兩部分。一部分光(I號(hào)光路)直接在平面鏡1-3表面M點(diǎn)反射，穿過下參考?xì)馐?-7，在折光透鏡1-6的R處改變方向，經(jīng)折光棱鏡1-6后，從上參考?xì)馐?-4穿過，匯聚到平面鏡1-3的P處，經(jīng)平面鏡1-3折射后從O點(diǎn)射出，最后匯聚于反射棱鏡1-10。另一部分光(II號(hào)光路)在M點(diǎn)射入，經(jīng)平面鏡1-3折射，從N點(diǎn)射出，射出的光通過被測氣室1-5 (裝有被測氣體)，同樣經(jīng)折光棱鏡1-6，再回射入被測氣室1-5，最后在平面鏡1-3點(diǎn)O處經(jīng)反射匯聚到反射棱鏡1-10，兩束光在反射棱鏡1-10處產(chǎn)生光干涉。平面鏡1-3的作用與薄膜干涉時(shí)薄膜的作用相當(dāng)，從產(chǎn)生的條紋來看是線狀條紋，這是一個(gè)典型的等厚干涉光路。從圖像分析和信息處理的角度出發(fā)，提出了采用CMOS作為光電轉(zhuǎn)換元件的非接觸式測量方式，CMOS是一種性能獨(dú)特的半導(dǎo)體光電器件，其輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后成為高速的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)這些高速數(shù)據(jù)的大容量存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵。本實(shí)用新型以TI的C2000系列DSP為核心實(shí)現(xiàn)對CMOS數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)以及對干涉圖像數(shù)據(jù)的算法分析得出結(jié)論。達(dá)到報(bào)警值發(fā)出聲光報(bào)警。
[0027]本實(shí)用新型的工作過程是:光路處理模塊I的光路系統(tǒng)為甲烷檢測儀系統(tǒng)提供信息源，產(chǎn)生系統(tǒng)處理所需要的干涉條紋。COMS攝像采集系統(tǒng)2采用逐行掃描方式讀出圖像，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2-2預(yù)先將攝像頭2-1輸出的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，然后再將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺2000處理器3-1進(jìn)行下一步的圖像處理，圖像信息就會(huì)在FIFO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)2_2中按順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采用專用的降壓芯片將5V降到3.3V的安全電壓解決與處理器電平不兼容問題，DSP的控制線不能與攝像頭2-1的控制線直接連接，而通過一個(gè)與門作為緩沖增強(qiáng)輸出，并加入上拉電阻。DSP核心開發(fā)板軟件代碼主要由外設(shè)資源初始化模塊、核心處理模塊、中斷響應(yīng)模塊、圖像掃描分析模塊、聲光報(bào)警模塊及顯示模塊組成。針對上述所用到的開發(fā)板中引腳資源進(jìn)行外設(shè)資源的初始化，以便為主程序中的各個(gè)模塊提供服務(wù)。核心處理模塊是程序運(yùn)算的核心，對系統(tǒng)待機(jī)和處理工作進(jìn)行不同狀態(tài)的區(qū)別，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行以及低功耗的需求。中斷響應(yīng)模塊是核心開發(fā)板與COMS攝像采集系統(tǒng)通信的關(guān)鍵。準(zhǔn)確對每一幅圖像到來以及一幅圖像每行信息到來進(jìn)行識(shí)別，有助于主程序進(jìn)行圖像分析處理，另一方面也能減少對系統(tǒng)存儲(chǔ)空間的需求。圖像掃描分析模塊是整個(gè)應(yīng)用的核心，完成對條紋信息的識(shí)別以及計(jì)算得出當(dāng)前甲烷濃度信息。并且以曲線圖的方式在顯示模塊實(shí)時(shí)繪制。聲光報(bào)警模塊經(jīng)處理器PWN波來控制報(bào)警。
[0028]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:包括光路處理模塊(1) 4013攝像采集系統(tǒng)(2)和核心開發(fā)板(3)；所述光路處理模塊(1)包括光源聚光鏡(卜〗)、平面鏡(1-3)、上參考?xì)馐?1-4)、下參考?xì)馐?1-7)、被測氣室(1-5)、折光透鏡(1-6)、反射棱鏡(1-10)、聚焦物鏡(1-9)和干涉條紋成像面(1-8),所述上參考?xì)馐?1-4)位于被測氣室(1-5)的上方，所述下參考?xì)馐?1-7)位于被測氣室(1-5)的下方，所述折光棱鏡(1-6)位于被測氣室(1-5)的右側(cè)，所述平面鏡(1-3)傾斜設(shè)置在被測氣室(1-5)的左側(cè)，所述聚光鏡(1-2)設(shè)置在平面鏡(1-3)的下方，所述光源(1-1)設(shè)置在聚光鏡(1-2)的下方，所述反射棱鏡(1-10)設(shè)置在平面鏡(1-3)的下方且位于光源(1-1)的右側(cè)，所述聚焦物鏡(1-9)設(shè)置在反射棱鏡(1-10)的右側(cè)，所述干涉條紋成像面(1-8)設(shè)置在聚焦物鏡(1-9)的右側(cè)；所述￠:013攝像采集系統(tǒng)⑵由攝像頭(2-1)和與所述攝像頭(2-1)相連接的？1？0數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(2-2)組成；所述核心開發(fā)板(3)由(:2000處理器(3-1)、顯示監(jiān)控模塊(3-2)、聲光報(bào)警器(3-3)和儲(chǔ)存模塊(3-4)組成，所述(:2000處理器(3-1)的輸入端與？1？0數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(2-2)的輸出端相接，所述(:2000處理器(3-1)的輸出端接有聲光報(bào)警器(3-3)和儲(chǔ)存模塊(3-4),所述(:2000處理器(3-1)的輸出端接有顯示監(jiān)控模塊(3-2^
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述攝像頭(2-1)采用07公司的076620攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:^^(:2000處理器(3-1)采用 113320？28027。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述聲光報(bào)警器(3-3)采用聲光報(bào)警器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式光干涉型甲烷檢測裝置，其特征在于:所述聚光鏡(1-2)采用聚光鏡。
【文檔編號(hào)】G01N21/45GK204241373SQ201420702085
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】李銳 申請人:陜西亞泰電器科技有限公司