一种煤矿用管道瓦斯气体采样器及气体采样方法

技术领域

本发明涉及煤矿管道气体浓度检测技术领域，更具体的说，涉及一种煤矿用管道瓦斯气体采样器及气体采样方法。

背景技术

目前，煤矿井下采集抽放瓦斯管路内瓦斯气样均采用手动式负压瓦斯抽气筒，采气样时，拉动活塞拉杆，吸气端内的单向阀打开，管道内瓦斯被吸入气筒内，而后向前快速推动活塞拉杆，排气端内的单向阀打开，将气筒内的瓦斯送入瓦斯检定器或取样袋内，如此重复数次，即可将瓦斯采入瓦斯检定器或取样袋内，但该方法耗时耗力，极大的影响了工作效率，在将气样送入瓦斯测定器内的过程中，气样易被掺杂，测量结果不准确；现有的采样器在采集气样时，无法同时监测管道内的气压。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种煤矿用管道瓦斯气体采样器及气体采样方法，该发明采用芯片与微型气泵相结合，解决人工手动抽气排气费事费力的问题，提高了瓦斯气体采样的工作效率，进一步保障煤矿安全生产。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种煤矿用管道瓦斯气体采样器，采样器的壳体、排气接口和抽气接口，壳体正面设有显示屏和薄膜按键，壳体内部设有微型气泵和控制电路，微型气泵的排气口和抽气口分别连接排气接口和抽气接口；排气接口和抽气接口位于壳体的顶部；控制电路包括主控制器和连接在主控制器上的用于控制微型气泵的气泵电路，以及采集管道内气体压力信号的压力采集电路，气泵控制电路连接主控制器的第一信号输出端，压力采集电路连接柱控制器的第一信号输入端。

进一步，控制电路还包括连接在主控制器上的显示电路、时钟电路、按键电路、电源电路和数据存储电路，显示电路和按键电路分别连接显示屏和薄膜按键。

进一步，主控制器的第二信号输出端连接显示电路，第二信号输入端连接按键电路。

进一步，壳体侧面设有充电接口。

进一步，壳体内设置电池盒。

进一步，壳体外表面设有设备编号涂层。

进一步，压力采集电路的信号输入端连接压力传感器，压力传感器安装在抽气接口内。

一种煤矿用管道瓦斯气体采样方法，基于上述煤矿用管道瓦斯气体采样器，包括以下步骤：

步骤1. 煤矿用管道瓦斯气体采样器的排气接口连接气体检测仪，抽气接口连接瓦斯管道接口，开机后进行初始化自检，自检结束后判断是否处于充电状态，处于充电状态显示屏显示充电界面，充电结束或移除充电器后进入工作主界面；煤矿用管道瓦斯气体采样器未处于充电状态直接进入工作主界面；

步骤2. 在工作主界面显示的微型气泵的启动选项中选择微型气泵启动的时间和抽采气样的流量，开启微型气泵采集气样，同时在显示屏中显示采集气样的管道内的实时气体压力；

步骤3. 气样采集完成后，关闭微型气泵，显示屏显示返回工作主界面，关闭煤矿用管道瓦斯气体采样器，并将排气接口和抽气接口分别与气体检测仪、瓦斯管道接口解除连接，待下次抽取气样使用。

进一步，煤矿用管道瓦斯气体采样器配置气体成分检测仪。

综上所述，发明具有以下有益效果：

本发明采样芯片控制微型气泵采集管道瓦斯气样，便于操作且省时省力，进一步提高了瓦斯采样的工作效率；本发明的装置与现有不锈钢材质的手动抽气式的采样器相比，更加轻便，方便携带，在采集瓦斯气样的同时，通过显示屏实时监测并显示管道内的压力，将采集的气样通过排气接头实时送入瓦斯测定器内，避免二次排气掺入其他气体，确保检测结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的结构正视图；

图2为本发明的侧面剖视图；

图3为本发明的系统框图；

图4为本发明的电源电路图；

图5为本发明的微型气泵控制电路原理图；

图6为本发明的压力采集电路原理图；

图7为本发明的显示电路原理图；

图8 为本发明的时钟电路原理图；

图9为本发明的数据存储电路原理图；

图10为本发明的采样方法流程图。

图中：1-排气接口，2-抽气接口，3-气泵腔室，4-显示屏，5-薄膜按键，6-电池盒，7-充电接口，8-壳体，9-微型气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1~9所示，本发明公开了一种煤矿用管道瓦斯气体采样器，包括采样器的壳体8、排气接口1和抽气接口2，壳体8正面设有显示屏4和薄膜按键5，壳体8外表面设有设备编号涂层，在编号涂层标记设备编号；壳体8内设置电池盒6，壳体8内部设有微型气泵9和控制电路，壳体8侧面设有充电接口7，使用充电器对本发明进行充电，微型气泵9的排气口和抽气口分别连接排气接口1和抽气接口2；控制电路包括主控制器和连接在主控制器上的用于控制微型气泵的气泵电路，以及采集管道内气体压力信号的压力采集电路，本实施例中，主控制器型号为STM32F103RCT6，主控制器作为本发明的核心控制器，控制微型气泵9的工作状态，抽取瓦斯管理内的瓦斯气样并通过排气接口1将瓦斯气样送入瓦斯测定器内，气泵控制电路连接主控制器的第一信号输出端，压力采集电路连接主控制器的第一信号输入端，压力传感器安装在抽气接口2内，压力采集电路的信号输入端连接压力传感器，用于采集管道内的压力信号，通过压力采集电路传输至主控制器，并通过显示屏4显示管道内的压力，压力传感器型号为XGZP6867；排气接口1和抽气接口2位于壳体8的顶部。

控制电路还包括连接在主控制器上的显示电路、时钟电路、按键电路、电源电路和数据存储电路，显示电路和按键电路分别连接显示屏4和薄膜按键5，主控制器的第二信号输出端连接显示电路，第二信号输入端连接按键电路。

如图4所示电源电路原理图中，本实施例采样标称3.7V的可充电锰酸锂电池，电源充电完成后的电压为4.2V，经过电压转换芯片，电压转换芯片型号TPS79533，输出3.3V电压为本发明供电即图中VCC3.3，电压转换芯片的输入端和输出端分别并联一个用于滤波的耦合电容，确保输出电压的稳定。

图5为微型气泵控制电路原理图，采用稳压可调电路控制微型气泵，由于电机的国标允许电机转速存在10%的误差，故本发明选用稳压可调电路，气体采样器在抽取气样时有流量限制，通过控制流量以达到所采的气样与采样器抽采气样的流量一致，通过电压变化控制流量，便于本发明采集瓦斯气样，电压输出VOUT=VREF（1+R2/R1）+I

图6为压力采集电路原理图，对压力传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿，以电源电路的输出值VCC3.3为参考，产生一个经过校准、温度补偿后的标准电压信号；压力传感器通过I2C方式与主处理器连接，压力传感器将采集到的电压信号通过I2C_SDA信号线传输至主控制器，主控制器通过计算分析，将电压信号转化为相应的压力值。

图7为显示电路原理图，本实施例中选用OLED显示，自发光无需背光灯，厚度薄，重量轻，视角范围大，分辨率高，驱动电压低，功耗更低，选用1.54寸OLED显示屏，通过SPI的连接方式与主控制器连接，同时主控制器将采集的压力值、时间值及微型气泵的控制指令通过SPI1_MOSI信号线传输至显示屏4进行显示。

图8为时钟电路，时钟电路作为本发明的时间管理，提供记录时间，包括采集气样的时间、各种操作的时间，时钟采用PCF8563T时钟芯片，提供BCD方式的硬件日历功能，采用I2C串行总线与主控制器通讯，通过I2C1_SDA数据线将时间数据传输至主控制器。

图9为数据存储电路，实现采样器采集瓦斯气样的时间、管道负压值的存储，存储芯片采用型号为FM25V02A的EEPROM，通过SPI接口与主控制器通讯，主控制器将采集的时间数据和压力数据通过SPI1_MOSI数据线传输至存储芯片进行存储。

如图10所示，本发明还公开了一种煤矿用管道瓦斯气体采样方法，基于上述的煤矿用管道瓦斯气体采样器，包括以下步骤：

步骤1. 煤矿用管道瓦斯气体采样器的排气接口1连接气体成分检测仪，煤矿用管道瓦斯气体采样器配置气体成分检测仪，气体成分检测仪可根据检测需要采用不同的气体成分检测仪，如：甲烷气体检测仪、氮氧化物检测仪、氧气检测仪等，抽气接口2连接瓦斯管道接口，开机后进行初始化自检，自检结束后判断是否处于充电状态，若处于充电状态则显示屏4显示充电界面，充电结束或移除充电器后进入工作主界面，充电器与充电接口相匹配；若煤矿用管道瓦斯气体采样器未处于充电状态则直接进入工作主界面。

步骤2. 在工作主界面显示的微型气泵9的启动选项中选择微型气泵9启动的时间和抽采气样的流量，开启微型气泵9开始采集气样，通过位于抽气接口2内的压力传感器检测采集气样的管道当前的气体压力，气体压力同时在显示屏4中显示。

步骤3. 气样采集完成后，关闭微型气泵9，显示屏4显示返回工作主界面，关闭煤矿用管道瓦斯气体采样器，并将排气接口1和抽气接口2分别与气体检测仪、瓦斯管道接口解除连接，待下次抽取气样使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。