Устройство контроля концентрации метана в атмосфере подземных выработок

Устройство контроля концентрации метана в атмосфере подземных выработок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам техники безопасности, используемым в подземных выработках, а именно к датчикам контроля концентрации взрывоопасного газа, например, метана.

Известно устройство контроля концентрации взрывоопасного газа в атмосфере подземных выработок с датчиками концентрации газа в виде сенсорных оптических ячеек (В.Ш.Берикашвили, М.В.Хиврин. Волоконно-оптические системы контроля атмосферы угольных шахт. // Радиотехника. - 2001. - №5. - с.21-27), состоящее из сенсорной оптической ячейки, включающей корпус с окнами для доступа внутрь него воздуха, с двумя зеркалами и вмонтированным в торец корпуса отрезком оптического волокна волоконно-оптического кабеля, по которому от системы индикации концентрации взрывоопасного газа на отрезок оптического волокна подается световой сигнал, который с отрезка оптического волокна поступает на первое зеркало, отражается от него, попадает на второе зеркало, отражается от него и обратно попадает на первое зеркало, отражаясь от которого поступает на отрезок оптического волокна, входит в него и по волоконно-оптическому кабелю возвращается в систему индикации концентрации взрывоопасного газа.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность определения концентрации газа из-за малой длины общей траектории, проходимой световым сигналом в корпусе оптической ячейки, и ослабления его при двукратном (туда и обратно) прохождении по волоконно-оптическому кабелю, длина которого может достигать нескольких километров.

Цель изобретения - повышение точности определения концентрации взрывоопасного газа, например, метана в атмосфере подземных выработок и упрощение системы индикации концентрации метана.

Указанная цель достигается тем, что световой сигнал поступает в оптическую ячейку непосредственно от светодиода, многократно отражается от параллельных зеркал, отраженный световой сигнал поступает на фотодиод, а система индикации концентрации метана выполнена автономной и жестко связана с оптической ячейкой без внешних коммуникаций.

Сущность изобретения заключается в том, что система индикации концентрации метана вместе с источником питания помещена в герметичный корпус, к одной из стенок которого герметично присоединен корпус оптической ячейки с окнами доступа воздуха на трех других сторонах, а внутри корпуса размещены два зеркала, установленных параллельно друг другу и параллельно общей стенке корпусов, при этом в общей стенке корпусов с одного ее края помещен светодиод, вход которого находится в корпусе системы индикации концентрации метана, выход - в корпусе оптической ячейки, а с другого края общей стенки корпусов помещен фотодиод, вход которого находится в корпусе оптической ячейки, выход - в корпусе системы индикации концентрации метана и подключен к входу генератора электрических импульсов, выход которого соединен с входом светодиода и входом частотного детектора, выход последнего подключен к входу усилителя, снабженного градуировочным резистором, выход усилителя соединен с индикатором концентрации метана и нуль-органом, снабженным резистором, выход нуль-органа присоединен к входу генератора сигнала тревоги, который выходом соединен с сигнальным устройством; в качестве источника питания системы индикации концентрации метана используют аккумулятор.

На фиг.1 приведена схема устройства контроля концентрации метана в атмосфере подземных выработок, включающая корпус 1 системы индикации концентрации метана, герметично с ним соединенный корпус 2 оптической ячейки, снабженной окнами 3 доступа в нее воздуха подземной выработки. Внутри корпуса 2 оптической ячейки размещены два зеркала 4 параллельно друг другу и общей стенке 5 корпусов 1 и 2, в которой установлены светодиод 6 и фотодиод 7.

В корпусе 1 размещены генератор электрических импульсов 8, частотный детектор 9, усилитель выходного сигнала 10, с градуировочным резистором 11, индикатор концентрации метана 12, нуль-орган 13 с резистором 14 для установления уровня срабатывания нуль-органа, соответствующего достижению концентрации метана предельно допустимого значения по условиям безопасности, генератор сигнала тревоги 15, сигнальное устройство 16, источник питания системы 17, включатель питания 18.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Известно, что скорость распространения света в воздухе С=3·10⁸ м/с и что с появлением в воздухе посторонних примесей эта скорость уменьшается, то есть V_прим<С, при этом чем больше концентрация примеси в воздухе, тем меньше скорость распространения света в нем.

При включенном источнике питания 17 на вход светодиода 6 поступает электрический импульс, который светодиод 6 преобразует в световой импульс, и через объектив этот импульс поступает на верхнее зеркало, и так повторяется до тех пор, пока световой импульс после многократного отражения попадает на объектив фотодиода 7, который преобразует световой импульс с электрический импульс.

Этот импульс поступает на вход генератора электрических импульсов 8, с выхода которого усиленный электрический импульс одновременно поступает на вход светодиода 6 и на вход частотного детектора 9. Так как процесс повторяется, то на вход частотного детектора поступает последовательность электрических импульсов с частотой повторения f. Частота f определяется числом траекторий N (фиг.2) светового импульса, при прохождении последнего между зеркалами 4 с расстоянием между ними S, общей длиной этих траекторий и скоростью распространения V светового импульса в атмосфере оптической ячейки 2, а именно

,

где V - скорость распространения светового импульса;

N·S - общая длина траектории отражений.

Так как скорость распространения светового импульса V зависит от концентрации примесей в воздухе, в данном случае метана, то частота f тоже зависит от концентрации метана, а именно: чем меньше частота светового, а следовательно, и электрического импульса, тем больше концентрация метана в атмосфере оптической ячейки и, следовательно, в подземной выработке.

Последовательность электрических импульсов, поступающих с генератора электрических импульсов 8 на вход частотного детектора 9, вызывает появление на выходе последнего аналогового напряжения, пропорционального частоте f, которое поступает на вход усилителя 10 с градуировочным резистором 11. С выхода усилителя 10 напряжение одновременно поступает на предварительно проградуированный индикатор концентрации метана 12 и на вход нуль-органа 13, оснащенного резистором 14, для установления уровня срабатывания нуль-органа при достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере по условиям безопасности.

При достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере нуль-орган 13 включает генератор сигнала тревоги 15, который приводит в действие сигнальное устройство 16, например, сирену.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность определения концентрации метана в атмосфере подземной выработки за счет увеличения частоты электрических импульсов, следовательно, более точного определения скорости распространения светового импульса, которая зависит от концентрации метана (примесей) в атмосфере подземных выработок.

Кроме того, конструктивное соединение оптической ячейки и системы индикации концентрации метана упрощает конструкцию устройства, позволяет исключить применение волоконно-оптического кабеля, делает предлагаемое устройство компактным, мобильным и надежным.

1. Устройство контроля концентрации метана в атмосфере подземных выработок, включающее оптическую ячейку, состоящую из корпуса с окнами доступа воздуха и с зеркалами внутри, систему индикации концентрации метана, отличающееся тем, что система индикации концентрации метана вместе с источником питания помещена в герметичный корпус, к одной из сторон которого герметично присоединен корпус оптической ячейки с окнами доступа воздуха на трех других сторонах, а внутри корпуса размещены два зеркала, установленных параллельно друг другу и параллельно общей стенке корпусов, при этом в общей стенке корпусов с одного ее края помещен светодиод, вход которого находится в корпусе системы индикации концентрации метана, выход - в корпусе оптической ячейки, а с другого края общей стенки корпусов помещен фотодиод, вход которого находится в корпусе оптической ячейки, выход - в корпусе системы индикации концентрации метана и подключен к входу генератора электрических импульсов, выход которого соединен с входом светодиода и входом частотного детектора, выход последнего подключен к входу усилителя, снабженного градуировочным резистором, выход усилителя соединен с индикатором концентрации метана и нуль-органом, снабженным резистором, выход нуль-органа присоединен к входу генератора сигнала тревоги, который выходом соединен с сигнальным устройством.

2. Устройство контроля концентрации метана в атмосфере подземных выработок по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника питания системы индикации концентрации метана используют аккумулятор.