[发明专利]一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯爆燃瞬间紫外、红外辐射的探测及火警信号输出，特别是一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的装置及方法，用于快速探测煤矿环境中可能出现的火灾或瓦斯管路中出现的爆燃现象，防止火灾或瓦斯爆燃对煤矿及人身安全造成伤害。

背景技术

近年来我国重特大瓦斯爆炸事故频繁发生，国内外对此都表示了极大的关注，防止瓦斯事故的发生已经成为保证煤矿安全生产的首要任务。同时，煤层瓦斯（煤层气）作为一种优质、高热、洁净、方便的“绿色”能源，其开发的重要性正开始为人们所认识。

近年来煤与瓦斯安全共采理论与技术被提出并得到了较大的发展，在煤与瓦斯安全共采的过程中，势必造成瓦斯在抽采设备或抽采巷道当中积聚，如何采取有效措施防止瓦斯在抽采过程中发生爆炸，是煤与瓦斯安全共采理论与技术研究的一个重要课题。

对瓦斯爆炸传播机理及危害的研究表明，瓦斯爆炸冲击波超压、冲击波速度、波后气体温度、火焰速度等，在相当长的一段距离中都具有巨大的破坏作用，实现瓦斯早期抑爆，可以增大抑爆几率，缩小爆炸影响范围，降低因爆炸造成的损失。

目前瓦斯早期抑爆技术主要存在以下3个技术难题：1、及时探测到瓦斯爆炸感应期和高灵敏度探测器的研发；2、具有阻爆抑爆功能的超细材料的研发；3、在爆炸感应期瞬时喷射抑爆材料技术和高可靠性设备的研发。同时矿井井下环境为人工照明，背景光单一，易于辨识因瓦斯爆炸产生的异常光辐射信号，因此针对瓦斯爆炸前期特别是感应期内光学特征，研制快速响应、准确探测的光学探测器具有绝对重要的意义。

我国传统使用的井下隔爆方式均为隔爆岩粉棚和隔爆水棚等被动式隔爆方式，实践研究证明，瓦斯煤尘爆炸强度很弱时，被动式隔爆措施失效，即不能阻止爆炸火焰的继续传播；同时由于现场使用过程中，通风蒸发、煤粉污染、潮湿结块等原因，很难起到预期的隔爆效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的装置及方法，以便针对煤矿瓦斯管路的特定环境，长期可靠工作、并能快速准确探测火焰光谱辐射的探测器，满足煤矿环境安装及工作要求的结构设计。

本发明的目的是这样实现的，一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的装置，其特征是：包括探测器壳体，探测器壳体内部设计有单片机、紫外敏感元、红外敏感元、石英窗，在石英窗内外侧分别有红外接收管和红外发射管，紫外敏感元、红外敏感元、红外接收管和红外发射管分别与单片机电连接，单片机通过控制红外发射管向石英窗内发射红外光，单片机通过检测红外接收管接收到的红外发射管发出的红外光，以确定石英窗的透光性，若污染大于报警阈值，则立即给出污染提示信号，单片机设定紫外敏感元和红外敏感元的报警阈值，通过检测外部瓦斯气体燃烧产生的紫外0.2μm和红外2.7μm的信号幅度，给出火警信号。

所述的探测器壳体为Φ90×120mm的圆柱体，底部为Φ220mm的圆形法兰盘，圆形法兰盘通有8个Φ18mm的安装孔，探测器顶部为熔融石英窗光学窗口，石英窗、底部法兰盘与探测器结合处均采用密封垫圈进行密封处理，探测器内部设计有印制电路板，电路板上安装紫外敏感元、红外敏感元、火警、状态指示灯和红外发射管，其中红外发射管安装在石英窗外部，通过导线将信号引入印制电路板，红外接收管安装在探测器内部电路板上，两个管子形成180°对射关系；通过定时检测红外发射管、红外接收管的电信号，实现对石英窗（803）污染检测。

所述的石英窗为斜坡。

所述的紫外敏感元和红外敏感元分为紫外光电管和PbS红外敏感元。

所述的红外敏感元处安装1个微型白炽灯用于红外敏感元的定时校准，在红外敏感元与白炽灯的光学通路上，将红外敏感元管壳开孔，保证白炽灯点亮时可照射到红外敏感元，单片机定时输出点亮白炽灯的驱动信号，点亮白炽灯后，再采集红外敏感元的信号幅度，将该信号幅度存储在单片机内，作为该时段的背景环境，当该时段内采集到红外敏感元的信号幅度超过背景环境值时，即认定为红外火警信号。

所述的红外接收管和红外发射管采用一对辐射峰值为0.89μm的红外发射管，由单片机每60s一次驱动红外发射管，使发射管输出0.89μm的红外线，输出时间持续约100ms左右，然后检测红外接收管的输出信号幅度，红外接收管采用电阻分压，当接收到红外线辐射时，由光电转换输出电压信号，经过后级取样放大整形，输出模拟电压信号，模拟信号直接送入单片机的AD端口，经过AD转换后，与设定的报警阈值进行比较后。

所述的单片机是嵌入式ARM单片机。

一种提升矿用瓦斯管路火灾探测器可靠性的方法，其方法是：