本发明公开了一种微流控煤矿井下空气监测系统及方法，其系统包括微流控芯片、采样单元、检测单元和主控制单元，微流控芯片内设有气固两相分离机构和粉尘分散度选择机构；采样单元包括微型液体泵、微型气体泵和微型气体取样真空泵；检测单元包括微处理器模块、微型发光元件、单色器、光探测器、信号调理电路模块和光电计数器；主控制单元包括主控制器模块和无线通信模块；其方法包括步骤：一、抽真空，二、气体采样，三、各气体分析微通道气体特征光谱吸收量处理，四、各粒径区间内粉尘颗粒数量处理，五、各气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度处理，六、清洗。本发明降低了检测成本，提高了检测效率，且能获得更加准确的检测数据，推广应用价值高。
1.一种微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：包括微流控芯片（1）、采样单元（2）、检测单元（3）和主控制单元（4），所述微流控芯片（1）上设置有进气孔（1-1）、排气孔（1-2）、排尘孔（1-3）、高速气体入口（1-4）、液体入口（1-5）和抽真空口（1-6），所述微流控芯片（1）内部设置有气固两相分离机构（1-7）、粉尘分散度选择机构（1-8）和多条气体分析微通道，所述气固两相分离机构（1-7）的进气口通过输气导管（1-17）和设置在输气导管（1-17）上的第一微阀（1-10）与所述进气孔（1-1）相接，所述气固两相分离机构（1-7）的粉尘出口通过粉尘输送导管（1-18）和设置在粉尘输送导管（1-18）上的第五微阀（1-11）与粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘入口相接，所述粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘出口通过粉尘输送导管（1-18）与所述排尘孔（1-3）相接，所述气固两相分离机构（1-7）的气体出口通过输气导管（1-17）和设置在输气导管（1-17）上的第四微阀（1-12）与多条所述气体分析微通道的气体入口相接，多条所述气体分析微通道的气体出口均通过第六微阀（1-13）与所述排气孔（1-2）相接，所述气固两相分离机构（1-7）通过液体输送导管（1-19）和设置在液体输送导管（1-19）上的第二微阀（1-14）与所述液体入口（1-5）相接，所述液体输送导管（1-19）通过高速气体输送导管（1-20）和设置在高速气体输送导管（1-20）上的第七微阀（1-15）与所述高速气体入口（1-4）相接，连接在所述气固两相分离机构（1-7）气体出口处的输气导管（1-17）通过抽真空导管（1-21）和设置在抽真空导管（1-21）上的第三微阀（1-16）与所述抽真空口（1-6）相接；
所述采样单元（2）包括第一微阀驱动电路模块（2-1）、第二微阀驱动电路模块（2-2）、第三微阀驱动电路模块（2-3）、第四微阀驱动电路模块（2-4）、第五微阀驱动电路模块（2-5）、第六微阀驱动电路模块（2-6）和第七微阀驱动电路模块（2-7），以及微型液体泵（2-8）、微型液体泵驱动电路模块（2-9）、微型气体泵（2-10）、微型气体泵驱动电路模块（2-11）、微型气体取样真空泵（2-12）和微型气体取样真空泵驱动电路模块（2-13），所述第一微阀（1-10）与所述第一微阀驱动电路模块（2-1）的输出端相接，所述第二微阀（1-14）与所述第二微阀驱动电路模块（2-2）的输出端相接，所述第三微阀（1-16）与所述第三微阀驱动电路模块（2-3）的输出端相接，所述第四微阀（1-12）与所述第四微阀驱动电路模块（2-4）的输出端相接，所述第五微阀（1-11）与所述第五微阀驱动电路模块（2-5）的输出端相接，所述第六微阀（1-13）与所述第六微阀驱动电路模块（2-6）的输出端相接，所述第七微阀（1-15）与所述第七微阀驱动电路模块（2-7）的输出端相接，所述微型液体泵（2-8）连接在所述液体入口（1-5）处且与所述微型液体泵驱动电路模块（2-9）的输出端相接，所述微型液体泵（2-8）上连接有用于存储清洗液的储液器（2-14），所述微型气体泵（2-10）连接在所述高速气体入口（1-4）处且与所述微型气体泵驱动电路模块（2-11）的输出端相接，所述微型气体取样真空泵（2-12）连接在所述抽真空口（1-6）处且与所述微型气体取样真空泵驱动电路模块（2-13）的输出端相接；
所述检测单元（3）包括微处理器模块（3-1）、分别对应安装在多条气体分析微通道上的多个微型发光元件、分别对应与多个微型发光元件相接的多个单色器、分别对应用于探测多个单色器发出的具有单种气体特征谱线的单色光的多个光探测器和分别对应与多个所述光探测器相接的多个信号调理电路模块，所述微处理器模块（3-1）的输入端接有用于对粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数的多个光电计数器，多个所述微型发光元件均与所述微处理器模块（3-1）的输出端相接，多个所述信号调理电路模块均与所述微处理器模块（3-1）的输入端相接；
所述主控制单元（4）包括主控制器模块（4-1）以及与所述主控制器模块（4-1）相接的数据存储电路模块（4-2）、人机交互模块（4-3）、采样单元接口电路模块（4-4）、检测单元接口电路模块（4-5）和用于将信息无线发送给煤矿井下安全监控系统的无线通信模块（4-6），所述第一微阀驱动电路模块（2-1）、第二微阀驱动电路模块（2-2）、第三微阀驱动电路模块（2-3）、第四微阀驱动电路模块（2-4）、第五微阀驱动电路模块（2-5）、第六微阀驱动电路模块（2-6）、第七微阀驱动电路模块（2-7）、微型液体泵驱动电路模块（2-9）、微型气体泵驱动电路模块（2-11）和微型气体取样真空泵驱动电路模块（2-13）均与所述采样单元接口电路模块（4-4）相接，所述微处理器模块（3-1）与所述检测单元接口电路模块（4-5）相接；
所述气固两相分离机构（1-7）包括气固两相分离机构壳体（1-71）和设置在气固两相分离机构壳体（1-71）内且用于将气固两相分离机构壳体（1-71）内部空间分隔成粉尘腔（1-73）和气体腔（1-74）两部分的粉尘过滤网（1-72），所述气固两相分离机构（1-7）的气体入口和粉尘出口均设置在位于粉尘腔（1-73）部分的气固两相分离机构壳体（1-71）上，所述气固两相分离机构（1-7）的气体出口设置在位于气体腔（1-74）部分的气固两相分离机构壳体（1-71）上，所述液体输送导管（1-19）穿过所述气固两相分离机构壳体（1-71）插入到所述粉尘腔（1-73）内且靠近所述粉尘过滤网（1-72）设置；
所述微处理器模块（3-1）的输入端接有用于对煤矿井下环境温度进行检测的温度传感器（3-7）和用于对煤矿井下气压进行检测的气压传感器（3-8）。
2.按照权利要求1所述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述气体分析微通道的数量为六条且分别为氧气分析微通道（1-91）、二氧化碳分析微通道（1-92）、甲烷分析微通道（1-93）、二氧化硫分析微通道（1-94）、一氧化碳分析微通道（1-95）和硫化氢分析微通道（1-96），相应所述微型发光元件的数量为六个且分别为安装在氧气分析微通道（1-91）上的第一微型发光元件（3-21）、安装在二氧化碳分析微通道（1-92）上的第二微型发光元件（3-22）、安装在甲烷分析微通道（1-93）上的第三微型发光元件（3-23）、安装在二氧化硫分析微通道（1-94）上的第四微型发光元件（3-24）、安装在一氧化碳分析微通道（1-95）上的第五微型发光元件（3-25）和安装在硫化氢分析微通道（1-96）上的第六微型发光元件（3-26），相应所述单色器的数量为六个且分别为与第一微型发光元件（3-21）相接且用于将第一微型发光元件（3-21）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有氧气特征谱线的单色光的第一单色器（3-31）、与第二微型发光元件（3-22）相接且用于将第二微型发光元件（3-22）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化碳特征谱线的单色光的第二单色器（3-32）、与第三微型发光元件（3-23）相接且用于将第三微型发光元件（3-23）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有甲烷特征谱线的单色光的第三单色器（3-33）、与第四微型发光元件（3-24）相接且用于将第四微型发光元件（3-24）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化硫特征谱线的单色光的第四单色器（3-34）、与第五微型发光元件（3-25）相接且用于将第五微型发光元件（3-25）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有一氧化碳特征谱线的单色光的第五单色器（3-35）和与第六微型发光元件（3-26）相接且用于将第六微型发光元件（3-26）发射的复合光分解为单色光并从中选出具有硫化氢特征谱线的单色光的第六单色器（3-36），相应所述光探测器的数量为六个且分别为用于探测第一单色器（3-31）发出的单色光的第一光探测器（3-41）、用于探测第二单色器（3-32）发出的单色光的第二光探测器（3-42）、用于探测第三单色器（3-33）发出的单色光的第三光探测器（3-43）、用于探测第四单色器（3-34）发出的单色光的第四光探测器（3-44）、用于探测第五单色器（3-35）发出的单色光的第五光探测器（3-45）和用于探测第六单色器（3-36）发出的单色光的第六光探测器（3-46），相应所述信号调理电路模块的数量为六个且分别为与第一光探测器（3-41）相接的第一信号调理电路模块（3-51）、与第二光探测器（3-42）相接的第二信号调理电路模块（3-52）、与第三光探测器（3-43）相接的第三信号调理电路模块（3-53）、与第四光探测器（3-44）相接的第四信号调理电路模块（3-54）、与第五光探测器（3-45）相接的第五信号调理电路模块（3-55）和与第六光探测器（3-46）相接的第六信号调理电路模块（3-56）。
3.按照权利要求1所述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，相应所述光电计数器的数量为三个且分别为用于对粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的第一粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第一光电计数器（3-61）、用于对粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的第二粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第二光电计数器（3-62）和用于对粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的第三粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第三光电计数器（3-63）；所述粉尘分散度选择机构（1-8）包括粉尘分散度选择机构壳体（1-81）以及设置在粉尘分散度选择机构壳体（1-81）上的第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84），所述粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体（1-81）上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）上设置有第八微阀（1-85），所述第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）上设置有第九微阀（1-86），所述第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）上设置有第十微阀（1-87），所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）均与所述粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘出口相连通；所述采样单元（2）包括第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17），所述第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17）均与所述采样单元接口电路模块（4-4）相接，所述第八微阀（1-85）与所述第八微阀驱动电路模块（2-15）的输出端相接，所述第九微阀（1-86）与所述第九微阀驱动电路模块（2-16）的输出端相接，所述第十微阀（1-87）与所述第十微阀驱动电路模块（2-17）的输出端相接。
4.按照权利要求3所述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）的数量均为三个，相应所述第八微阀（1-85）、第九微阀（1-86）和第十微阀（1-87）的数量均为三个，相应所述第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17）的数量均为三个；三个所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、三个所述第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和三个所述第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）相互间隔设置。
5.按照权利要求3所述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述第一粒径区间为0.1μm～2.5μm，所述第二粒径区间为2.5μm～10μm，所述第三粒径区间为
6.按照权利要求1所述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述人机交互模块（4-3）为触摸式液晶显示屏，所述无线通信模块（4-6）为ZIGBEE无线通信模块（4-6）。
7.一种利用如权利要求1所述系统的微流控煤矿井下空气监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、对微流控芯片（1）抽真空：首先，所述主控制器模块（4-1）输出关闭第一微阀（1-10）、第二微阀（1-14）、第五微阀（1-11）、第六微阀（1-13）和第七微阀（1-15）以及打开第三微阀（1-16）和第四微阀（1-12）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第一微阀驱动电路模块（2-1）、第二微阀驱动电路模块（2-2）、第五微阀驱动电路模块（2-5）、第六微阀驱动电路模块（2-6）和第七微阀驱动电路模块（2-7）以及第三微阀驱动电路模块（2-3）和第四微阀驱动电路模块（2-4），控制第一微阀（1-10）、第二微阀（1-14）、第五微阀（1-11）、第六微阀（1-13）和第七微阀（1-15）关闭，并控制第三微阀（1-16）和第四微阀（1-12）打开；然后，所述主控制器模块（4-1）输出启动微型气体取样真空泵（2-12）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块（2-13），控制微型气体取样真空泵（2-12）启动，对微流控芯片（1）抽真空；抽真空结束后，所述主控制器模块（4-1）输出关闭微型气体取样真空泵（2-12）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块（2-13），控制微型气体取样真空泵（2-12）关闭；
步骤二、微流控芯片（1）进行气体采样：所述主控制器模块（4-1）输出关闭第三微阀（1-16）和打开第一微阀（1-10）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第三微阀驱动电路模块（2-3）和第一微阀驱动电路模块（2-1），控制第三微阀（1-16）关闭，第一微阀（1-10）打开，微流控芯片（1）开始进行气体采样，煤矿井下空气通过进气孔（1-1）进入并首先通过输气导管（1-17）输送到气固两相分离机构（1-7）中，再通过输气导管（1-17）输送到多条所述气体分析微通道中；然后，所述主控制器模块（4-1）输出关闭第一微阀（1-10）和第四微阀（1-12）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第一微阀驱动电路模块（2-1）和第四微阀驱动电路模块（2-4），控制第一微阀（1-10）和第四微阀（1-12）关闭；
步骤三、微流控芯片（1）中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量分析处理：所述微流控芯片（1）进行气体采样过程中，所述主控制器模块（4-1）输出开始检测的控制信号并通过检测单元接口电路模块（4-5）传输给微处理器模块（3-1），微处理器模块（3-1）控制多个微型发光元件开始发光，多个单色器分别对应将多个微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有单种气体特征谱线的单色光，多个光探测器分别对应探测多个单色器发出的单色光并将探测到的信号分别对应输出给多个信号调理电路模块，多个信号调理电路模块再将经过其处理后的信号输出给微处理器模块（3-1），微处理器模块（3-1）分别对多个信号调理电路模块输出的信号进行分析处理，得到微流控芯片（1）中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量并通过检测单元接口电路模块（4-5）传输给主控制器模块（4-1）；
步骤四、粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量分析处理：首先，所述主控制器模块（4-1）输出打开第五微阀（1-11）和第七微阀（1-15）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第五微阀驱动电路模块（2-5）和第七微阀驱动电路模块（2-7），控制第五微阀（1-11）和第七微阀（1-15）打开；然后，所述主控制器模块（4-1）输出启动微型气体泵（2-10）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型气体泵驱动电路模块（2-11），控制微型气体泵（2-10）启动，微型气体泵（2-10）输出的高速气体通过高速气体输送导管（1-20）和液体输送导管（1-19）进入到气固两相分离机构（1-7）中，并将气固两相分离机构（1-7）中分离出的粉尘通过粉尘输送导管（1-18）运输到粉尘分散度选择机构（1-8）中；接着，粉尘分散度选择机构（1-8）依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒，多个光电计数器对粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数并输出给微处理器模块（3-1），微处理器模块（3-1）分别对多个光电计数器输出的信号进行分析处理，得到粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量并通过检测单元接口电路模块（4-5）传输给主控制器模块（4-1）；
然后，所述主控制器模块（4-1）输出关闭微型气体泵（2-10）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型气体泵驱动电路模块（2-11），控制微型气体泵（2-10）关闭；
最后，所述主控制器模块（4-1）输出关闭第五微阀（1-11）和第七微阀（1-15）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第五微阀驱动电路模块（2-5）和第七微阀驱动电路模块（2-7），控制第五微阀（1-11）和第七微阀（1-15）关闭；
步骤五、煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度的分析处理：所述主控制器模块（4-1）对其接收到的微流控芯片（1）中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量和粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量进行分析处理，得到煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度，将分析处理结果存储到数据存储电路模块（4-2）中，并通过无线通信模块（4-6）发送给煤矿井下安全监控系统；
步骤六、微流控芯片（1）清洗：首先，所述主控制器模块（4-1）输出打开第二微阀（1-14）、第四微阀（1-12）、第五微阀（1-11）和第六微阀（1-13）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第二微阀驱动电路模块（2-2）、第四微阀驱动电路模块（2-4）、第五微阀驱动电路模块（2-5）和第六微阀驱动电路模块（2-6），控制第二微阀（1-14）、第四微阀（1-12）、第五微阀（1-11）和第六微阀（1-13）打开；然后，所述主控制器模块（4-1）输出启动微型液体泵（2-8）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型液体泵驱动电路模块（2-9），控制微型液体泵（2-8）启动，微型液体泵（2-8）将储液器（2-14）内的清洗液加压后通过液体输送导管（1-19）输送到气固两相分离机构（1-7）中，对气固两相分离机构（1-7）进行清洗，清洗液从气固两相分离机构（1-7）的粉尘出口流出后通过粉尘输送导管（1-18）输送到粉尘分散度选择机构（1-8）中，对粉尘分散度选择机构（1-8）进行清洗，清洗液从气固两相分离机构（1-7）的气体出口流出后通过输气导管（1-17）输送到多条所述气体分析微通道中，对多条所述气体分析微通道进行清洗；清洗结束后，所述主控制器模块（4-1）输出关闭微型液体泵（2-8）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给微型液体泵驱动电路模块（2-9），控制微型液体泵（2-8）关闭，所述主控制器模块（4-1）输出关闭第二微阀（1-14）、第五微阀（1-11）和第六微阀（1-13）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第二微阀驱动电路模块（2-2）、第五微阀驱动电路模块（2-5）和第六微阀驱动电路模块（2-6），控制第二微阀（1-14）、第五微阀（1-11）和第六微阀（1-13）关闭。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：所述粉尘分散度选择机构（1-8）选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，所述粉尘分散度选择机构（1-8）包括粉尘分散度选择机构壳体（1-81）以及设置在粉尘分散度选择机构壳体（1-81）上的第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84），所述粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体（1-81）上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）上设置有第八微阀（1-85），所述第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）上设置有第九微阀（1-86），所述第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）上设置有第十微阀（1-87），所述第一粒径区间粉尘颗粒通道（1-82）、第二粒径区间粉尘颗粒通道（1-83）和第三粒径区间粉尘颗粒通道（1-84）均与所述粉尘分散度选择机构（1-8）的粉尘出口相连通；所述采样单元（2）包括第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17），所述第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17）均与所述采样单元接口电路模块（4-4）相接，所述第八微阀（1-85）与所述第八微阀驱动电路模块（2-15）的输出端相接，所述第九微阀（1-86）与所述第九微阀驱动电路模块（2-16）的输出端相接，所述第十微阀（1-87）与所述第十微阀驱动电路模块（2-17）的输出端相接；
步骤四中粉尘分散度选择机构（1-8）依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒的过程为：首先，所述主控制器模块（4-1）输出打开第八微阀（1-85）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给第八微阀驱动电路模块（2-15），控制第八微阀（1-85）打开，粉尘分散度选择机构（1-8）选择出第一粒径区间内的粉尘颗粒；接着，所述主控制器模块（4-1）输出打开第九微阀（1-86）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给第九微阀驱动电路模块（2-16），控制第九微阀（1-86）打开，粉尘分散度选择机构（1-8）选择出第二粒径区间内的粉尘颗粒；然后，所述主控制器模块（4-1）输出打开第十微阀（1-87）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）传输给第十微阀驱动电路模块（2-17），控制第十微阀（1-87）打开，粉尘分散度选择机构（1-8）选择出第三粒径区间内的粉尘颗粒；
在步骤七之后还需所述主控制器模块（4-1）输出关闭第八微阀（1-85）、第九微阀（1-86）和第十微阀（1-87）的控制信号并通过采样单元接口电路模块（4-4）分别传输给第八微阀驱动电路模块（2-15）、第九微阀驱动电路模块（2-16）和第十微阀驱动电路模块（2-17），控制第八微阀（1-85）、第九微阀（1-86）和第十微阀（1-87）关闭。
一种微流控煤矿井下空气监测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及煤矿井下空气监测技术领域，尤其是涉及一种微流控煤矿井下空气监测系统及方法。
背景技术
[0002] 煤炭工业是我国重要的能源产业之一，2011年全国煤炭产量达35.2亿吨左右，约占全国能源生产总量的77.8%。目前，我国地下煤矿均为瓦斯矿井，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害给煤炭的安全生产带来巨大压力。因此，国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局制定了严格的《煤矿安全规程》。
[0003] 为了保证井下正常生产，《煤矿安全规程》规定了井下工作区域空气中的各种气体含量和粉尘浓度。其中，井下主要监测的气体成分包括氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氢气(H2)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、氨(NH3)、氧化氮（NO）等。粉尘监测主要涉及总粉尘、呼吸性粉尘和粉尘中游离SiO2含量等。因此，实时全面掌握井下空气现状在矿井安全监控系统中显得十分重要。
[0004] 目前，与矿井安全监控系统配接的空气监测类装置主要有甲烷检测仪、一氧化碳检测仪和煤矿粉尘浓度测量仪等，其使用基本满足现有煤矿安全监控的要求。但在实际中，使用上述独立式的监测仪器对井下空气进行检测时，需要多种设备，程序繁琐，费用高；在进行综合数据分析时，不仅各类数据间的相关性差，而且工作人员劳动强度大。
[0005] 为了适应煤矿井下空气监测的需要，近年来井下空气检测技术出现了多种检测仪器集成化的趋势。采用单一仪器来检测分析同一空气样本的多项指标，不仅能降低费用，而且能更好的反映空气在同一时刻的真实情况。例如，北京凌天世纪自动化技术有限公司生产的“CJYB4/25甲烷氧气两参数报警仪”，使用热催化原理、电化学原理实时检测环境空气中甲烷、氧气的浓度。
[0006] 近年来，在生物、化学领域发展的微流控技术为煤矿井下空气监测技术的发展提供了新的机遇。微流控技术把分析实验中涉及的多种操作单元集成在一块几平方厘米的芯片上，进行相关分析。例如，申请日为2011年3月25日，申请号为201110074623.X的中国发明专利公开了一种有毒有害气体检测芯片及其制备方法，该芯片使用电化学的方法可以检测一氧化碳、硫化氢和二氧化硫等气体种类和浓度。但是，煤矿井下环境特殊，由于空气中的气体成分、粉尘浓度同时监测的需要，上述芯片无法直接引入煤矿井下进行空气监测。现有技术中，还没有基于微流控技术的煤矿井下空气监测系统及方法。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理，实现方便、可靠性和稳定性高、能够降低工作人员劳动强度的微流控煤矿井下空气监测系统。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：包括微流控芯片、采样单元、检测单元和主控制单元，所述微流控芯片上设置有进气孔、排气孔、排尘孔、高速气体入口、液体入口和抽真空口，所述微流控芯片内部设置有气固两相分离机构、粉尘分散度选择机构和多条气体分析微通道，所述气固两相分离机构的进气口通过输气导管和设置在输气导管上的第一微阀与所述进气孔相接，所述气固两相分离机构的粉尘出口通过粉尘输送导管和设置在粉尘输送导管上的第五微阀与粉尘分散度选择机构的粉尘入口相接，所述粉尘分散度选择机构的粉尘出口通过粉尘输送导管与所述排尘孔相接，所述气固两相分离机构的气体出口通过输气导管和设置在输气导管上的第四微阀与多条所述气体分析微通道的气体入口相接，多条所述气体分析微通道的气体出口均通过第六微阀与所述排气孔相接，所述气固两相分离机构通过液体输送导管和设置在液体输送导管上的第二微阀与所述液体入口相接，所述液体输送导管通过高速气体输送导管和设置在高速气体输送导管上的第七微阀与所述高速气体入口相接，连接在所述气固两相分离机构气体出口处的输气导管通过抽真空导管和设置在抽真空导管上的第三微阀与所述抽真空口相接；
[0009] 所述采样单元包括第一微阀驱动电路模块、第二微阀驱动电路模块、第三微阀驱动电路模块、第四微阀驱动电路模块、第五微阀驱动电路模块、第六微阀驱动电路模块和第七微阀驱动电路模块，以及微型液体泵、微型液体泵驱动电路模块、微型气体泵、微型气体泵驱动电路模块、微型气体取样真空泵和微型气体取样真空泵驱动电路模块，所述第一微阀与所述第一微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第二微阀与所述第二微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第三微阀与所述第三微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第四微阀与所述第四微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第五微阀与所述第五微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第六微阀与所述第六微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第七微阀与所述第七微阀驱动电路模块的输出端相接，所述微型液体泵连接在所述液体入口处且与所述微型液体泵驱动电路模块的输出端相接，所述微型液体泵上连接有用于存储清洗液的储液器，所述微型气体泵连接在所述高速气体入口处且与所述微型气体泵驱动电路模块的输出端相接，所述微型气体取样真空泵连接在所述抽真空口处且与所述微型气体取样真空泵驱动电路模块的输出端相接；
[0010] 所述检测单元包括微处理器模块、分别对应安装在多条气体分析微通道上的多个微型发光元件、分别对应与多个微型发光元件相接的多个单色器、分别对应用于探测多个单色器发出的具有单种气体特征谱线的单色光的多个光探测器和分别对应与多个所述光探测器相接的多个信号调理电路模块，所述微处理器模块的输入端接有用于对粉尘分散度选择机构选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数的多个光电计数器，多个所述微型发光元件均与所述微处理器模块的输出端相接，多个所述信号调理电路模块均与所述微处理器模块的输入端相接；
[0011] 所述主控制单元包括主控制器模块以及与所述主控制器模块相接的数据存储电路模块、人机交互模块、采样单元接口电路模块、检测单元接口电路模块和用于将信息无线发送给煤矿井下安全监控系统的无线通信模块，所述第一微阀驱动电路模块、第二微阀驱动电路模块、第三微阀驱动电路模块、第四微阀驱动电路模块、第五微阀驱动电路模块、第六微阀驱动电路模块、第七微阀驱动电路模块、微型液体泵驱动电路模块、微型气体泵驱动电路模块和微型气体取样真空泵驱动电路模块均与所述采样单元接口电路模块相接，所述微处理器模块与所述检测单元接口电路模块相接。
[0012] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述气体分析微通道的数量为六条且分别为氧气分析微通道、二氧化碳分析微通道、甲烷分析微通道、二氧化硫分析微通道、一氧化碳分析微通道和硫化氢分析微通道，相应所述微型发光元件的数量为六个且分别为安装在氧气分析微通道上的第一微型发光元件、安装在二氧化碳分析微通道上的第二微型发光元件、安装在甲烷分析微通道上的第三微型发光元件、安装在二氧化硫分析微通道上的第四微型发光元件、安装在一氧化碳分析微通道上的第五微型发光元件和安装在硫化氢分析微通道上的第六微型发光元件，相应所述单色器的数量为六个且分别为与第一微型发光元件相接且用于将第一微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有氧气特征谱线的单色光的第一单色器、与第二微型发光元件相接且用于将第二微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化碳特征谱线的单色光的第二单色器、与第三微型发光元件相接且用于将第三微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有甲烷特征谱线的单色光的第三单色器、与第四微型发光元件相接且用于将第四微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化硫特征谱线的单色光的第四单色器、与第五微型发光元件相接且用于将第五微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有一氧化碳特征谱线的单色光的第五单色器和与第六微型发光元件相接且用于将第六微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有硫化氢特征谱线的单色光的第六单色器，相应所述光探测器的数量为六个且分别为用于探测第一单色器发出的单色光的第一光探测器、用于探测第二单色器发出的单色光的第二光探测器、用于探测第三单色器发出的单色光的第三光探测器、用于探测第四单色器发出的单色光的第四光探测器、用于探测第五单色器发出的单色光的第五光探测器和用于探测第六单色器发出的单色光的第六光探测器，相应所述信号调理电路模块的数量为六个且分别为与第一光探测器相接的第一信号调理电路模块、与第二光探测器相接的第二信号调理电路模块、与第三光探测器相接的第三信号调理电路模块、与第四光探测器相接的第四信号调理电路模块、与第五光探测器相接的第五信号调理电路模块和与第六光探测器相接的第六信号调理电路模块。
[0013] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述气固两相分离机构包括气固两相分离机构壳体和设置在气固两相分离机构壳体内且用于将气固两相分离机构壳体内部空间分隔成粉尘腔和气体腔两部分的粉尘过滤网，所述气固两相分离机构的气体入口和粉尘出口均设置在位于粉尘腔部分的气固两相分离机构壳体上，所述气固两相分离机构的气体出口设置在位于气体腔部分的气固两相分离机构壳体上，所述液体输送导管穿过所述气固两相分离机构壳体插入到所述粉尘腔内且靠近所述粉尘过滤网设置。
[0014] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述粉尘分散度选择机构选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，相应所述光电计数器的数量为三个且分别为用于对粉尘分散度选择机构选择出的第一粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第一光电计数器、用于对粉尘分散度选择机构选择出的第二粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第二光电计数器和用于对粉尘分散度选择机构选择出的第三粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第三光电计数器；所述粉尘分散度选择机构包括粉尘分散度选择机构壳体以及设置在粉尘分散度选择机构壳体上的第一粒径区间粉尘颗粒通道、第二粒径区间粉尘颗粒通道和第三粒径区间粉尘颗粒通道，所述粉尘分散度选择机构的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第八微阀，所述第二粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第九微阀，所述第三粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第十微阀，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道、第二粒径区间粉尘颗粒通道和第三粒径区间粉尘颗粒通道均与所述粉尘分散度选择机构的粉尘出口相连通；所述采样单元包括第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块，所述第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块均与所述采样单元接口电路模块相接，所述第八微阀与所述第八微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第九微阀与所述第九微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第十微阀与所述第十微阀驱动电路模块的输出端相接。
[0015] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述第一粒径区间粉尘颗粒通道、第二粒径区间粉尘颗粒通道和第三粒径区间粉尘颗粒通道的数量均为三个，相应所述第八微阀、第九微阀和第十微阀的数量均为三个，相应所述第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块的数量均为三个；三个所述第一粒径区间粉尘颗粒通道、三个所述第二粒径区间粉尘颗粒通道和三个所述第三粒径区间粉尘颗粒通道相互间隔设置。
[0016] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述第一粒径区间为0.1μm～2.5μm，所述第二粒径区间为2.5μm～10μm，所述第三粒径区间为10μm～
100μm。
[0017] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述人机交互模块为触摸式液晶显示屏，所述无线通信模块为ZIGBEE无线通信模块。
[0018] 上述的微流控煤矿井下空气监测系统，其特征在于：所述微处理器模块的输入端接有用于对煤矿井下环境温度进行检测的温度传感器和用于对煤矿井下气压进行检测的气压传感器。
[0019] 本发明还提供了一种实现简单、数据分析处理速度快、可靠性高、准确性高的微流控煤矿井下空气监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0020] 步骤一、对微流控芯片抽真空：首先，所述主控制器模块输出关闭第一微阀、第二微阀、第五微阀、第六微阀和第七微阀以及打开第三微阀和第四微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第一微阀驱动电路模块、第二微阀驱动电路模块、第五微阀驱动电路模块、第六微阀驱动电路模块和第七微阀驱动电路模块以及第三微阀驱动电路模块和第四微阀驱动电路模块，控制第一微阀、第二微阀、第五微阀、第六微阀和第七微阀关闭，并控制第三微阀和第四微阀打开；然后，所述主控制器模块输出启动微型气体取样真空泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块，控制微型气体取样真空泵启动，对微流控芯片抽真空；抽真空结束后，所述主控制器模块输出关闭微型气体取样真空泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块，控制微型气体取样真空泵关闭；
[0021] 步骤二、微流控芯片进行气体采样：所述主控制器模块输出关闭第三微阀和打开第一微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第三微阀驱动电路模块和第一微阀驱动电路模块，控制第三微阀关闭，第一微阀打开，微流控芯片开始进行气体采样，煤矿井下空气通过进气孔进入并首先通过输气导管输送到气固两相分离机构中，再通过输气导管输送到多条所述气体分析微通道中；然后，所述主控制器模块输出关闭第一微阀和第四微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第一微阀驱动电路模块和第四微阀驱动电路模块，控制第一微阀和第四微阀关闭；
[0022] 步骤三、微流控芯片中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量分析处理：所述微流控芯片进行气体采样过程中，所述主控制器模块输出开始检测的控制信号并通过检测单元接口电路模块传输给微处理器模块，微处理器模块控制多个微型发光元件开始发光，多个单色器分别对应将多个微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有单种气体特征谱线的单色光，多个光探测器分别对应探测多个单色器发出的单色光并将探测到的信号分别对应输出给多个信号调理电路模块，多个信号调理电路模块再将经过其处理后的信号输出给微处理器模块，微处理器模块分别对多个信号调理电路模块输出的信号进行分析处理，得到微流控芯片中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量并通过检测单元接口电路模块传输给主控制器模块；
[0023] 步骤四、粉尘分散度选择机构选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量分析处理：首先，所述主控制器模块输出打开第五微阀和第七微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第五微阀驱动电路模块和第七微阀驱动电路模块，控制第五微阀和第七微阀打开；然后，所述主控制器模块输出启动微型气体泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型气体泵驱动电路模块，控制微型气体泵启动，微型气体泵输出的高速气体通过高速气体输送导管和液体输送导管进入到气固两相分离机构中，并将气固两相分离机构中分离出的粉尘通过粉尘输送导管运输到粉尘分散度选择机构中；接着，粉尘分散度选择机构依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒，多个光电计数器对粉尘分散度选择机构选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数并输出给微处理器模块，微处理器模块分别对多个光电计数器输出的信号进行分析处理，得到粉尘分散度选择机构选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量并通过检测单元接口电路模块传输给主控制器模块；然后，所述主控制器模块输出关闭微型气体泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型气体泵驱动电路模块，控制微型气体泵关闭；最后，所述主控制器模块输出关闭第五微阀和第七微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第五微阀驱动电路模块和第七微阀驱动电路模块，控制第五微阀和第七微阀关闭；
[0024] 步骤五、煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度的分析处理：所述主控制器模块对其接收到的微流控芯片中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量和粉尘分散度选择机构选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量进行分析处理，得到煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度，将分析处理结果存储到数据存储电路模块中，并通过无线通信模块发送给煤矿井下安全监控系统；
[0025] 步骤六、微流控芯片清洗：首先，所述主控制器模块输出打开第二微阀、第四微阀、第五微阀和第六微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第二微阀驱动电路模块、第四微阀驱动电路模块、第五微阀驱动电路模块和第六微阀驱动电路模块，控制第二微阀、第四微阀、第五微阀和第六微阀打开；然后，所述主控制器模块输出启动微型液体泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型液体泵驱动电路模块，控制微型液体泵启动，微型液体泵将储液器内的清洗液加压后通过液体输送导管输送到气固两相分离机构中，对气固两相分离机构进行清洗，清洗液从气固两相分离机构的粉尘出口流出后通过粉尘输送导管输送到粉尘分散度选择机构中，对粉尘分散度选择机构进行清洗，清洗液从气固两相分离机构的气体出口流出后通过输气导管输送到多条所述气体分析微通道中，对多条所述气体分析微通道进行清洗；清洗结束后，所述主控制器模块输出关闭微型液体泵的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给微型液体泵驱动电路模块，控制微型液体泵关闭，所述主控制器模块输出关闭第二微阀、第五微阀和第六微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第二微阀驱动电路模块、第五微阀驱动电路模块和第六微阀驱动电路模块，控制第二微阀、第五微阀和第六微阀关闭。
[0026] 上述的方法，其特征在于：所述粉尘分散度选择机构选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，所述粉尘分散度选择机构包括粉尘分散度选择机构壳体以及设置在粉尘分散度选择机构壳体上的第一粒径区间粉尘颗粒通道、第二粒径区间粉尘颗粒通道和第三粒径区间粉尘颗粒通道，所述粉尘分散度选择机构的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第八微阀，所述第二粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第九微阀，所述第三粒径区间粉尘颗粒通道上设置有第十微阀，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道、第二粒径区间粉尘颗粒通道和第三粒径区间粉尘颗粒通道均与所述粉尘分散度选择机构的粉尘出口相连通；所述采样单元包括第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块，所述第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块均与所述采样单元接口电路模块相接，所述第八微阀与所述第八微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第九微阀与所述第九微阀驱动电路模块的输出端相接，所述第十微阀与所述第十微阀驱动电路模块的输出端相接；
[0027] 步骤四中粉尘分散度选择机构依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒的过程为：首先，所述主控制器模块输出打开第八微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给第八微阀驱动电路模块，控制第八微阀打开，粉尘分散度选择机构选择出第一粒径区间内的粉尘颗粒；接着，所述主控制器模块输出打开第九微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给第九微阀驱动电路模块，控制第九微阀打开，粉尘分散度选择机构选择出第二粒径区间内的粉尘颗粒；然后，所述主控制器模块输出打开第十微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块传输给第十微阀驱动电路模块，控制第十微阀打开，粉尘分散度选择机构选择出第三粒径区间内的粉尘颗粒；在步骤七之后还需所述主控制器模块输出关闭第八微阀、第九微阀和第十微阀的控制信号并通过采样单元接口电路模块分别传输给第八微阀驱动电路模块、第九微阀驱动电路模块和第十微阀驱动电路模块，控制第八微阀、第九微阀和第十微阀关闭。
[0028] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0029] 1、本发明微流控煤矿井下空气监测系统采用了模块化的设计，结构简单，设计新颖合理，实现方便。
[0030] 2、本发明将多种气体和粉尘的检测功能集中于同一微流控芯片上，可以有效提高空气监测系统的可靠性和稳定性。
[0031] 3、本发明微流控煤矿井下空气监测系统中采用了集成的微流控芯片，可实现煤矿井下空气中多种气体与粉尘的综合检测功能，克服了现有技术中需要采用多种设备进行综合数据分析程序繁琐、费用高、数据间的相关性差、工作人员劳动强度大等缺陷和不足，降低了煤矿井下空气成分检测成本，减少了工作人员的劳动强度，提高了检测效率，且能获得更加准确的检测数据。
[0032] 4、本发明能够对煤矿井下空气相关参数进行同时获取，便于煤矿井下各类危险事故致因分析，提高了煤矿安全监测水平。
[0033] 5、本发明微流控煤矿井下空气监测方法的实现简单，数据分析处理速度快，可靠性高，准确性高。
[0034] 6、本发明适合于煤矿井下空气监测，实用性强，推广应用价值高。
[0035] 综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，降低了煤矿井下空气成分检测成本，减少了工作人员的劳动强度，提高了检测效率，且能获得更加准确的检测数据，实用性强，推广应用价值高。
[0036] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0037] 图1为本发明微流控煤矿井下空气监测系统的整体电路框图。
[0038] 图2为本发明微流控芯片的结构示意图。
[0039] 图3为本发明气固两相分离机构的结构示意图。
[0040] 图4为本发明粉尘分散度选择机构的结构示意图。
[0041] 图5为本发明采样单元与其它各模块的连接关系示意图。
[0042] 图6为本发明检测单元的电路原理框图。
[0043] 图7为本发明微流控煤矿井下空气监测方法的方法流程图。
[0044] 附图标记说明:
[0045] 1—微流控芯片； 1-1—进气孔； 1-2—排气孔；
[0046] 1-3—排尘孔； 1-4—高速气体入口； 1-5—液体入口；
[0047] 1-6—抽真空口； 1-7—气固两相分离机构；
[0048] 1-8—粉尘分散度选择机构； 1-91—氧气分析微通道；
[0049] 1-92—二氧化碳分析微通道； 1-93—甲烷分析微通道；
[0050] 1-94—二氧化硫分析微通道； 1-95—一氧化碳分析微通道；
[0051] 1-96—硫化氢分析微通道； 1-10—第一微阀；
[0052] 1-11—第五微阀； 1-12—第四微阀； 1-13—第六微阀；
[0053] 1-14—第二微阀； 1-15—第七微阀； 1-16—第三微阀；
[0054] 1-17—输气导管； 1-18—粉尘输送导管； 1-19—液体输送导管；
[0055] 1-20—高速气体输送导管； 1-21—抽真空导管；
[0056] 2—采样单元； 2-1—第一微阀驱动电路模块；
[0057] 2-2—第二微阀驱动电路模块； 2-3—第三微阀驱动电路模块；
[0058] 2-4—第四微阀驱动电路模块； 2-5—第五微阀驱动电路模块；
[0059] 2-6—第六微阀驱动电路模块； 2-7—第七微阀驱动电路模块；
[0060] 2-7—第七微阀驱动电路模块； 2-8—微型液体泵；
[0061] 2-9—微型液体泵驱动电路模块； 2-10—微型气体泵；
[0062] 2-11—微型气体泵驱动电路模块； 2-12—微型气体取样真空泵；
[0063] 2-13—微型气体取样真空泵驱动电路模块；2-14—储液器；
[0064] 2-15—第八微阀驱动电路模块； 2-16—第九微阀驱动电路模块；
[0065] 2-17—第十微阀驱动电路模块； 2-18—第十微阀驱动电路模块；
[0066] 3—检测单元； 3-1—微处理器模块；
[0067] 3-21—第一微型发光元件； 3-22—第二微型发光元件；
[0068] 3-23—第三微型发光元件； 3-24—第四微型发光元件；
[0069] 3-25—第五微型发光元件； 3-26—第六微型发光元件；
[0070] 3-31—第一单色器； 3-32—第二单色器； 3-33—第三单色器；
[0071] 3-34—第四单色器； 3-35—第五单色器； 3-36—第六单色器；
[0072] 3-41—第一光探测器； 3-42—第二光探测器； 3-43—第三光探测器；
[0073] 3-44—第四光探测器； 3-45—第五光探测器； 3-46—第六光探测器；
[0074] 3-51—第一信号调理电路模块； 3-52—第二信号调理电路模块；
[0075] 3-53—第三信号调理电路模块； 3-54—第四信号调理电路模块；
[0076] 3-55—第五信号调理电路模块； 3-56—第六信号调理电路模块；
[0077] 3-61—第一光电计数器； 3-62—第二光电计数器；
[0078] 3-63—第三光电计数器； 3-7—温度传感器； 3-8—气压传感器；
[0079] 4—主控制单元； 4-1—主控制器模块； 4-2—数据存储电路模块；
[0080] 4-3—人机交互模块； 4-4—采样单元接口电路模块；
[0081] 4-5—检测单元接口电路模块； 4-6—无线通信模块。
具体实施方式
[0082] 如图1和图2所示，本发明所述的微流控煤矿井下空气监测系统，包括微流控芯片1、采样单元2、检测单元3和主控制单元4，所述微流控芯片1上设置有进气孔1-1、排气孔
1-2、排尘孔1-3、高速气体入口1-4、液体入口1-5和抽真空口1-6，所述微流控芯片1内部设置有气固两相分离机构1-7、粉尘分散度选择机构1-8和多条气体分析微通道，所述气固两相分离机构1-7的进气口通过输气导管1-17和设置在输气导管1-17上的第一微阀1-10与所述进气孔1-1相接，所述气固两相分离机构1-7的粉尘出口通过粉尘输送导管1-18和设置在粉尘输送导管1-18上的第五微阀1-11与粉尘分散度选择机构1-8的粉尘入口相接，所述粉尘分散度选择机构1-8的粉尘出口通过粉尘输送导管1-18与所述排尘孔1-3相接，所述气固两相分离机构1-7的气体出口通过输气导管1-17和设置在输气导管1-17上的第四微阀1-12与多条所述气体分析微通道的气体入口相接，多条所述气体分析微通道的气体出口均通过第六微阀1-13与所述排气孔1-2相接，所述气固两相分离机构1-7通过液体输送导管1-19和设置在液体输送导管1-19上的第二微阀1-14与所述液体入口1-5相接，所述液体输送导管1-19通过高速气体输送导管1-20和设置在高速气体输送导管1-20上的第七微阀1-15与所述高速气体入口1-4相接，连接在所述气固两相分离机构1-7气体出口处的输气导管1-17通过抽真空导管1-21和设置在抽真空导管1-21上的第三微阀
1-16与所述抽真空口1-6相接；
[0083] 如图5所示，所述采样单元2包括第一微阀驱动电路模块2-1、第二微阀驱动电路模块2-2、第三微阀驱动电路模块2-3、第四微阀驱动电路模块2-4、第五微阀驱动电路模块2-5、第六微阀驱动电路模块2-6和第七微阀驱动电路模块2-7，以及微型液体泵2-8、微型液体泵驱动电路模块2-9、微型气体泵2-10、微型气体泵驱动电路模块2-11、微型气体取样真空泵2-12和微型气体取样真空泵驱动电路模块2-13，所述第一微阀1-10与所述第一微阀驱动电路模块2-1的输出端相接，所述第二微阀1-14与所述第二微阀驱动电路模块2-2的输出端相接，所述第三微阀1-16与所述第三微阀驱动电路模块2-3的输出端相接，所述第四微阀1-12与所述第四微阀驱动电路模块2-4的输出端相接，所述第五微阀1-11与所述第五微阀驱动电路模块2-5的输出端相接，所述第六微阀1-13与所述第六微阀驱动电路模块2-6的输出端相接，所述第七微阀1-15与所述第七微阀驱动电路模块2-7的输出端相接，所述微型液体泵2-8连接在所述液体入口1-5处且与所述微型液体泵驱动电路模块2-9的输出端相接，所述微型液体泵2-8上连接有用于存储清洗液的储液器2-14，所述微型气体泵2-10连接在所述高速气体入口1-4处且与所述微型气体泵驱动电路模块2-11的输出端相接，所述微型气体取样真空泵2-12连接在所述抽真空口1-6处且与所述微型气体取样真空泵驱动电路模块2-13的输出端相接；
[0084] 如图6所示，所述检测单元3包括微处理器模块3-1、分别对应安装在多条气体分析微通道上的多个微型发光元件、分别对应与多个微型发光元件相接的多个单色器、分别对应用于探测多个单色器发出的具有单种气体特征谱线的单色光的多个光探测器和分别对应与多个所述光探测器相接的多个信号调理电路模块，所述微处理器模块3-1的输入端接有用于对粉尘分散度选择机构1-8选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数的多个光电计数器，多个所述微型发光元件均与所述微处理器模块3-1的输出端相接，多个所述信号调理电路模块均与所述微处理器模块3-1的输入端相接；
[0085] 如图1所示，所述主控制单元4包括主控制器模块4-1以及与所述主控制器模块4-1相接的数据存储电路模块4-2、人机交互模块4-3、采样单元接口电路模块4-4、检测单元接口电路模块4-5和用于将信息无线发送给煤矿井下安全监控系统的无线通信模块4-6，所述第一微阀驱动电路模块2-1、第二微阀驱动电路模块2-2、第三微阀驱动电路模块
2-3、第四微阀驱动电路模块2-4、第五微阀驱动电路模块2-5、第六微阀驱动电路模块2-6、第七微阀驱动电路模块2-7、微型液体泵驱动电路模块2-9、微型气体泵驱动电路模块2-11和微型气体取样真空泵驱动电路模块2-13均与所述采样单元接口电路模块4-4相接，所述微处理器模块3-1与所述检测单元接口电路模块4-5相接。
[0086] 如图2和图6所示，本实施例中，所述气体分析微通道的数量为六条且分别为氧气分析微通道1-91、二氧化碳分析微通道1-92、甲烷分析微通道1-93、二氧化硫分析微通道1-94、一氧化碳分析微通道1-95和硫化氢分析微通道1-96，相应所述微型发光元件的数量为六个且分别为安装在氧气分析微通道1-91上的第一微型发光元件3-21、安装在二氧化碳分析微通道1-92上的第二微型发光元件3-22、安装在甲烷分析微通道1-93上的第三微型发光元件3-23、安装在二氧化硫分析微通道1-94上的第四微型发光元件3-24、安装在一氧化碳分析微通道1-95上的第五微型发光元件3-25和安装在硫化氢分析微通道1-96上的第六微型发光元件3-26，相应所述单色器的数量为六个且分别为与第一微型发光元件
3-21相接且用于将第一微型发光元件3-21发射的复合光分解为单色光并从中选出具有氧气特征谱线的单色光的第一单色器3-31、与第二微型发光元件3-22相接且用于将第二微型发光元件3-22发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化碳特征谱线的单色光的第二单色器3-32、与第三微型发光元件3-23相接且用于将第三微型发光元件3-23发射的复合光分解为单色光并从中选出具有甲烷特征谱线的单色光的第三单色器3-33、与第四微型发光元件3-24相接且用于将第四微型发光元件3-24发射的复合光分解为单色光并从中选出具有二氧化硫特征谱线的单色光的第四单色器3-34、与第五微型发光元件3-25相接且用于将第五微型发光元件3-25发射的复合光分解为单色光并从中选出具有一氧化碳特征谱线的单色光的第五单色器3-35和与第六微型发光元件3-26相接且用于将第六微型发光元件3-26发射的复合光分解为单色光并从中选出具有硫化氢特征谱线的单色光的第六单色器3-36，相应所述光探测器的数量为六个且分别为用于探测第一单色器3-31发出的单色光的第一光探测器3-41、用于探测第二单色器3-32发出的单色光的第二光探测器
3-42、用于探测第三单色器3-33发出的单色光的第三光探测器3-43、用于探测第四单色器
3-34发出的单色光的第四光探测器3-44、用于探测第五单色器3-35发出的单色光的第五光探测器3-45和用于探测第六单色器3-36发出的单色光的第六光探测器3-46，相应所述信号调理电路模块的数量为六个且分别为与第一光探测器3-41相接的第一信号调理电路模块3-51、与第二光探测器3-42相接的第二信号调理电路模块3-52、与第三光探测器3-43相接的第三信号调理电路模块3-53、与第四光探测器3-44相接的第四信号调理电路模块
3-54、与第五光探测器3-45相接的第五信号调理电路模块3-55和与第六光探测器3-46相接的第六信号调理电路模块3-56。
[0087] 具体实施时，所述第一信号调理电路模块3-51、第二信号调理电路模块3-52、第三信号调理电路模块3-53、第四信号调理电路模块3-54、第五信号调理电路模块3-55和第六信号调理电路模块3-56均由依次相接的放大电路模块、滤波电路模块和A/D转换电路模块构成。
[0088] 如图3所示，本实施例中，所述气固两相分离机构1-7包括气固两相分离机构壳体1-71和设置在气固两相分离机构壳体1-71内且用于将气固两相分离机构壳体1-71内部空间分隔成粉尘腔1-73和气体腔1-74两部分的粉尘过滤网1-72，所述气固两相分离机构
1-7的气体入口和粉尘出口均设置在位于粉尘腔1-73部分的气固两相分离机构壳体1-71上，所述气固两相分离机构1-7的气体出口设置在位于气体腔1-74部分的气固两相分离机构壳体1-71上，所述液体输送导管1-19穿过所述气固两相分离机构壳体1-71插入到所述粉尘腔1-73内且靠近所述粉尘过滤网1-72设置。
[0089] 如图4所示，本实施例中，所述粉尘分散度选择机构1-8选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，相应所述光电计数器的数量为三个且分别为用于对粉尘分散度选择机构1-8选择出的第一粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第一光电计数器3-61、用于对粉尘分散度选择机构1-8选择出的第二粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第二光电计数器3-62和用于对粉尘分散度选择机构1-8选择出的第三粒径区间内的粉尘颗粒进行计数的第三光电计数器3-63；所述粉尘分散度选择机构1-8包括粉尘分散度选择机构壳体1-81以及设置在粉尘分散度选择机构壳体1-81上的第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84，所述粉尘分散度选择机构1-8的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体1-81上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82上设置有第八微阀1-85，所述第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83上设置有第九微阀1-86，所述第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84上设置有第十微阀1-87，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84均与所述粉尘分散度选择机构1-8的粉尘出口相连通；所述采样单元2包括第八微阀驱动电路模块2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17，所述第八微阀驱动电路模块2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17均与所述采样单元接口电路模块4-4相接，所述第八微阀1-85与所述第八微阀驱动电路模块2-15的输出端相接，所述第九微阀
1-86与所述第九微阀驱动电路模块2-16的输出端相接，所述第十微阀1-87与所述第十微阀驱动电路模块2-17的输出端相接。
[0090] 如图4所示，本实施例中，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84的数量均为三个，相应所述第八微阀1-85、第九微阀1-86和第十微阀1-87的数量均为三个，相应所述第八微阀驱动电路模块
2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17的数量均为三个；三个所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、三个所述第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和三个所述第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84相互间隔设置。所述第一粒径区间为0.1μm～2.5μm，所述第二粒径区间为2.5μm～10μm，所述第三粒径区间为10μm～100μm。
[0091] 具体实施时，三个所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82的粉尘出口连接在一起，第一光电计数器3-61设置在三个所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82的粉尘出口处；三个所述第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83的粉尘出口连接在一起，第二光电计数器3-62设置在三个所述第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83的粉尘出口处；三个所述第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84的粉尘出口连接在一起，第三光电计数器3-63设置在三个所述第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84的粉尘出口处。
[0092] 本实施例中，所述人机交互模块4-3为触摸式液晶显示屏，所述无线通信模块4-6为ZIGBEE无线通信模块4-6。如图6所示，所述微处理器模块3-1的输入端接有用于对煤矿井下环境温度进行检测的温度传感器3-7和用于对煤矿井下气压进行检测的气压传感器3-8；由于随着煤矿井下环境温度和气压的变化，进入到多条所述气体分析微通道内的空气流量就会发生变化，因此设置温度传感器3-7和气压传感器3-8，能够用于对分析处理得到的煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度的数据进行修正，以便得到更加精确的数据。
[0093] 具体实施时，所述微处理器模块3-1和主控制器模块4-1均使用了16位或32的嵌入式高性能微处理器。
[0094] 结合图7，本发明所述的微流控煤矿井下空气监测方法，包括以下步骤：
[0095] 步骤一、对微流控芯片1抽真空：首先，所述主控制器模块4-1输出关闭第一微阀1-10、第二微阀1-14、第五微阀1-11、第六微阀1-13和第七微阀1-15以及打开第三微阀
1-16和第四微阀1-12的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第一微阀驱动电路模块2-1、第二微阀驱动电路模块2-2、第五微阀驱动电路模块2-5、第六微阀驱动电路模块2-6和第七微阀驱动电路模块2-7以及第三微阀驱动电路模块2-3和第四微阀驱动电路模块2-4，控制第一微阀1-10、第二微阀1-14、第五微阀1-11、第六微阀1-13和第七微阀1-15关闭，并控制第三微阀1-16和第四微阀1-12打开；然后，所述主控制器模块4-1输出启动微型气体取样真空泵2-12的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块2-13，控制微型气体取样真空泵2-12启动，对微流控芯片1抽真空；抽真空结束后，所述主控制器模块4-1输出关闭微型气体取样真空泵2-12的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型气体取样真空泵驱动电路模块
2-13，控制微型气体取样真空泵2-12关闭；
[0096] 步骤二、微流控芯片1进行气体采样：所述主控制器模块4-1输出关闭第三微阀1-16和打开第一微阀1-10的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第三微阀驱动电路模块2-3和第一微阀驱动电路模块2-1，控制第三微阀1-16关闭，第一微阀
1-10打开，微流控芯片1开始进行气体采样，煤矿井下空气通过进气孔1-1进入并首先通过输气导管1-17输送到气固两相分离机构1-7中，再通过输气导管1-17输送到多条所述气体分析微通道中；然后，所述主控制器模块4-1输出关闭第一微阀1-10和第四微阀1-12的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第一微阀驱动电路模块2-1和第四微阀驱动电路模块2-4，控制第一微阀1-10和第四微阀1-12关闭；
[0097] 步骤三、微流控芯片1中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量分析处理：所述微流控芯片1进行气体采样过程中，所述主控制器模块4-1输出开始检测的控制信号并通过检测单元接口电路模块4-5传输给微处理器模块3-1，微处理器模块3-1控制多个微型发光元件开始发光，多个单色器分别对应将多个微型发光元件发射的复合光分解为单色光并从中选出具有单种气体特征谱线的单色光，多个光探测器分别对应探测多个单色器发出的单色光并将探测到的信号分别对应输出给多个信号调理电路模块，多个信号调理电路模块再将经过其处理后的信号输出给微处理器模块3-1，微处理器模块3-1分别对多个信号调理电路模块输出的信号进行分析处理，得到微流控芯片1中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量并通过检测单元接口电路模块4-5传输给主控制器模块4-1；
[0098] 步骤四、粉尘分散度选择机构1-8选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量分析处理：首先，所述主控制器模块4-1输出打开第五微阀1-11和第七微阀1-15的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第五微阀驱动电路模块2-5和第七微阀驱动电路模块2-7，控制第五微阀1-11和第七微阀1-15打开；然后，所述主控制器模块4-1输出启动微型气体泵2-10的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型气体泵驱动电路模块2-11，控制微型气体泵2-10启动，微型气体泵2-10输出的高速气体通过高速气体输送导管1-20和液体输送导管1-19进入到气固两相分离机构1-7中，并将气固两相分离机构1-7中分离出的粉尘通过粉尘输送导管1-18运输到粉尘分散度选择机构1-8中；接着，粉尘分散度选择机构1-8依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒，多个光电计数器对粉尘分散度选择机构1-8选择出的多个粒径区间内的粉尘颗粒分别进行计数并输出给微处理器模块3-1，微处理器模块3-1分别对多个光电计数器输出的信号进行分析处理，得到粉尘分散度选择机构1-8选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量并通过检测单元接口电路模块4-5传输给主控制器模块4-1；然后，所述主控制器模块4-1输出关闭微型气体泵2-10的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型气体泵驱动电路模块2-11，控制微型气体泵2-10关闭；最后，所述主控制器模块4-1输出关闭第五微阀1-11和第七微阀1-15的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第五微阀驱动电路模块2-5和第七微阀驱动电路模块2-7，控制第五微阀1-11和第七微阀1-15关闭；
[0099] 步骤五、煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度的分析处理：所述主控制器模块4-1对其接收到的微流控芯片1中各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量和粉尘分散度选择机构1-8选择出的各个粒径区间内的粉尘颗粒数量进行分析处理，得到煤矿井下空气中各种气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度，将分析处理结果存储到数据存储电路模块4-2中，并通过无线通信模块4-6发送给煤矿井下安全监控系统；
[0100] 步骤六、微流控芯片1清洗：首先，所述主控制器模块4-1输出打开第二微阀1-14、第四微阀1-12、第五微阀1-11和第六微阀1-13的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第二微阀驱动电路模块2-2、第四微阀驱动电路模块2-4、第五微阀驱动电路模块2-5和第六微阀驱动电路模块2-6，控制第二微阀1-14、第四微阀1-12、第五微阀1-11和第六微阀1-13打开；然后，所述主控制器模块4-1输出启动微型液体泵2-8的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型液体泵驱动电路模块2-9，控制微型液体泵2-8启动，微型液体泵2-8将储液器2-14内的清洗液加压后通过液体输送导管1-19输送到气固两相分离机构1-7中，对气固两相分离机构1-7进行清洗，清洗液从气固两相分离机构1-7的粉尘出口流出后通过粉尘输送导管1-18输送到粉尘分散度选择机构1-8中，对粉尘分散度选择机构1-8进行清洗，清洗液从气固两相分离机构1-7的气体出口流出后通过输气导管1-17输送到多条所述气体分析微通道中，对多条所述气体分析微通道进行清洗；清洗结束后，所述主控制器模块4-1输出关闭微型液体泵2-8的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给微型液体泵驱动电路模块2-9，控制微型液体泵2-8关闭，所述主控制器模块4-1输出关闭第二微阀1-14、第五微阀1-11和第六微阀1-13的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第二微阀驱动电路模块2-2、第五微阀驱动电路模块2-5和第六微阀驱动电路模块2-6，控制第二微阀1-14、第五微阀1-11和第六微阀1-13关闭。
[0101] 本实施例中，所述粉尘分散度选择机构1-8选择出的粒径区间的数量为三个且分别为第一粒径区间、第二粒径区间和第三粒径区间，所述粉尘分散度选择机构1-8包括粉尘分散度选择机构壳体1-81以及设置在粉尘分散度选择机构壳体1-81上的第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84，所述粉尘分散度选择机构1-8的粉尘入口和粉尘出口对称设置在所述粉尘分散度选择机构壳体1-81上，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82上设置有第八微阀1-85，所述第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83上设置有第九微阀1-86，所述第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84上设置有第十微阀1-87，所述第一粒径区间粉尘颗粒通道1-82、第二粒径区间粉尘颗粒通道1-83和第三粒径区间粉尘颗粒通道1-84均与所述粉尘分散度选择机构1-8的粉尘出口相连通；所述采样单元2包括第八微阀驱动电路模块2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17，所述第八微阀驱动电路模块2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17均与所述采样单元接口电路模块4-4相接，所述第八微阀1-85与所述第八微阀驱动电路模块2-15的输出端相接，所述第九微阀1-86与所述第九微阀驱动电路模块2-16的输出端相接，所述第十微阀1-87与所述第十微阀驱动电路模块
2-17的输出端相接；
[0102] 步骤四中粉尘分散度选择机构1-8依次选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒的过程为：首先，所述主控制器模块4-1输出打开第八微阀1-85的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给第八微阀驱动电路模块2-15，控制第八微阀1-85打开，粉尘分散度选择机构1-8选择出第一粒径区间内的粉尘颗粒；接着，所述主控制器模块4-1输出打开第九微阀1-86的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给第九微阀驱动电路模块2-16，控制第九微阀1-86打开，粉尘分散度选择机构1-8选择出第二粒径区间内的粉尘颗粒；然后，所述主控制器模块4-1输出打开第十微阀1-87的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4传输给第十微阀驱动电路模块2-17，控制第十微阀1-87打开，粉尘分散度选择机构1-8选择出第三粒径区间内的粉尘颗粒；在步骤七之后还需所述主控制器模块4-1输出关闭第八微阀1-85、第九微阀1-86和第十微阀1-87的控制信号并通过采样单元接口电路模块4-4分别传输给第八微阀驱动电路模块2-15、第九微阀驱动电路模块2-16和第十微阀驱动电路模块2-17，控制第八微阀1-85、第九微阀1-86和第十微阀1-87关闭。
[0103] 综上所述，微流控芯片1为气固两相分离、气体浓度测量、粉尘浓度测量和粉尘分散度分析等提供了分析平台，其中，气固两相分离机构1-7用于完成气体成分与粉尘分离，气体进入多条所述气体分析微通道供浓度测量，粉尘进入粉尘分散度选择机构1-8，选择出多个粒径区间内的粉尘颗粒供粉尘浓度测量和粉尘分散度分析；主控制单元4中的主控制器模块4-1对采样单元2和检测单元3进行控制，进行气体浓度、粉尘浓度及分散度数据计算，将结果存储到数据存储电路模块4-2中，并通过无线通信模块4-6发送给煤矿井下安全监控系统；采样单元2中的各个驱动电路模块执行主控制器模块4-1发出的控制信号，控制微流控芯片1内各个微阀的开关状态，并驱动微型气体取样真空泵2-12、微型气体泵2-10和微型液体泵2-8成定量气体采样、排气、排尘和清洗等工作；检测单元3中的微处理器模块3-1负责各条气体分析微通道的气体特征光谱吸收量测量和各个粒径区间内的粉尘颗粒数量计量，并将结果传输给主控制器模块4-1，完成了气体浓度、粉尘浓度和粉尘分散度间接数据测量。
[0104] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
