激光传感器测瓦斯浓度研究

一
为检 测煤矿 井下 瓦斯 浓度 ，本 文提 大 危 害 ，因此 对 瓦斯 气 体 的检测 和 出 了一种新 的测量 瓦斯 的新 方法 ， 报 警 是一 项必 要 的工作 。 论述 了激 光传 感 器 的构 成 和 工作原 以前 设计 的瓦斯 传 感器 是利 用 理 ，并对硬 件 电路 和软 件 进行 了设 大 自然 的某 些 物质 对 瓦斯 有着 很 高 计 ，实现 了激 光检 测 ，更 进一 步增 的敏 感 度 ，瓦 斯浓 度 的 改变直 接 影
展 的要 求 。而 以往 的依靠 某 些特 殊 物 质来 检测 瓦 斯浓 度 的传 感器 则 暴 露 出 了一些 缺 点 ，精度 不 高 ，抗 干 扰 能力 差 ，所 以，激光 传 感器 就在 这 种 条件 下 应运 而 生 了 ，激 光传 感 是 将模 拟 信 号不 失真 地 转换 为数 字 器 采 用 了激 光 的先进 技 术 ， 以其精 信 号 ，利 用检 测 器在 数 字域 进一 步 度 高 ，灵 敏度 好 ，抗 干 扰 能力 强 ， 对 信 号加 工 处理和 计 算 ，在 显示 屏 误 差 小 的特 点而 整 个硬 件 部分 包 括六 个部 分 组 激 光 具有 显著 的特 点 ： 成 ：传 感 器 、 Ｌ Ｄ 示 器 、 声 光报 Ｃ显 （ 方 向性 好 一） 警器 、控 制 电路 、Ａ Ｄ 转 换和 电源 ／ 激 光 的 方 向 性 比现 在 所 有 的 模 块 ，传 感 器部 分采 用 的气 体 传感 器 能感知 环 境 中某种 气 体 并将 与气 体种 类和 浓 度有 关 的信 息转 换 成 电 信 号 。这 种 电信 号 是连 续变 化 的模 拟 信 号 需 要 经 过 Ａ Ｄ 换 将 其 转 化 ／转 离散 的数 字信 号 。控 制 电路 以单片 机 为核 心 ， 能够对 采 集 的数字 信 号 进行 处 理和 判 断 ，运 用一 定 的算 法 计 算 出待检 测 气体 成 分及 浓度 并 送
激 光传感器测 瓦斯 浓度研 究
文◎ 李海洋 殷 振振 （ 郑州大学 河南郑州 ）
摘要 ：安 全是 煤矿 作 业 中最 重 喷水 处理 后变 成 酸 。但 前两 种气 体 范 围 极窄 ，发 散 角很 小 ，只 有几 毫 要 的一 环 ，而煤矿 中瓦斯 浓度 是衡 含 量 多 ，且几 乎 不 容于 水 ，属 于 易 弧 。氦氖激 光 的 谱线 宽度 ，可 以窄 ０ ８ｍ 量 安全 的重要 指 标 ，所 以精 确检 测 燃 易 爆气 体 。由于 瓦斯 气 体本 身 的 到ｌ — ｎ ，颜 色非 常纯 。 （ 亮度 高 三） 瓦斯 浓度 是保 障 安全 的最 关键 点 。 危险性和对人 民生产生活造成的巨 激 光 的 发 射 是 大 量 光 子 集 中 在 一个 极 小 的空 间 内 向一 个 同 向的 方 向射 出，光 子 能量 密度 很 高 ，所 以使 得 激光 的亮度 极 高 。光照 度 的 单位 是 勒克 斯 。太 阳表 面 的亮 度大 强安全 性 ，提 高 了效 率 。 响这些 物质 的一 些物 理或 化 学上 的 约是 一 台普 通 的激 光器 输 出亮 度 的 关键 词 ：激光传 感 器 ； 瓦斯 ； 变化 ，然后 通 过数 据采 集 把这 些变 １ 亿 分之 一 。激光 器发 出的光 ，如 ０ 安 全 化通 过 信号 的 方式 采集 过 来 ，把这 同从一 个 点 向一 个 方 向发 出一样 ， 中图分 类号 ：Ｔ ７ ２ 文 献标 些信 号 再转 化 为一 些计 算机 能够识 光 的 振动 相位 和 振动 方 向都 是一 致 Ｄ １ 识 码 ：Ｂ 别 的 电压信 号 或 电流信 号 ，于 是人 的 。光 的时 间相 干件 与 谱线 宽度 是 １ 引言 、 们 就 可 以通 过计 算机 来 观测 煤矿 内 紧 密联 系 的 。 煤 炭作 为一种 重要 的能源 ， 在 工业 生产 等许 多方 面发 挥着 举 足 轻重 的作 用 ，关 系着 国 民经济 的命 脉 。煤炭 开采 中的安 全 问题 一直 是 受到 极大 重视 的 。如 果一 旦 出现 安 全 问题 ，不仅 会造 成 巨大 的经 济损 失 ，而且 直接 威胁 到煤 炭 工人 的生 命 安 全 。近 年 来 ，我 国煤 炭开 采 的 安全 问题 形势 不容 乐观 ，各地 矿难 时有 发生 ，特 别是 一些 小煤 矿 更存 在着 严 重 的安全 隐 患 。所 以 ，采 取 现代 安全 监测 措施 势在 必行 。 当 前 ， 随 着 采 矿 技 术 的 不 断 发展 ，井 下作 业 的安 全越 来越 有 保 障 ，但是 仍然 有许 多采 矿 企业 的机 瓦斯 的浓 度 ，及 时地 进 行 一些 调节 措 施 ，避 免危 险事 故 的发 生 。 目前 ， 随着 科 技 的发 展 和 人 类 对 一 些技 术 高 精 尖 的 要 求， 准 确 在 监 测 瓦斯 浓 度 这 块 ， 瓦斯 传 感 器 对 的要 求越 来越 严 密 、越 来越 精确 。 因此 ， 测 装 置 的 发 展 必 须 满 足 发 检 ２ 、硬 件构 架 般 的传 感 系统 由光源 、信 号 传 输线 、传 感 器件 、光 电转换 及 信 号 处理 四部分 组成 ，光作 为 载波 经 入射 光 纤传 输 到气 室 ，光 波 的某 些
械 化程 度低 ，对现 场采 矿 的 工作 人 员 的生命 安全 造成 潜在 的威胁 ，特 别 是针 对 瓦斯气 体 的检 测和 报 警仍 旧存在 隐患 ，每 年 由于 瓦斯 泄露 造 成 的特 大事 故依 然很 多 。瓦斯 是在 其他 光源 都 好 得 多 ，激光 在 空间 是 成 煤过 程 中形成 并大 量 储存 于煤 层 定 向传 播 ，在 激光 传 感器 中 由激 光 之 中 的气 体 ，是 煤矿 井 下危 害最 大 器 发 射 激 光Ｐ 束 的 发 散度 极 小 ， 光 的气 体 。瓦 斯是 一种 无色 无 味 的气 所 以 它 的 发 射 角 很 小 ， 大 约 只 有 体 ， 主 要 成 份 是 甲烷 （Ｈ ） Ｃ ，密 度 ０ Ｏ １ａ ，称得 上 是 比较严 格 的平 ．０ ｒ ｄ 为０ ７ ６ ｇ ｍ ，对 人 体 的危 害 是 超 行 光束 。 ． １ｋ ／ 。 时 限能引起 人 窒息死 亡 。在 地 下采 （ 单色 性好 二） 矿 时候 ，井 内常常会 泄 露 一定 量 的 普 通 的 白光 频率 范 围很 宽 ，而