新型矿用红外瓦斯检测仪的研制
新型矿用红外瓦斯传感器的光学系统设计
Ａ ３ Ｍ
次器 ４ ９
光片（．Ｕ （９ ｎ ３Ｅ
发光 二极 管
滤 光｝（． ｕ） ｉ ９ｎ ３ｆ
图 １ 双光漂四探侧器设计方案
表 １ 央用红外发光二粗答的光学条统的几种设计穷容的Ｅ肺 Ｅ
侧器 １ 和探洲器 ３ 前均放置 ３３ｐ ． ９ｍ的撼光片， 使得照射到这两个探测器上的红外辐射仅为 ３ ． ３ｐ ９ｍ的辐射； 探测器 ２ 和探测器 ４ 前均放置 ３ ． ９ｍ的滤光片， ｐ 使得照射到这两个探测器上的红
外辐 射仅为３９ｍ的 ． 辐射。 个发 ｐ 两 光二极管交 替
井下应用。
窄带红外光二级管的发射强度可以用电学方 法进行调制． 通过在研制过程中 调整发光二极管 的成分， 可以把二级管的发射波段调节到被测气 体的吸收波段处。 这样， 红外发光二极管就可以代 替普通监测器中的热源． 窄带撼光片和调制装置， 从而形成一种固体的、 低功耗的、 结构紧凑的仪
器。
地以 脉冲方式发射， 这使得每个探侧器都产生两 个信号， 共八个信号． 这八个信号取决于发光二极 管的辐射强度１ ， 探测器的响应度Ｒ 被测气体的 、 透射比ｒ以 ， 及气室的透射比Ｔ ｏ ｏ 设发光二极管 １２ ， 的辐射强度分别为１和 １ １ 探测器 １２３４ ２ １ ，，， 的响应度分别为Ｒ ，２ ３ ｉ ，， ＲＲ Ｒ 当驱动发光二极管 Ｉ － 发出脉冲光时， 探侧器 １２ ， 接收到的是直接来自 发光二极管 １ 的辐射， 探测器 ３４ ， 接收到的是穿过气室的红外辐射， 由 于甲 烷对 ３９ｍ的红外辐射不吸收， ． ｐ 所以探侧器 ３ 的翰出不仅与气室的透射比 有关， 还与吸收气 体的 透射比 有关。 探测器１２３４ ，，，翰出电 压分别
发光 ＿ 极ｗ （
基于ZigBee技术的红外无线瓦斯矿灯
图2 SO2排放值Ca/S变化趋势图 由入炉煤煤质分析和石灰石成分分析结果计算得出：钙 硫摩尔比分别为2.37、3.09和3.66。 脱硫效率计算：η=Crawgas-CcleangasCrawg as×100=3900-42.33900×100=98.9
（上接第185页） 瓦斯矿灯工作流程部分核心程序代码如下： AAA1： 中值滤波程序 JNB P1.1 AAA2 MOV DPTR 3AH MOVX A @DPTR SUBB A direct JC AAA1 ;判断超限，不超限返回AAA1 CLR P1.0 ;声光报警 AAA2: MOV A 3AH MOV SBNF A
定位数据
LCD显示
是否人工发射
N
Y
人工发射
是否超限
Y
声光报警
发射数据
结束发射
图5 瓦斯矿灯软件流程图
185
（下转第188页）
CHINESE & FOREIGN ENTREPRENEURS
Engineering and Technology 【工程技术】
2013·9 中总第 436 期
19:20 19:30 20:00 20:10 20:20 20:30 20:40 20:50 21:00
三、结论
CFB锅炉采用炉内喷钙的脱硫方式，通过石灰石的优 选、锅炉运行参数的调整和石灰石输送系统的优化，能够实 现SO 2 的达标排放；该电厂CFB锅炉炉内高效脱硫技术的应 用，实现了SO2的达标排放，SO2排放值低于50mg/Nm3，脱硫 效率达到98.9%。 参考文献： [1]孙献斌,黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京: 中国电力出版社,2009. [2]蒋敏华,肖平等.大型循环流化床锅炉技术[M].北京:中国电力 出版社,2009. [3]肖平,孙献斌,徐正泉,等.煤的自脱硫性能在1MW循环流化床 燃烧试验台上的试验研究[J].热力发电,2004. （责任编辑：辛美玉）
带CAN总线接口的红外瓦斯检测仪的设计
２ 硬 件组成
系统以增强 型的 ８位 ５ 单片机 Ｐ７ １ １ ８￣９ 为控制核心，由
红外瓦斯传 感器及信 号放大 电路 、Ｃ Ｎ总线通信接 口电路、 Ａ
Ｌ Ｄ显示与按键电路、声光报警电路、时钟电路以及 Ｅ Ｐ Ｏ Ｃ ＥＲ Ｍ
仪对应的位置站号 （ 或对应 的 Ｃ Ｎ总线通信 地址 ） Ａ 等参 数 ；
装针对 甲烷气体 的窄带 干涉 滤光 片 ，通过检 测透过 的红外 光强度 ，来表示 甲烷气体 的浓度 。
瓦斯 是煤 炭开 采过程 中的必然产 生 物 ，由于矿 井 瓦斯
而发生的爆 炸事故 占矿 井事故 的一 半 以上 ，严重 影 响着煤
矿的安全生产 和矿工 的人 身安全 。因此 ，对 井下 瓦斯浓 度 的检测是煤矿安全 生产 中的一 个重 要环 节。瓦斯 的 主要 成
图 １ 系统硬件结构 框图
各种气体光谱 曲线上 某些 特定波 长处 吸 收峰值 的变化 来判 断气体的浓度 。当红外 光通过 待测 气体 时 ，这 些气体 分 子 对特定波长的红外 光有 吸收作 用 ，吸 收规 律遵循 朗泊 一比
尔定律 ：
２ １ 单 片机 控 制 器 ．
单片机 Ｐ ７ ５ １ 整个 检测 仪的核 心部件 ，其 内部 具 ８Ｃ９ 是 有１ ０位的 Ａ Ｄ转换器 、１Ｋ程序存 储器 、Ｉ ／ ６ Ｉ Ｃ总线接 口以
分 为 甲烷 ， 目前 国 内 普 遍 采 用 热 催 化 元 件 检 测 方 式 ，即 利
用瓦斯燃烧产生 的热量 使检测 元件 的阻 值增加 ，瓦斯 浓度 越高 ，阻值就越大 。这 种检 测方式 受 温度 和湿度 的影 响较 小 ，但只能检测低 浓度 瓦斯 ，检测 范围窄 ，易受 到高 浓度 瓦斯和硫 化物 的侵 蚀 ，使 用 一段 时 间后 ，零 点产 生 漂移 ，
红外气体浓度监测技术在矿井瓦斯测量中的应用
红外气体浓度监测技术在矿井瓦斯测量中的应用摘要：煤矿瓦斯作为井下的重大隐患，需要采用一种可靠、稳定的方法对其浓度进行监测。
本文首先对比了煤矿常用的几种瓦斯监测仪器，然后给出了瓦斯监测原理以及在井下瓦斯监测系统设计应该注意的问题，最后对文献中发表的一种简易监测系统进行了简要分析。
关键词：红外气体浓度检测技术应用1 简介煤矿瓦斯是可燃、可爆气体的总称，其主要成分是甲烷，约占瓦斯总量的83%-89%，在采煤过程中，瓦斯主要从煤层、岩层、采空区中释放出来，以及在生产过程中产生。
甲烷是天然气、沼气以及可燃液体的主要成分，是无色无味的气体，难溶于水，性质比较稳定，难以检测，甲烷在大气中的爆炸上限为15.0%，下限为5.3%。
在重特大安全事故和死亡人数方面煤矿瓦斯事故均达到70%以上，因此，在煤矿安全生产治理中，煤矿瓦斯治理成为治理的核心，对瓦斯浓度进行检测是有效预防煤矿瓦斯事故的关键所在。
根据检测原理，可以将煤矿的瓦斯检测仪器分为：1.1 载体催化型检测仪器采用热催化原理，利用低浓度瓦斯在低温度下借助催化物作用使瓦斯持续氧化燃烧，因浓度不同在燃烧时瓦斯产生的热量也有所不同，通过利用温度的变化进而检测瓦斯浓度。
当前，使用比较广泛的是载体催化元件。
1.2 光干涉型根据光波在不同介质中的传播速度不同制成瓦斯检测仪器，利用光波在空气和瓦斯中产生的光程差产生移动的干涉条纹进而检测瓦斯浓度。
让从同一光源发出的两束光线分别通过充有空气的气室和充有待测气体的气室后，经折射后两束光线再相遇将产生干涉条纹。
由于瓦斯浓度不同，那么出现干涉条纹的位置就会有所不同，然后按照干涉条纹的位置检测瓦斯的浓度。
1.3 热导型通过热导原理制成的气体检测仪器，是根据所测气体与空气之间的热导率之差进而达到检测气体浓度的目的。
将待测气体注入气室，气室中有铂丝、钨丝等热敏原件，将热敏元件进行加热，达到一定温度后，如果待测气体的导热性能比较高，那么通过热敏元件散热，使得热敏元件的阻值减少，通过采用惠更斯电桥的方式，测量阻值的变化进而得到待测气体的浓度值。
最新便携式瓦斯检测仪设计
便携式瓦斯检测仪设计摘要在我国，煤炭业绝大多数是井下开采，瓦斯爆炸是煤矿重大灾害事故之一，为了确保矿井的生产安全，国内已开发出很多种类型的瓦斯检测仪，但传统的瓦斯检测仪都普遍存在着体积较大、安装复杂的缺点。
因此开发研制便携式智能瓦斯检测仪对促进煤炭行业的安全生产具有重要的意义。
本文主要论述了一种便携式瓦斯检测仪的工作原理，并给出了系统硬件原理电路设计与软件系统流程。
该系统主要由电源模块、催化燃烧式气体传感器模块、单片机控制模块、键盘、LED显示器和声光报警模块等部分构成。
该装置将单片机的适时控制及数据处理功能与传感技术相结合，不仅可精确检测井下空气中的瓦斯浓度，还能根据瓦斯浓度的大小及时发出声光报警信号，而且可通过LED显示装置显示出瓦斯的浓度。
关键词：瓦斯检测；MJC4/3.0L气体传感器；AT89C51单片机AbstractIn China, the vast majority of underground coal mining industry, coal mine gas explosion is one of major disasters, in order to ensure mine safety, the domestic has developed many types of gas detector, but all the traditional common a larger, installation of complex defects. Therefore developed a portable gas detector intelligent coal industry to promote safety is of great significance.This paper discusses a portable gas detector works, and gives the principle of circuit design hardware and software system processes. The system mainly consists of power supply module, catalytic combustion gas sensor module, microprocessor control module, keyboard, LED display and sound and light alarm module parts. The device will be single chip control and timely data processing combined with sensor technology can not only accurately detect the concentration of gas underground in the air, but also according to the size of the gas concentration in time audible and visual alarm signals, and can be displayed through the LED display device the gas concentration.Key words: Gas detection; MJC4/3.0L gas sensor; AT89C51 microcontroller目录第1章概述 (1)1.1 课题的研究目的和意义 (1)1.2 国内外发展状况 (1)1.3 课题研究的主要内容 (2)第2章瓦斯的性质和爆炸条件及其检测方法 (3)2.1 瓦斯的性质 (3)1mol的沼气完全氧化后，放出的热量和理论值为882.6kj。
红外探测技术用于预测煤与瓦斯突出的试验
7105 工作面走向长 997 m ,倾斜长 152 m. 面
实[7] .
一般认为. 瓦斯在煤体中的膨胀过程不是一个
绝热过程 ,而是一个多变过程. 煤作生
状态下 ,吸附状态的瓦斯一般可达煤层瓦斯含量的
80 %～90 % ,而处于煤层孔隙 、裂隙中的游离瓦斯
则不超过瓦斯含量的 10 %～20 %. 而煤体一旦受
数据采集选择在新景矿芦南二区 7205 回采工 作面和一矿七尺煤一采区 7105 回采工作面. 这两 个工作面所采的 3 # 煤层均具有煤与瓦斯突出危险 性.
7205 工作面走向长 1 087 m ,倾斜长 180 m. 面积 195 660 m2 ,煤层总厚 2. 04～3. 09 m ,平均厚 度 2. 64 m ,煤层结构 0. 63 (0. 05) 1. 96. 煤层倾角 2° ～7°,平均 5°. 本工作面所采 3 # 煤层赋存稳定 ,结 构简单 ,一般含 1 层夹石 ;煤层以镜煤 、亮煤为主 , 内生裂隙发育.
到采动影响 ,围岩压力的原生平衡状态被打破 ,煤
层瓦斯压力下降 ,吸附状态的瓦斯就自煤层表面迅
速解吸 ,转变为游离状态的瓦斯. 瓦斯从吸附状态
转变为游离状态 ,要克服煤孔表面的自由能 ,就要
吸收周围的热量 ,导致煤体温度下降.
当瓦斯由原始压力 p1 下降为 p2 时 ,其温度变 化符合热力学多变过程状态方程
最新矿井瓦斯的检测仪器实操课件
（3）检查光路时，如果发现无光应更换灯泡；如灯泡正 常应更换电池。
（4）当发现干涉条纹不归零，或干涉条纹和分划板的刻 线不平行时，应找专职人员修理。
（5）当目镜内出现雾气时，也应找专职人员修理。
四、使用和保养光学瓦斯检定器应注意的问题
矿井瓦斯的检测仪器实操 课件
导语：
1856年，法国人雅明（Jamin）利用布留斯特干涉条 纹制成干涉仪；即有名的雅明干涉仪。
1927年日本东京理化大学土井先生将雅明干涉仪加 以改进，在保持同样精度的情况下，体积缩小一半，而 且更易于调整，更适合于携带。此后，日本理工化学研 究厅（简称：理研）根据土井的改进制造携带型干涉仪， 1951、1952年分别研制成功了理研17、18型，后又陆续 研制出理研21、28型。
光学瓦斯检定器是在一个标准气压（101 325±100Pa）、 温度20±2℃的条件下标定刻度的。
超过这个范围就应进行修正，修正的方法是将以测得的 瓦斯或二氧化碳浓度值乘以校正系数K′。
T=t+273
K′=345.82T/P
（六）光学瓦斯检定器的常见故障与排除方法
（1）检查药品时，如果药品失效颗粒变小成粉或胶结在 一起。此时应更换药品。
1953年中国科学院仪器馆仿制成功理研10L型瓦斯检 定器，抚顺煤矿精确度高，坚固耐 用，因而得到了广泛的应用，我国煤矿普遍采用这种仪 器。
三、光学瓦斯检定器的操作
(一)、使用前的准备工作
1.对药品效能进行检查
可从外观来判断药品是否失效： 正常：白色立方晶体，3～5毫米
四、使用和保养光学瓦斯检定器应注意的问题
（4）在火区、密闭区等严重缺氧的地点，由于气体成分变化 大，测定结果要偏大。此时，应进行采试样，用化学分析 的方法确定其浓度，不准用光学瓦斯检定器测定其瓦斯浓 度。
煤矿用在线式红外气体分析仪的研制
２ １ ０ １年 ６ 月 源自水 力 采 煤 与 管 道 运 输
ＨＹＤＲＡＵＬ Ｃ Ｃ Ｉ ＯＡＬ ＭＩ ＮＧ ＆ Ｐ Ｐ Ｉ ＲＡＮＳ ０Ｒ ＮＩ Ｉ ＥＬ ＮＥ Ｔ Ｐ ＴＡＴ ０Ｎ １
ＮＯ． ２
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０ １
煤 矿 用 在 线 式 红 外 气 体 分 析 仪 的研 制
体的浓度 。
连续气体分 析 系统 加 集 中色 谱 气体 分 析 中心 的 模式实现井下气 体 的检测 。现 今 ， 于矿井 气体 用 在 线 监 测 的红 外 气 体 分 析 仪 大 都 依 赖 进 口 ， 口 进
产 品 高 昂 的 价 格 和 脱 节 的 售 后 服 务 阻 碍 了该 技 术 在 我 国煤 矿 行 业 的普 及 ， 重 影 响 了 我 国 煤 矿 严 行 业 气 体 检 测 技 术 进 步 ， 响 了 煤 矿 行 业 的 安 全 影 生 产 及 信 息 化 建 设 。 因 此 ， 制 具 有 完 全 自主 知 研 识 产 权 的在 线 式 红 外 气 体 分 析 仪 ， 将 其 应 用 在 并 煤 矿 气 体 在 线 监 测 中 已势 在 必 行 。
度 不 高 ， 受 到 环 境 影 响 ， 要 元 件 易 损 坏 ； 谱 易 主 色
双单元探 测器 ３部分 组成 ； 电气 系统 由前 置放 大
器、 主放 大 器 、 控 和 供 电 ３部 分 组 成 。 红 外 光 温
源 采用 钨 丝灯 泡 ， 供非 常 宽 的光谱 范 围 ， 足 提 满 了样 品室 内的气体 测量 。光线透 过两个 滤 光片 ， 这两个 滤光片具有选 择性 ， 个与 被测气 体 的吸 一
２ １ 工 作 原 理 ．
在 线 式 红 外 气 体 分 析 仪 是 应 用 不 分 光 红 外 线 原 理 和气 体 滤 波 相 关 技 术 ， 合 现 代 的 计 算 机 结 技 术 和机 电 执 行 部 件 ， 计 出 的 高 性 能 气 体 分 析 设 仪 器 。其 光 学 系 统 由 一 个 稳 定 的 红 外 光 源 、 个 一
便携式矿用红外瓦斯检测仪的设计
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0前言中国煤炭产量占世界的35%,矿难死亡人数却占世界的80%,而这些事故中80%的事故时由瓦斯爆炸引起的。
做好对瓦斯浓度的检测是预防瓦斯事故在煤矿安全预防中的重要环节,为此国家对煤炭安全生产提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针。
为保证煤炭企业能够进行安全稳定生产,做好煤矿井中瓦斯气体的实时、快速、精确的浓度检测是十分必要的[1-2]。
目前矿井中瓦斯的监测采用定点监测的方式,放置瓦斯检测仪会随着采掘面的变化而放置的,但对于前期作业的人员来说,这些定点的瓦斯检测仪起不到保护的作用。
为保证人员安全,需要给工人设计出便携的瓦斯检测仪,让工人随身携带,随时监测瓦斯浓度,实现前期预警。
常用的瓦斯检测仪,按检测原理可分为:载体催化型、热导型、气敏半导体型和红外型。
载体催化型精度高、稳定性好,但选择性差、寿命短;热导型的结构简单,但对低浓度瓦斯反应不准确,易受水蒸汽和氧气的影响;气敏半导体型具有灵敏度高、能耗少、寿命长等的优点,但选择性差,测量范围窄;红外型的精度和灵敏度高、选择性好,但缺点是光路和电路复杂,价格昂贵。
在煤矿复杂的环境条件下,由于红外传型的光路复杂,且易受环境干扰,很少在便携式瓦斯检测仪用红外检测技术,造成现有便携式瓦斯检测仪或选择性差、或精度低、或寿命短等缺点。
本设计采用特殊的设计方法设计出了便携式矿用红外瓦斯检测仪,克服了红外技术在矿井下面使用的缺点,提高了便携式矿用红外瓦斯检测仪的性能。
1系统设计1.1总体设计系统以单片机为核心,通过红外瓦斯传感器将瓦斯浓度传递给单片机,单片机将接收到的数据进行显示、判读报警,同时可以将数据通过UART通信端口传递。
其硬件框图如图1所示。
图1系统的硬件框图红外传感器采用用双探测器、双光源的传感器,由于其自带串行口输出,整个系统不需要A/D。
红外光学瓦斯探测仪[实用新型专利]
![红外光学瓦斯探测仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/20b8383984254b35effd349b.png)
专利名称：红外光学瓦斯探测仪
专利类型：实用新型专利
发明人：张文栋,刘俊,熊继军,薛晨阳,文丰,谭秋林,李强龙申请号：CN200520024087.2
申请日：20050515
公开号：CN2800267Y
公开日：
20060726
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型为一种红外光学瓦斯探测仪，涉及煤矿井下瓦斯探测装置。
本实用新型解决现有的瓦斯探测装置所用的传感器大多需要短期内校准，而且容易产生误报警等问题。
该红外光学瓦斯探测仪包含瓦斯敏感红外探测器和后续信号处理电路，瓦斯敏感红外探测器包含柱状空心管，柱状空心管的管壁上开有通气孔，柱状空心管的两端开有固定孔，一端的固定孔内固定有红外发光管，另一端的固定孔内固定有双通道滤波红外传感器；后续信号处理电路包含单片机和与单片机信号输出端相连的显示、报警电路；后续信号处理电路还包含双通道滤波红外传感器的被测输出信号和基准输出信号的处理电路、比较电路和红外发光管的调制驱动电路。
该探测仪提高了探测的准确性。
申请人：中北大学
地址：030051 山西省太原市尖草坪区学院路3号
国籍：CN
代理机构：山西太原科卫专利事务所
代理人：朱源
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基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计与研究
基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计与研究The Design And Research Of The New Coal GasSensor Based On IR作者姓名杨柳学位类型工程硕士学科、专业电子与通信工程研究方向智能信息处理导师及职称昂志敏副教授2011年11月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。
答辩委员会签名主席：委员：导师：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。
本人授权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：基于红外光谱的煤矿新型瓦斯传感器的设计与研究摘要我国是煤矿大国，在煤矿的生产过程中，仍有较多的危险事故发生，而在重大事故中瓦斯爆炸造成的伤亡人数占了50%以上，成为了煤矿生产的重大障碍之一。
在矿井中，瓦斯的主要成分是甲烷，其所占的比例约为83%~89%。
瓦斯超限就很可能引起事故的发生，所以及时的检测甲烷的发生源、泄露源和浓度对人身安全、工矿的安全运行及环境保护是十分重要的。
若积聚在煤层中的甲烷气凝聚，使洞内的甲烷气体压力过大而达到燃点，就会产生爆炸。
便携式矿用红外瓦斯检测仪的设计
便携式矿用红外瓦斯检测仪的设计作者：叶予光黄宏春来源：《科技视界》2015年第35期【摘要】针对现有瓦斯浓度检测仪具有灵敏度低、精度差、寿命短、易受干扰等缺点，本设计利用红外检测技术，设计出了应用于矿井下的红外瓦斯检测仪。
实验证明该红外瓦斯检测仪具有灵敏度高、精度高、抗干扰能力强、响应速度快、连续分析能力强等的优点。
【关键词】红外；瓦斯；便携式监测仪；矿用The design of portable mine-used gas detector with infrared sensorYE Yu-guang HUANG Hong-chun（Pingdingshan University， Pingdingshan Henan 467000， China）【Abstract】The using gas detector have many shortcomings， such as low sensitivity and accuracy， short life， vulnerable to interference， so an portable gas detector is designed for mine with infrared technology. The tests have showed that this portable infrared gas detector has high sensitivity， high precision， anti-interference ability， fast response， and continuous analysis ability and other advantages.【Key words】Infrared； Gas； Portable detector； Mine-used0 前言中国煤炭产量占世界的35%，矿难死亡人数却占世界的80%，而这些事故中80%的事故时由瓦斯爆炸引起的。
122-矿用红外瓦斯传感器系统抗干扰设计与信号处理
矿用红外瓦斯传感器系统抗干扰设计与信号处理李 明(天地科技股份有限公司建井研究分院,北京100013)[摘 要] 重点介绍了矿用红外瓦斯检测系统中检测信号受到的干扰因素及解决办法,在排除干扰影响下进一步将信号进行处理,采用了高功能放大、整流电路等,有效地提高了传感器对信号采集的可靠性和精确度。
[关键词] 红外;瓦斯;传感器;抗干扰;信号处理[中图分类号]T D 712.55[文献标识码]A [文章编号]1006-6225(2010)04-0125-02A n t i -i n t e r f e r e n c e D e s i g n a n dS i g n a l C o n t r o l o f Mi n e I n f r a r e dMe t h a n e S e n s o rL I M i n g(S h a f t B u i l d i n g R e s e a r c hB r a n c h ,C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ,B e i j i n g 100013,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s p a p e r m a i n l y i n t r o d u c e d i n t e r f e r e n c e f a c t o r s o f t e s t s i g n a l i n m i n e i n f r a r e d m e t h a n e t e s t s y s t e ma n d s o l u t i o n s .T h e s o l u -t i o n s i n c l u d i n g d i s t i n g u i s h i n g i n t e r f e r e n c e ,e n l a r g i n g s i g n a l a n du s i n gr e c t i f i e r c i r c u i t w e r ea p p l i e dt o e f f e c t i v e l y i m p r o v i n gr e l i a b i l i t y a n d a c c u r a c y o f s i g n a l c o l l e c t i o n .K e yw o r d s :i n f r a r e d ;m e t h a n e ;s e n s o r ;a n t i -i n t e r f e r e n c e ;s i g n a l d i s p o s a l[收稿日期]2010-06-30[作者简介]李 明(1953-),男,山东莒县人,高级工程师,从事矿用仪器仪表的研究开发。
可进行数据传输的便携式矿井瓦斯检测仪的研究的开题报告
可进行数据传输的便携式矿井瓦斯检测仪的研究的开题报告一、选题背景与意义矿井瓦斯是矿山生产过程中的一种有毒有害气体，长期侵害着矿工们的身体健康和生命安全，瓦斯事故的发生一直是限制矿山生产的主要隐患之一。
矿井瓦斯检测是煤矿生产安全的重要保障，其检测质量和时效性直接影响到矿工生命安全的保障。
传统的矿井瓦斯检测设备体积庞大，重量较重，噪音较大，不能满足对无线数据传输和便携性的要求，难以满足矿井开采的实际需求。
所以开发一款体积小巧、重量轻、数据传输方便的便携式矿井瓦斯检测仪成为迫切需求。
二、研究内容和方法本文将设计一种便携式矿井瓦斯检测仪，该仪器采用了高精度的传感器，并且构建了一套数据传输平台，能够实现通过APP远程获取检测数据，进行数据存储和处理。
具体研究内容如下：1. 硬件设计：采用市场上最小型的传感器，设计专用的PCB板，精度高，响应快。
2. 软件设计：设计基于屏幕、无线传输功能和定位功能的软件程序。
该程序能够对检测数据进行存储、分析和报告生成。
3. 数据传输平台的构建：使用云计算技术构建数据传输平台，实现对检测数据的实时传输和远程数据处理和管理。
三、研究预期结果本研究将产生以下结果：1. 开发出一款小型化、轻便、高精度的矿井瓦斯检测仪。
2. 基于智能手机APP的数据传输和处理平台，实现对矿井瓦斯检测数据的实时传输、分析和报告生成。
3. 可以提高矿井瓦斯检测的数据采集效率，实现对矿井瓦斯浓度变化的实时监测和管控，降低矿井瓦斯事故发生率。
四、研究进度安排本研究的时间表安排如下：1. 第一阶段（前三个月）：调研矿井瓦斯检测仪市场，分析矿井瓦斯检测仪的技术要求;设计矿井瓦斯检测仪硬件及软件系统。
2. 第二阶段（中间三个月）：制造检测仪的样本，进行实验室测试和性能评估，完善软件系统。
3. 第三阶段（后三个月）：完善检测仪系统，进行实地应用测试，撰写研究论文。
五、参考文献1. 李华, 罗海涛, 李奇峰. 《基于ZigBee技术的无线瓦斯浓度检测系统的设计》[J]. 仪器仪表学报, 2014, 35(06):1395-1399.2. 靳峰华. 《瓦斯检测技术在井下的应用研究》[J]. 中国安全生产科学技术, 2019, 15(11):136-140.3. 黄勇, 周春伟. 《瓦斯快速检测技术研究》[J]. 仪器仪表学报, 2018,39(05):908-913.。
智能化红外瓦斯浓度检测预警系统与上位机的实现的开题报告
智能化红外瓦斯浓度检测预警系统与上位机的实现的开题报告一、选题背景随着现代工业和生产的不断发展，瓦斯泄漏事故的发生频率也不断增加，给人们的生命和财产带来了巨大的威胁。
瓦斯泄漏在无人值守的情况下，更容易引发严重后果，因此瓦斯泄漏的预控是很有必要的。
智能化红外瓦斯浓度检测预警系统是通过采集环境中的瓦斯浓度数据，结合预设的安全阈值，进行监控和预警。
该系统采用了红外光谱技术，可以实时准确地检测到环境中的瓦斯浓度，并能及时发出警报以便于采取相应的措施。
二、选题意义1.提升工业安全生产水平。
随着现代化工业生产的不断发展，危险源和风险也在不断增加，瓦斯泄漏事故的潜在危害也越来越大。
通过智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的实现，可以及时掌握环境中的瓦斯浓度数据，快速发现瓦斯泄漏隐患，及时采取措施，避免事故的发生，保障人员生命财产安全。
2.提高环境监测效率。
传统的瓦斯浓度检测设备需要人工定期测量，运维成本高，且容易漏测。
智能化红外瓦斯浓度检测预警系统可以实现自动化监测，不受时间和地点限制，减少人工干预，提高环境监测的效率和准确性。
3.推动智能化技术在工业安全生产中的应用。
智能化技术已经成为推动工业发展的重要驱动力，通过智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的实现，可以进一步推动智能化技术在工业安全生产中的应用，加速工业智能化进程。
三、研究目标本研究的目标是实现智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的设计和制作，以及与上位机的实现。
通过该系统，可以实现自动化监测环境中的瓦斯浓度，及时发出警报以便于采取相应的措施，提高工业安全生产水平和环境监测效率。
四、研究内容1.瓦斯泄漏检测技术研究：研究相关红外光谱技术和瓦斯泄漏检测原理，了解瓦斯泄漏检测的相关规定和标准。
2.智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的设计：设计智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的硬件结构，包括传感器的选择及位置布置，数据采集系统的设计等。
3.智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的实现：制作智能化红外瓦斯浓度检测预警系统的硬件模型，并进行相应的测试和校准，实现系统的实时监控和预警功能。
具有红外通信功能的便携式瓦斯检测仪的设计的开题报告
具有红外通信功能的便携式瓦斯检测仪的设计的开题报告题目：具有红外通信功能的便携式瓦斯检测仪的设计一、研究背景瓦斯是一种具有爆炸性的气体，广泛应用于生产、生活等领域。
但随着煤矿、石化等行业的不断发展，瓦斯泄漏和爆炸事故也时有发生。
为了防止这种事故的发生，瓦斯检测仪成为了必不可少的安全设备之一。
传统的瓦斯检测仪通常使用化学吸附法、红外吸收法和电化学法等技术，但这些技术存在一些局限性，如测量精度低、响应速度慢、温度和湿度等因素对测试结果的影响等。
因此，设计一种具有高精度、高灵敏度、响应速度快、易携带等优点的瓦斯检测仪具有重要的研究价值和应用前景。
二、研究内容本文旨在设计一种具有红外通信功能的便携式瓦斯检测仪，主要研究内容如下：1. 分析瓦斯检测原理及常见技术，确定本文所采用的检测技术和理论基础。
2. 设计并制造具有高精度、高灵敏度的瓦斯传感器。
3. 设计并制造瓦斯检测仪的硬件系统，包括信号采集、信号处理、显示监测、电源控制等模块。
4. 开发瓦斯检测仪的软件系统，实现数据采集、存储、处理、显示等功能。
5. 添加红外通信功能，实现与其他设备的数据传输和数据共享。
三、研究意义本文的研究成果具有以下几个方面的意义：1. 设计一种具有高精度、高灵敏度、响应速度快、易携带等优点的瓦斯检测仪，可以提高瓦斯泄漏监测的准确性和效率，降低瓦斯泄漏事故的发生率。
2. 通过添加红外通信功能，可以实现与其他设备的数据交换和数据共享，提高设备的智能化程度和管理水平。
3. 本文的研究内容可以为相关行业的安全生产提供技术支持和安全保障。
四、研究方法本文的研究方法主要包括以下几个方面：1. 研究文献调查，分析当前瓦斯检测技术的发展方向和瓦斯检测仪的主要组成部分。
2. 采用仿真方法，建立瓦斯检测系统的数学模型，进一步分析系统的结构和性能。
3. 采用硬件仿真和软件仿真相结合的方法，分别对瓦斯传感器和检测仪中的电路、线路、算法等进行模拟和优化。
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第29卷 第4期河北理工大学学报(自然科学版)Vol 129 No 142007年11月Journa l of Hebe i Polytechn ic Un iver sity (N atur a l Science Editi on )Nov .2007文章编号:167420262(2007)0420020206新型矿用红外瓦斯检测仪的研制刘思伟,李一男,王汝琳(中国矿业大学(北京)信息与电气工程系,北京,100083)关键词:煤矿;红外吸收;瓦斯;检测仪摘 要:介绍了一种新型矿用红外瓦斯检测仪的工作原理、结构及实验研究的结果,并对该仪器的一些关键技术和硬、软件设计进行了讨论。
中图分类号:T D 712+55 文献标识码:A 0 引言矿井瓦斯是多种可燃、可爆气体的总称,其主要成分是甲烷(CH 4),它是煤矿安全生产的最大威胁。
在我国,煤矿安全事故中瓦斯爆炸造成的伤亡占所有重大事故伤亡人数的50%,给国家造成了巨大的经济损失和精神损失,所以研究与开发新型的瓦斯传感器,并制造出精确的检测仪就显得尤为重要。
当今国内普遍采用热催化元件以及光学干涉法检测瓦斯,但这些检测仪存在检测精度较低,检测范围窄,对于高浓度气体会得到致命的错误信息,寿命短,维护困难等问题,并不能很好地解决我国煤矿现存的问题。
而红外瓦斯检测仪使用红外传感器作为检测核心,使仪器具有检测精度高,检测浓度范围较宽,使用寿命长等优点,对保证我国煤矿安全生产有很重要的意义。
鉴于以上原因,笔者对新型红外瓦斯检测仪进行了研制。
1 红外型检测原理111 基本原理不同气体对红外光有着不同的吸收光谱。
某种气体的特征光谱吸收强度与该气体的浓度相关,利用这一原理可以测量甲烷的浓度。
当某物质受到红外光束照射时,该物质的分子就要吸收一部分光能量并将其转换为另一种能量,即分子的振动和转动能量。
在吸收过程中,分子的振动频率与分子的特性有关,辐射只是在这些频率对应的波长处被吸收。
非对称双原子和多原子分子气体(如CH 4,CO,H 2,C,S O 2和CO 2等)在红外波段均有特征吸收峰,所以具有红外活性的分子可以通过其吸收光谱来辨别,即所谓的指纹区。
当红外辐射通过被测气体时,其分子吸收光能量,吸收关系遵循朗伯—比尔(La m ber —B ee r )定律,如果气体吸收谱线在射光谱范围内,那么光通过气体以后,在相应谱线处会发生光强的衰减。
如下为朗伯—比尔吸收定律:I =I 0exp (-aLC )式中:α为吸收系数;C 为气体浓度;L 为光通过气体的长度。
112 检测原理甲烷气体对特定波长的红外光具有强烈的吸收作用,甲烷的浓度越大,吸收越强烈。
当一束特定的红外光经过含有甲烷的气体后,由于甲烷气体的吸收,红外探测器接收的光信号减弱,通过对减弱的光信号进行比较,转换成电信号,经D 转换,由单片机进行运算、处理,驱动发光数码管显示甲烷的浓度。
同时经D 收稿日期622A//A:2000929转换,所检测的甲烷浓度值也被转换成相应的电流量和频率量信号,由电缆传输给关联设备。
当检测的甲烷浓度高于设定的报警值时,传感器发出声光报警;当检测的甲烷浓度高于设定的断电值时,传感器输出断电信号;当检测的甲烷浓度低于设定的复电值时,传感器输出变为复电信号。
2 国内外研究现状鉴于红外气体检测的原理及所具备的优点,世界各国的许多科研工作者都在该领域进行了深入的研究。
早在80年代,法国就研制了LEL —5610防爆型红外CO 2检测仪;90年代初俄罗斯研制了CNT MA —C D -B型矿用CO 检测装置等。
随着红外传感器及相关技术的不断发展创新,红外检测技术的应用越来越广。
在我国,许多领域都引入了红外技术。
例如有红外防盗探测器/报警器,头盔式红外热成像仪,红外测温仪等。
但矿用红外检测还是一个较新的项目,目前国内只有武汉四方公司电子科技有限公司推出了一款whsf —002型红外瓦斯检测仪,但其分辨率只在测量范围1%。
笔者研究了新型矿用红外瓦斯检测仪。
该检测仪首先选用了灵敏度更高,且受温度影响小的红外传感器,且根据其实际应用地点,采用红外无线控制完成检测仪的设置和调整。
该仪器具有可以连续自动地将所测得的甲烷浓度转换成标准电信号输送给关联设备,显示甲烷浓度、设定报警值、甲烷浓度超限时自动声光报警、设置断电值等功能。
它可在采掘工作面、机电硐室、回风巷道、抽放瓦斯的管道与现场、排放瓦斯点等地点长期连续地工作,与国内各类型监控系统、断电仪、风电闭锁装置配套,可有效预防瓦斯事故的发生。
3 结构设计311 整机设计该检测仪设计为矿用本质安全兼隔爆型,防爆标志为EXibd I (150℃),符合G B383411-2000和G B383414-2000的要求。
结构如图1所示。
其外壳由不锈钢冲压而成,前后盖之间有橡胶垫密封,防尘、防水。
检测仪上部的把手便于携带和安装。
传感器显示窗口由4位发光数码管组成,数码管显示所检测的甲烷浓度值。
声报警装置位于显示窗口上方。
传感器的底端是气室和光报警灯,气室中安放红外传感元件和光源及光学系统,被测气体由扩散方式进入气室。
传感器的功能由专为传感器配套的遥控器来调节。
主要技术指标1)使用环境条件温度0～40℃;湿度:≤98%;风速:0～8m /s;气压:80～110kPa (相对海拨高度-1000～150m )。
2)测量范围;0～4100%CH 4或0～9919%CH 4(量程可自由切换)。
3)测量误差:≤1100%CH 4时≤±0110%CH 4;>1100%CH4时≤±10%的读数。
4)输出信号:(对应0～4%CH4或0～100%CH 4)电流为1～5mA;频率为200～1000Hz ;带负载能力为0～500Ω。
5)响应时间≯15s 。
6)工作电压DC9～24V 。
7)工作电流:≤60mA (18V 时);报警工作电流≤70mA (18V 时)。
8)最大电缆长度1k m ;其分布电容≤011μF /km ,分布电感≤1mH /k m 。
9)调校周期:6个月10)调校气体流量控制在500m l /m in 。
11)寿命:不小于5年。
12)重量:017kg 。
31 硬件设计 该检测仪由T85单片机、遥控器、L D 显示、红外瓦斯传感器,通信接口电路等部分组成。
311 硬件电路总体设计12 第4期 刘思伟,等:新型矿用红外瓦斯检测仪的研制2A 9C 2E 2131212 遥控器设计遥控器选用PT2248作为信号发射。
其包括三个独立按键,分别为功能选择键,上调键和下图1 结构示意图调键。
可完成自检、调零、调精度、设置报警值和设置断电值等功能。
其中可在0150%～2150%CH 4范围内设定任意值报警(注:报警值的范围也可根据用户要求确定)。
断电点可分别设定为0150、0175、1100、1125、1150%CH 4,相应复电分别为0140、0165、0190、1100%、1100%CH 4(注:断电点的断电值也可根据用户要求确定);31213 LED 显示设计采用四位LED 动态显示电路,将4位LED 段选线并联,即段选码的输出对各位来说相同。
由单片机P O 口连接其段选码,另选4个I/O 口做位选。
采用该设计方式,硬件开销小,可靠性高,控制简单。
四位发光数码管第一位为功能显示位,显示数码的功能含义如下:1—清零、2—设置报警点、3—设置断电点、4—自检、5—量程选择。
当瓦斯浓度小于10%时,后三位显示01009～9199%范围的CH 4;当大于等于10%时,前三位显示1010～9919%范围的CH 4;当没有瓦斯,出现零漂现象时,在首位显示“-”来提示工作人员对仪器进行调零。
31214 传感器选择本设计选择了英国V 公司的I R BD 型红外气体传感器,该传感器采用独特的折叠光路路径设计,使其有更小的尺寸,更高的灵敏度。
同时采用双通道设计,保证故障安全操作。
该传感器外壳为抗化学镀金光学件,保证在一定操作条件下的环境稳定性。
22 河北理工大学学报(自然科学版) 第29卷 E212图2 硬件电路原理图313 软件设计31311 主程序流程图(图3)图3 主程序流程图3131 遥控器处理程序流程图(图)32 第4期 刘思伟,等:新型矿用红外瓦斯检测仪的研制24图4 遥控器程序流程图4 试验数据与分析在实际计算瓦斯浓度时,并不是根据朗博———比尔吸收定律指数关系来确定浓度值。
而是取存净的甲烷气体和净化空气混合,配成1～12800ppm 范围内不同的浓度气体,在一定进气流速及温度下分别进行标定浓度值。
红外检测仪所得实际和参考两端电压比值与瓦斯浓度之间有对应关系,本实验均是根据一组实测的值和对应的瓦斯浓度值,计算出不同范围内对应的参数。
在实际工作测量时,根据所得值和相应范围参数计算出瓦斯浓值。
42 河北理工大学学报(自然科学版) 第29卷 k k k 实验结果如下:(7个实验标定的瓦斯浓度值与所对应得实测k 值及瓦期浓度。
)实验瓦斯气样浓度(%)k 值测量瓦斯浓度(%)01001100001000.520.9640.50±0.021.490.9311.50±0.043.490.8923,50±0.35.430.863 5.45±0.59.360.8269.25±174.60.56874.5±45 结语文中介绍的新型红外瓦斯检测仪属光电子一体化智能监控仪表范畴,是集红外光学、微电子学和煤矿安全技术为一体的高新技术产品。
具有操作便捷,精度高,稳定性好,选择性好,寿命长等特点,对我国煤矿安全生产有重要意义。
参考文献:[1] 王汝琳1矿井环境传感技术[M ]1北京:中国矿业大学出版社,1998,91[2] 朱志英1矿用红外瓦斯检测仪的研制[D ]1北京:中国矿业大学,2005,41[3] 陈允魁1红外吸收光谱法及其应用[M ]1上海:上海交通大学出版社,19931[4] 陈立民1单片机高级教程[M ]1北京:航天航空大学出版社,2000,101The D evelopm en t of the Novel I nfrar ed M ethane M on itor U sed i n M i n esL I U Si 2wei,L I Yi 2nan,WA N G Ru 2lin(B eijing Campus,China U niversity of M ining and Technology,B eijing 100083,China )Key wor ds:m ine;infraed red absorpti on;m ethane;monitorAbstrac t:A ne w novel infrared m ethane monitor used in m ine s and its working p rinc i ple have been intr oduced in this paper .Some harder ware,s oft wa r e and key techniques design of this device have also been discussed .52 第4期 刘思伟,等:新型矿用红外瓦斯检测仪的研制。