红外瓦斯传感器在小煤矿的应用的可行性分析

家政策 的引导在煤矿上也逐步 的进行 了应用。
开 设在 高年级后半段 。开设课程 的前提是学 习 过Ｃ 语言 与数 电模 电。但 是我再 大赛 中培训 的 选手 都是ｌ ～２ 年级 的新生 ，他们 中大部分人 在 参加单 片机培 训之 前都是一张 自纸 多名选手 在全 国大赛 中优异 的成绩证 明，单片机学 习并 不 一定需要前面 多门课程 的扎实 基础。通过 教

射得 以通过到达探测器 ，而其他波段 的光强 受 皇 卜 １ 苎 塑 一竺 璺 塑 ｌ ！ 墨Ｐ － ｌ 篓 璺 苎 ｌ ｉ 到抑 制无法通过 。探测器 检测到的即为 甲烷 气 重 — …… … ！ … 一 一 ｉ 体特征 吸收线处 的光 强。参考光路使用 的红外 本 文主 要从重点分析 红外瓦斯传感器工作 圈２ ． １红外吸收瓦斯传感器组成图 原理 、对 比分析各 类瓦斯传感器 的优缺点 、分 滤光 片的中心波长选 在绝 大多数气体都不会涉 再 磊… …… ； … ………。 。 。 …… …………。 。 ｊ 及 的波 段，通常在选 取４ 析 小煤 矿应用 的实 际情况 ，最后 总结分析 了红 。 ． ０ ｐ ｍ 附近波长 。其示 外瓦斯传感器在 小煤矿推广 的可行性。 意图如 图２ ． ３ 所示。由此 可以看到红外检测元件 ２ ． 红外瓦斯传感 器的工作原理 的气体选择性较好 ，不受其它气体的影 响。 ２ ． １红外吸收 型原理 磐 谴 光 片 热 搜 《 器 红外吸收型的全称是红外光谱吸收型 “ ， 图２ ． ２红 外检测元件结构 示意图 是通过检测气体透射光强或反射光强的变化来检 测气体浓 度的方法 该方法 的基础 是每种气体 ２ ． ３红外检测元件组成 分子都有 自己的吸收（ 或辐射） 谱特征，只有当光 红 外检测 元件一般包括红 外光源、采样气 源的发射谱与气体吸收谱重叠时才会发生吸收现 室 、滤光 片和红 外探测器 四部分 。为了减小 爱‘ ： 象 ，吸收后的发射谱光强将发生变化，因而具有 红外光源 的背景干扰 ，一般采用两路 信号的结 图２ ３气体吸收崦示意图 高度的选择特性。当一束红外光通过充有气体的 构 ，一 路作为测量信 号 ，一路作为 参考信号 ， 气室时，如果红外光光谱恰好覆盖一个气体吸收 如图２ ． ２ 所示 。 ２ ． ６红外探测器 线 ，那么部分光就能被该气体吸收并转化为分子 ２ ． ４红外光源 透过 滤波 片 的光 能量 需转 换 成 电信 号 才 振动和能量 ，使红外光的光强发生相应 的衰减。 为 了最终得到有效 的测 量信号 ，红外光源 能用 于处理 ，而这 一过程 是通过红外探 测器来 根据朗伯一 比尔 （ Ｂ ｅ ｅ ｒ － Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ ） 定律 Ｊ ，即可推算 在气体 强烈吸收 红外辐 射的波段处 应具有较高 完成 的 ，探测器 的光 敏层 由锂、钽酸盐单 一晶 出气室中气体的浓度 的辐射 能量 ，也就是 说 ，它必须提 供测量所需 体化 合物组成 的薄板 电容器组成 ，锂钽 是一种 Ｉ （ ） ＝ Ｉ ｏ （ ） ｅ （ ２ ． １ ） 的足够 的光强 。 目 前 ，一些 中红外 区域的大功 热电晶体 ，当它被加热时便反 向承载 ＿ ５ 】 。如 图 式２ ． １ 中：Ｉ （ ｚ ） 为红外 光被气体 吸收后 的 率红外 线发射管其价格 偏高 ，所 以红外气体检 ２ ． ４ 所示 ，描述 的是 红外辐射 线变成 为 电信 号 能量 ； 测元件 一般采用 以钨 丝为灯丝 的白炽 灯作为红 的过 程 ，通过一个 窗口或红外过滤器 ，传输 率
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红外瓦斯传感器在小煤矿应用的可行性分析
天地 （ 常 州 ）自动化股份有限公司 蒋 泽
【 摘要 】红外瓦斯传感嚣 以其测量精度高 ，稳定性好的特 点，通过对红外检测原理 的详 细分析 ，并结合小煤矿使用 的实际情况 ，分析 出红外瓦斯传感器 能够在小煤矿应用
外光源 。
２ ． ５红外滤光片 红 外光源 发出的光覆盖很宽 的频谱 ，光源 发 出的光被气体吸收 以后 ，到达探测器 的时会 包含多个气体 的吸收谱线 。 为 了确 保传感器对 甲烷气体 的高选择性 ， 防止混 合气体的干扰 ，须将 其他 气体的吸收线 滤除 。采取的方法是 ，将气 体吸收后的透射光 通过 以甲烷气体特征 吸收波 长为 中心波长 的红 外滤光片 （ 选取３ ． ３ ９ ｕ ｍ ） ，使该波段内的红外辐
Ｉ （ ＾ ） 为红外光 的初始能量 ； Ｋ 为与气体及红外光波长有关 的常数 ； Ｃ 为被测气体的浓度 ： Ｌ 为红外光透过 的气体层厚度 ２ ． ２红外瓦斯传感器的组成 红外 瓦斯传 感器主要 由光 学部 分和电气部 分组成 ， 如图２ ． １ 所示 。从其 传感 器组成 中 可 以看到 其主体 电气处理 部分和传统传 感器类 似 ，矿方 相关人员容 易理解 和接受 ，便于传感 器的 日常管理与维护 。 ｌ 塾 ！ ！ 堂 苎
是可行的。
【 关键 词】小煤矿 ；红外吸收 ；瓦斯传感器
１ ． 引 言
瓦斯传感 器作 为煤矿安全监 测系统和设备 中的关键 设备 ，它肩 负着检测矿井 瓦斯浓度 的 重任 ，也作为矿井 瓦斯综合治理和 灾害预测数 据的提供者 。 煤 矿井 下 常 用的 瓦斯 传 感器 ，按 检 测 原 理分类可 分为催化燃烧 式、红外吸 收式、光纤 式 、半 导体气敏法 、和光干涉法等 ，其中固定 式瓦斯传 感器煤矿应 用最主要就 是催化燃式 型 和红外 吸收式 。其 中催化燃烧式 占到整个瓦斯 传感器用量的９ ５ ％ 以上。红外瓦斯传感器 随着 国