瓦斯氣體濃度光電檢測系統(tǒng)的研究.pdf

1、瓦斯爆炸成為中國礦難的主要原因，其產(chǎn)生原因很多，諸如：使用不合指標(biāo)的檢測產(chǎn)品、檢測設(shè)備不夠、檢測儀的靈敏度過低、檢測儀器過期或未及時校準(zhǔn)等。瓦斯爆炸三個必要條件為：1)瓦斯?jié)舛?％-16％；2)高溫?zé)嵩?>650℃)存于瓦斯引火感應(yīng)期；3)氧氣濃度>12％。礦井中的氧氣濃度通常大于12％，這是礦工在井下生存及作業(yè)的必要條件。因此，防止瓦斯爆炸主要在于實(shí)時監(jiān)控瓦斯?jié)舛炔⒍沤^火源。在井下作業(yè)時，因設(shè)備、照明等難免會產(chǎn)生火花，因此主動地對瓦斯

2、濃度進(jìn)行實(shí)時、分布式的監(jiān)控和檢測而具有更重要的意義。 針對上述原因，本文設(shè)計(jì)了基于四光路雙干涉分布式瓦斯檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于光干涉理論和比爾-朗伯吸收定律，通過CCD采集光干涉條紋的強(qiáng)度變化來反測瓦斯氣體的濃度變化來工作的。此外，本文還專門為井下作業(yè)的礦工設(shè)計(jì)了便攜式的瓦斯檢測儀可實(shí)時實(shí)地的對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測并及時地進(jìn)行報(bào)警。本文所研制的分布式及便攜式的光學(xué)瓦斯檢測系統(tǒng)具有以下主要的特點(diǎn)： 1)通過檢測干涉條紋的強(qiáng)度變

3、化，而不是通過計(jì)數(shù)干涉條紋的移動來測得瓦斯氣體濃度的變化。避免了常規(guī)的光干涉瓦斯檢測儀在到新環(huán)境檢測瓦斯?jié)舛葧r需要調(diào)零，同時避免人眼讀干涉條紋移動量產(chǎn)生誤差； 2)提出了雙干涉儀，測量干涉儀中一路光經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)氣室，另一路光暴露在瓦斯中；參考干涉儀兩路光均暴露在瓦斯氣體中。通過參考干涉儀可補(bǔ)償由光源波動和外界環(huán)境變化引起的測量誤差，從而提高了檢測氣體的精確度。 3)氣室設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，無鼓風(fēng)泵等振動器件，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；

4、 4)采用CCD圖像技術(shù)，并結(jié)合LabVIEW實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)了瓦斯?jié)舛确植际綑z測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可多點(diǎn)實(shí)時采集、分析、顯示瓦斯?jié)舛惹€并具有數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信、保存及回放之功能，為系統(tǒng)及科學(xué)地研究礦井瓦斯氣體濃度變化提供依據(jù)； 5)便攜式瓦斯檢測系統(tǒng)采用CPLD芯片(EPM7064)，該芯片可精確的產(chǎn)生面陣CCD所需的時序信號并可避免使用大量的電子元器件。同時，本文選用ARM7TDMI-S微處理器處理CCD輸出的視頻信號。由于ARM7