煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中無線激光甲烷傳感器的研究與設(shè)計(jì)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中無線激光甲烷傳感器的研究與設(shè)計(jì)摘要：本文對(duì)無線傳感器進(jìn)行基本誤差、響應(yīng)時(shí)間、溫度和壓力影響等性能測(cè)引言煤礦安全生產(chǎn)中起到很重要的作用。熱導(dǎo)甲烷傳感器采用甲烷和空氣導(dǎo)熱率不同的原理實(shí)現(xiàn)甲烷濃度的監(jiān)測(cè)，主要用于高濃度段4%～40%瓦斯監(jiān)測(cè)。紅外和激光甲烷傳感器，都采用光譜吸收原理，均能Mesh無線自組網(wǎng)技術(shù)的激光甲烷傳感器的研究與設(shè)計(jì)。1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)概況1.1安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀以對(duì)礦井下各種氣體的含量及殘留狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以對(duì)各種安全監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析與利用。現(xiàn)行的安全監(jiān)控系統(tǒng)大多是20世紀(jì)90年代后期所創(chuàng)建的，具有較不具備穩(wěn)定性等諸多問題。③系統(tǒng)不具備較高的診斷功能，不能對(duì)故障點(diǎn)及性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的判斷，存在較高的錯(cuò)誤報(bào)警率。④現(xiàn)行的系統(tǒng)無法區(qū)分報(bào)警，且安全防護(hù)性能較低。現(xiàn)行系統(tǒng)無法與大數(shù)據(jù)時(shí)代及三化融合的要求存在較多的差別。1.2新系統(tǒng)改造標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)對(duì)于以上這些問題，國(guó)家頒發(fā)了相關(guān)文件為安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改善提供相應(yīng)的技術(shù)支撐及目標(biāo)要求。為了將煤礦生產(chǎn)的安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改善，河南省輸過程具有數(shù)字化，使防護(hù)級(jí)別實(shí)現(xiàn)IP65要求。②系統(tǒng)具備預(yù)警和報(bào)警的功能，可以進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，能夠抵抗電磁的干擾。③系統(tǒng)可以接入較多的系統(tǒng)，如瓦斯抽放等，使多系統(tǒng)、多網(wǎng)的數(shù)據(jù)相互融合。④非正常數(shù)據(jù)的分析及儲(chǔ)存加密功能，完2傳感器的工作原理甲烷氣體對(duì)特定波長(zhǎng)的激光具有吸收作用，可通過檢測(cè)激光光強(qiáng)被吸收的強(qiáng)弱來判斷被測(cè)環(huán)境中甲烷的濃度。本文采用雙波長(zhǎng)檢測(cè)法，它與傳統(tǒng)單波長(zhǎng)吸收光譜技術(shù)的不同之處是具有2個(gè)波長(zhǎng)，通過測(cè)量波長(zhǎng)和參考波長(zhǎng)2個(gè)同時(shí)測(cè)定待測(cè)氣體，以克服單波長(zhǎng)測(cè)定時(shí)的光路中由背景引起的干擾。相比傳統(tǒng)催化甲烷傳感器，使用同時(shí)對(duì)激光甲烷進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，進(jìn)一步提高了傳感器的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。按照比爾定律，激光器發(fā)射出強(qiáng)度為I0的激光，經(jīng)2個(gè)不同的單色器選取出雙波長(zhǎng)，即測(cè)量波長(zhǎng)λa和參考波長(zhǎng)λb,穿過濃度為C、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的甲烷氣體，會(huì)因吸收而產(chǎn)生損失，激光強(qiáng)度變?yōu)椋河?1)/(2)可得到投射光強(qiáng)，即l(λa)/l(λb)<1,式(3)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換可得被測(cè)甲烷氣體濃度3傳感器總體設(shè)計(jì)無線激光甲烷傳感器主要由鋰電池供電電路、微處理器、甲烷濃度采集電路、人機(jī)交互、控制輸出和無線通信電路等組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。激光甲烷探頭部分完成甲烷氣體濃度