煤矿安全监控系统中无线激光甲烷传感器的研究与设计

对比分析甲烷传感器的检测原理,提出一种具有压力和温度补偿的无线激光甲烷传感器的设计方案,详细介绍传感器的甲烷检测原理、温度和压力补偿以及无线通信等关键模块的设计,并对无线传感器进行基本误差、响应时间、温度和压力影响等性能测试。结果表明,该无线激光甲烷传感器精度高、响应快、运行稳定可靠,可实时监测井下甲烷气体浓度,满足煤矿安全监控系统中瓦斯监测的应用。     

无线激光甲烷传感器的设计研究

在对激光甲烷传感器工作原理分析基础上,提出了一种可以自动进行温度、压力补偿的无线激光甲烷传感器,并详细介绍了传感器的设计方案,具体包括总体设计方案、激光瓦斯探头设计、温度补偿、压力补偿、无线网络通信设计等内容,并进行了传感器性能试验。结果表明,设计的传感器具有传输效率高、性能稳定、响应速度快,可以实时对井下瓦斯浓度进行监测,满足矿井瓦斯监控需要。     

可调谐半导体激光吸收光谱式甲烷传感器温度补偿技术

随着可调谐半导体激光吸收光谱气体传感技术的发展,基于该技术的矿用甲烷传感器成为当前煤矿瓦斯监测领域的研究热点,相关产品已陆续投入煤矿现场应用,由于煤矿应用环境的复杂性,传感器测量准确性受环境温度的影响较大。针对这一问题,提出了一种基于分段插值和重心插值的自适应融合的迭代补偿算法,该方法首先取标定温度下浓度的值,计算传感器测量温度影响率,然后求出重心拉格朗日插值的不同温度下的插值函数,在此基础上再对被测浓度甲烷值进行分段插值得到新补偿温度影响率,由该新的补偿温度影响率得到补偿后的甲烷值,依此实现自适应的迭代对激光吸收光谱气体测试数据进行补偿,并进行了大量相关实验验证,在高瓦斯情况下,测量误差减小到1%,在低浓度瓦斯情况下,测量误差减小到0.01%;工程应用结果表明该补偿技术的应用有效的减小了传感器甲烷浓度测量的误差,为激光传感器在煤矿现场的正常运行提供可靠保障。     

板束角对激光甲烷传感器检测精度的影响

为了研究板束角变化对激光甲烷传感器检测精度的影响,采用浓度为2.00%的标准气体作为待测气体,设计18次实验,对不同板束角下激光甲烷传感器的检测误差进行了测定,经过数据分析发现,板束角在5°~75°区间时,激光甲烷传感器的测定误差具有下降趋势,板束角在89°~90°区间时,传感器测定误差具有上升趋势;板束角在75°~80°区间时,传感器测定误差最低,维持在0.04%。     

负压下甲烷浓度非线性压力补偿模型

煤矿井下瓦斯抽采管道内的气体压力一般为负压,红外甲烷浓度传感器的测量原理决定了其在负压环境工作时,测值与真值的误差较大。为提高测量精度,在实验室开展了40~90 k Pa(绝对压力)不同负压环境下的甲烷浓度测量试验,并根据试验数据建立了适用于负压环境的非线性分段压力补偿模型。     

基于MSHIA-ATMEGA128L的矿用智能甲烷监控系统设计

针对目前甲烷检测系统存在的问题,设计并实现了一种以ATMEGA128L单片机为控制核心,基于MSHIA红外甲烷浓度传感器技术的智能型甲烷监控系统。对矿井下浓度和温度进行采集与处理,在处理采集数据时采用了查表法求得浓度,利用最小二乘法拟合指数函数对其进行误差补偿。     

矿用激光甲烷传感器的稳定性试验及应用

为解决郭庄煤矿采煤工作面甲烷传感器频繁标定、稳定性差的问题,通过分析激光甲烷传感器的工作原理,对不同环境下传感器的稳定性进行试验分析,测试高温湿度下激光甲烷传感器的检测精度,通过与催化式甲烷传感器检测精度对比,结果表明:激光甲烷传感器的检测精度高、响应速度快,能实时检测工作面内甲烷气体浓度,保证矿井的安全高效生产。     

基于TDLAS的煤矿用激光甲烷传感器的设计

针对目前煤矿使用的甲烷传感器存在精度低、稳定性差、易受其他气体影响的问题,设计了一种基于谐波检测技术的激光甲烷传感器,并详细分析了TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)基本原理。对传感器的系统总体设计、激光器及控制电路、光电转换及前置放大电路、RS485电路、频率信号电路、系统软件设计进行了重点介绍。同时分别对催化甲烷传感器、红外甲烷传感器和激光甲烷传感器通入标准甲烷气样和柴油车尾气进行测量,结果表明激光甲烷传感器检测精度高、误差小、不受交叉气体的干扰,符合国家煤矿安全标准的各项要求,能进一步保障煤矿的安全生产。     

激光甲烷传感器在煤矿工作面的应用研究

为解决煤矿工作面传统甲烷传感器定期标定、稳定性及精度不够等问题,对激光甲烷传感器机理进行理论研究,研制国内领先的低功耗长距离激光甲烷传感器,并应用于内蒙某大型高瓦斯矿工作面瓦斯监测,解决甲烷传感器标校周期短、精度低、寿命短等问题。     

分布式激光甲烷监控装置在葫芦素煤矿的应用

针对煤矿井下使用的传统催化燃烧甲烷传感器在使用过程中存在的问题,介绍了分布式激光甲烷监控装置的结构特征、工作原理、智能化设计及其性能特点。通过分布式激光甲烷监控装置在葫芦素煤矿井下的应用验证表明:该装置较传统催化甲烷传感器具有测量精度高、响应速度快、长期稳定性好等优势,适合煤矿井下复杂环境条件的多点瓦斯监测。