煤矿瓦斯多通道光纤传感检测仪的研究与开发

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1、摘要在我国，煤炭行业中的瓦斯灾害始终是煤矿安全生产的大敌，耳前已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。在煤矿开采过程中，安全方面的隐患正在逐渐增多，瓦斯事故，特别是重大、特大瓦斯事故在煤矿事故中占的比例逐年升高，不容忽视。因此，实时检测甲烷气体的产生源、泄露源及浓度，对工矿安全运行，人身安全及环境保护有着十分重要的作用。本课题是对光纤气体传感器的研究和进行系统实验，以达到光纤气体传感器在工业现场广泛应用的目的。重点对甲烷和乙炔气体的检测进行了研究，并研制出仪器仪表、传感器、数据分析处理显示系统，对煤矿井下采掘工作面

2、、回风巷道、机电峒室等有瓦斯爆炸气体环境中对瓦斯浓度进行连续测定，显示瓦斯瞬时浓度，超限报警，输出与被测瓦斯含量成正比的频率信号。对系统进行了本质安全防爆设计，能够用于矿井采掘现场，在煤矿安全防爆的监控中，与各种煤矿安全监测系统配套使用，实现了光纤气体传感器的实用化。本文设计的实验方案主要包括以下几个方面：11分析了气体光谱吸收的基本原理，并对可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDu岱)做了详细讲述。TDLAS的测量方法有两种，在实验的基础上比较了两种方法的测量精度的差别，选择了测量精度高的方法。劲利用HITRU

3、N数据库对测量气体的吸收峰进行了筛选，选择了吸收强度最强，气体之间相互影响小的吸收峰。并且在选择好波长和测量方法的基础上，对光源及光电二极管进行了选型。31在理论分析的基础上，本文进行了光路、电路和气室的设计。在电路设计上采用锁相放大器来提取微弱信号，最大限度的抑制噪声，提高系统的信噪比。41对系统进行本质安全防爆设计，能够更好的应用于矿并现场实时测量。51多通道同时在线实时测量的设计，大大降低了成本。酏依据双光源方法进行测量多种气体光纤气体传感器的研究。以检测甲烷和乙炔气体为例，对双光源方法的可行性、稳定性

4、和测量精度做了具体分析。关键词；光纤气体传感器，光谱吸收，可调谐半导体激光技术，本安特性ABSTRACTItisgascalamitythatimperilsthesafetyofminingindustryinourcountry．Ithasbeenthemostseriousmatterwhichrestrictsthedevelopmentoftheminingindustry．Inminingexploitation，hiddentroubleinsafetyhasincreasedgradually

5、．It啪notbeignoredthattheratioofgasaccidenttowholeminingaccidenthasincreasedgradually．So,detectingtheorigin，leakanddensityofmethane(themaincomponentofgas)intimeiscrucialtothesafetyofminingindustryandpersonalsecurityandsafety’Thisprojectistheexperimentfocusing

6、ollfiber-opticsensorandthewholesystem．sothatthesystem啪widelybeappliedintoindustrialfield．WelayemphasisonthedetectionofcrhandC2H2，anddeveloptheinstrumentanddataanalysissystem，whichcontinuouslydetectstheconcentrationofmethaneintheenvironmentofexcavatingworkin

7、gface,windlanewayandsoon．Besides，thesystemcandisplaytheinstantconcentration，alarmatthethresholdoflimitation,andthefrequencysignalisoutputwhichislineartomethaneconcentrationdetected．Ourdesigninfactisthesafetyandexplosiveavoidone．Thatiswhyitcanbeusedinmanydan

8、gerouscoalmines．Intheexplosiveavoidmonitoringsystem，thesystemcanbeusedwithothermonitoringsystems，whicharecompatible．Here，theexperimentincludesseveralschemesasfollows：1)Wedetailthespectrumabsorptiontheo