光纤瓦斯传感器在煤矿瓦斯气体监测中的应用new

《光纤瓦斯传感器在煤矿瓦斯气体监测中的应用new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据ProductsFeature特写强汐弱国喝∞盟国0国庖翩摘要把传感器更好地应用在工农业生产和日常生活中的安防领域是避免造成大财产损失和人员伤亡的必要条件。鉴于此，本文简述了光纤瓦斯气体传感器的基本工作原理，通过光纤瓦斯传感器和Kj系列井下监测分站配合使用监测煤矿瓦斯气体的实例对光纤瓦斯传感器的先进性和可靠性进行了论证。Kj系列井下监测分站和光纤瓦斯传感器一起连续监测矿井下的瓦斯气体浓度，和系统中的地面中心站进行通讯完成监测、警报和控制功能，监测数据的准确度大于1．5级，满足安防场所对测量的准确度要求。关键词：光纤；瓦斯气体传感器；可靠性关键词：光纤；瓦斯气体传感器；

2、可靠性中图分类号：TP212．14文献标识码：B文章编号：1006—883X(201o)10-0024一03》◆穆国华常静一、引言瓦斯气体浓度的检测在煤炭、化工、石油等领域——尤其在矿物质的开采中极为重要。瓦斯气体是一种可燃、可爆性气体，其爆炸上限为16％，下限为5％，当瓦斯浓度为9。5％时，其爆炸威力最大，瓦斯爆炸所引发的事故在矿山开采历史上造成了极大的危害。煤矿安全规程规定瓦斯浓度超过1．5％就算事故并要追查事故原斟¨。鉴于此，很久以来各国科学工作者对瓦斯浓度的测量作了不懈的努力，现已研制出的干式、湿式气敏元件、热电阻瓦斯传感器、半导体气敏元件等都在瓦斯浓度检测中起到了良

3、好的作用，大大降低了瓦斯事故发生率。近几年来，光导纤维传感技术在世界上逐渐兴起，基于此技术的光纤瓦斯传感器具有一些常规传感器无可比拟的优点，得到越来越广泛的广泛重视【21。二、光纤瓦斯传感器的检测原理及特点l、光纤瓦斯传感器的检测原理光纤瓦斯传感器的检测原理有两种，一是利用瓦斯气体的光谱吸收检测浓度，二是利用瓦斯浓度和折射率的关系用干涉法测折射率检测浓度。常用的是吸收法，现对吸收法检测原理进行简述。当一束强度为而的平行光射向甲烷和空气的混合气体时，如果光源光谱覆盖一个或多个气体吸收线，光通过气体时发生衰减，根据比尔一朗伯定理，输出光强，、输入光强厶和气体浓度之间的关系可表示为

4、：入射光强度与气体浓度表示关系如图l所示。可测得甲烷气体浓度C。传感器世界2610．10ww—w18enson州州．∞m．0nc：上lnI三I口。Ll，oj式中：C—气体浓度；}一光和气体的作用长度；口。一摩尔分子吸收系数；卜输出光强，；J卜输入光强。式(1)表明，如果L与口。已知，那么通过检测Jr和矗就万方数据ProductsFeature在光纤传感器设计中，可用复数折射率K来描述气体的吸收。设通过气体的入射平面波为E0exp(iax)，则关于出射光有：E=Eoexp(ia)t一肛)(2)∥=Ko行=Ko(肛，一豇r)(3)式中：∥一传播常数；Ko=27r／2；五一光波长：

5、胛，、尺一气体折射率的实部和虚部。由式(3)(4)有：E=E0exp(一KoKL)expi(国t—Ko盯，L)(4)出射光强正比于电场强度模的平方，可写成：，=Ioexp(-2KoKL)(5)由此可得：K⋯amC—amC—2(6)2K04ir一般来说，气体的折射率接近于1，虚部折射率K远小于实部，我们可以直接将复数折射率带入波动方程，应用计算机模拟方法来计算光线传感器对被测气体的灵敏度‘31。在被测气体的吸收过程中，不同的气体物质有不同的吸收峰带，既由分子结构和能量分布的差异各自显示出不同的吸收谱，它决定了气体光吸收测量法的选择性和鉴别性，满足气体强度即含量的唯一确定性。光电

6、探测器的输出表征了被测气体的特性状态，上述构成了光学式气体浓度测量的理论基础。2、光纤瓦斯传感器的特点由于光纤瓦斯传感器采用光谱吸收或光的折射原理检测瓦斯气体的浓度，利用光纤传递信号，所以与常规的传感器相比具有无可比拟的优点，如灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁干扰、超高绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、体积小、可灵活柔性挠曲等，很适于在恶劣和危险环境中应用【41。三、光纤瓦斯传感器在煤矿瓦斯气体监测中的应用1、矿井概况2010．10SensorWoddwww．sensorwofld．com，∞万方数据ProductsFeature特写平顶山某中型煤矿，矿井瓦斯等

7、级划分为39勘探线以东属高瓦斯，39勘探线以西以低瓦斯为主，局部范围内出现高瓦斯。根据2006年8月份的鉴定，全矿井瓦斯相对涌出量为9．2m3／t，绝对涌}}{量为26．29m3／min；C02相对涌出量为3．15m3／t，绝对涌出量为9m3／min。煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为19．07～25．50％，据2006年通风中心对已15、已17煤层自燃发火等级鉴定结果，已15、已17煤层属自燃煤层，白燃发火期3～6个月。该煤矿是高瓦斯矿井，瓦斯涌出苗相对较大，监测线路长，监测梯度大。2、技术方案采用LC-