光散射性矿用粉尘传感器的设计及应用.pdf

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1、2015年第5期煤矿机电·23·郝叶军．光散射性矿用粉尘传感器的设计及应用[J]．煤矿机电，2015(5)：23-24，28．doi：10．16545／j．cnkicmet．2015．05．005光散射性矿用粉尘传感器的设计及应用郝叶军(天地(常州)自动化股份有限公司，江苏常州213015)摘要：针对现有粉尘传感器测试精度偏低的问题，根据光散射性原理，设计了一种光散射性矿用粉尘传感器。重点介绍传感器的设计原理和软硬件设计。该传感器通过实验，测试粉尘结果在0～1000m#m3范围内，测试精度可达到±10％，取得了较好的测试效果。

2、关键词：光散射性；粉尘检测；传感器中图分类号：TP212．1+4文献标识码：B文章编号：1001—0874(2015)05—0023—03DesignandApplicationofMiningLightScatteringDustSensorHaoygun(Tiandi(Changzhou)AutomationCo．，Ltd．，Changzhou213015，China)Abstract：Inviewoftheproblemsthatthelowmeasurementaccuracyofexistminingdustsens

3、or，designsakindoflightscatteringdustsensoraccordingtothelightscatteringprinciple．Introducesthedesignprinciplesandthehardwareandsoftwareofthesensor．Thedusttestingresultofthesensorshowsthatthetestaccuracyachieves±10％within0～1000mg／m’，whichmeansthelightscatteringdustse

4、nsorhasbettertesteffect．Keywords：lightscatteringprinciple；dustdetection；sensor0引言1粉尘传感器的基本原理煤矿井下在掘进、采煤、运输等环节中都会产生大量的粉尘，严重威胁矿井的安全生产和职工的身体健康。卜2。国家将煤矿粉尘列为煤矿的五大灾害(瓦斯、顶板、矿尘、火、水)之一，将粉尘防治归入煤矿“一通三防”(矿井通风、防瓦斯、防尘、防灭火)技术体系，在煤矿安全生产工作中，煤矿粉尘治理是重要的内容。粉尘浓度检测是粉尘治理的重要一环，由于煤矿井下环境复杂，现有

5、粉尘传感器存在着定量测试偏差大等问题，影响了粉尘检测及粉尘治理的效果。针对现有粉尘传感器存在的问题，提出采用光散射性原理设计一款粉尘传感器的思路，通过在粉尘风硐中的反复试验验证，该粉尘传感器具有较高的精度，从现场使用效果来看，该传感器也具有较高的现场适应性，能保证煤矿井下复杂环境下粉尘的有效检测。基于瑞利光散射性理论设计了矿用粉尘传感器，如图1所示。该传感器中含尘空气从进气管人口，经过光照区又从出气管排出。此过程中激光光源从入射光路进入，经过光照区从出射光路进入光陷阱。当光在光照区照射到含尘空气中的尘埃颗粒时会发生散射，一部分

6、散射光直接折射进入光探测器的光敏区，另一部分会散射到球面反光镜上，再由球面反射镜将光线折射进入光探测器的光敏区，光探测器便将接受的光信号转换为电流信号传输到放大电．路。2矿用粉尘传感器结构组成总体结构由光路部分，气路部分和电路部分组成。2．1光路部分主要包括激光器、粉尘暗室、光陷阱、光反射球·24·煤矿机电2015年第5期k舭Ⅸ图I矿用粉尘传感器原理结构图面镜、光电探测器等。光路部分为传感器提供了光发射、光散射、光收集等功能。2．2气路部分主要包括进气管、排气管及抽气泵。进气管穿过粉尘暗室连接排气管，排气管连接采样泵，气路的负

7、压由抽气泵提供，根据需要通过控制抽气泵的转速达到调整气路流速的目的。气路部分解决了粉尘颗粒的走向，其中的动力源来自电动机泵，由于无刷直流电动机具有精度高、速度快、效率高等特点‘3。，故选用了无刷直流电动机作为电动机泵。2．3电路部分包括光电探测器、前置电流放大器、滤波和电压信号放大器。主要是将光电探测器检测到的光信号转换为电信号，经过滤波放大后变为能被ADC采集的模拟信号，该模拟信号与环境中的粉尘浓度呈现一定的关系，故通过电压值可得到粉尘浓度值。由于在信号检测过程中不可避免地带来误差，需要对信号进行滤波去噪处理’4J。设计的粉

8、尘传感器要求在0～1000mg／m3范围内，其检测精度达到±10％，传感器支持参数调整功能，用户只需要用相应的红外遥控器，即可对传感器进行参数调整。软件流程如图2所示。图2粉尘传感器流程图3实验测试标准MT／T1102--2009{煤矿粉尘浓度传感器》对矿用粉尘传感器的误差及