GJG10J激光傳感器在煤礦井下瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭二孩

（陽煤三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

甲烷傳感器是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、瓦斯抽采系統(tǒng)的核心傳感器，其性能良好與否直接影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量和效果。目前，陽煤三礦使用的甲烷傳感器是由黑白催化元件和熱導(dǎo)元件組成的混合型傳感器，存在高濃度中毒、零點漂移、受高溫高濕及其他氣體影響使用壽命短等缺陷，因此需根據(jù)目前甲烷傳感器存在的問題進行改進，提高甲烷傳感器的精確度、靈敏度、延長使用壽命等對煤礦安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。針對我礦目前使用的混合型傳感器存在的零點漂移、監(jiān)測值誤差大、標校周期短等問題，引進了大連艾科科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的GJG10J煤礦用激光甲烷傳感器。

1 激光甲烷傳感器的工作原理

GJG10J煤礦用激光甲烷傳感器由電源電路、激光甲烷傳感模塊及調(diào)制電路、解調(diào)電路、A/D變換器、紅外接收、單片機顯示報警電路和輸出控制電路、報警電路等部分組成[1]。電源電路將由關(guān)聯(lián)設(shè)備送來的直流電壓轉(zhuǎn)換為芯片電壓，供給整機電路使用。激光甲烷傳感模塊由激光器和激光探測器組成，采用激光器基于光吸收原理對甲烷濃度進行檢測。其工作原理是：調(diào)制電路通過調(diào)制激光器電流控制激光器發(fā)出一定頻率的激光，遇到空氣中甲烷時吸收甲烷氣體，激光探測器檢測到的激光強度將降低，甲烷濃度越高，激光信號強度越低[2]。解調(diào)電路解調(diào)后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號送入單片機進行處理，由顯示電路顯示出甲烷的濃度值，并經(jīng)輸出控制電路輸出與甲烷濃度值對應(yīng)的頻率信號。報警電路由發(fā)光報警燈、蜂鳴器和控制驅(qū)動電路構(gòu)成，當(dāng)甲烷濃度超過設(shè)定的報警點時，儀器會發(fā)出聲、光報警信號。該傳感器是以單片機為核心，對信號進行采集、處理、顯示，并將采集信息送往監(jiān)控分站[3]。

1.1 電氣原理（如圖1所示）

圖1 原理框圖

1.2 外部結(jié)構(gòu)

本儀器采用不銹鋼材料制造，工藝講究，密封性好。機身結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，各功能區(qū)位置分布有序，外殼上端有懸梁，下端為甲烷傳感元件，右側(cè)裝有電源接口，正面裝有數(shù)碼顯示屏，如圖2所示。

圖2 外部結(jié)構(gòu)示意圖

2 使用效果

我礦于2016年11月份在K8117回采工作面和K8302回風(fēng)掘進工作面試驗安裝了9枚GJG10J激光甲烷傳感器，試驗1個月時間。通過井下相關(guān)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，傳感功能完善，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，監(jiān)測值與實際值誤差小，符合相關(guān)標準，且對溫度、濕度等干擾具有很高的抵抗力，與前期使用的混合型傳感器相比，減少了“催化劑中毒”、零點漂移等問題。

當(dāng)前在技術(shù)應(yīng)用方面采用的標準主要是：《煤礦用低濃度載體催化燃燒式甲烷傳感器》等，上述標準當(dāng)中對甲烷傳感器可造成誤差的規(guī)定范圍如表1所示。

表1 混合型傳感器基本誤差范圍

采用光譜吸收式技術(shù)的傳感器形成誤差范圍如表2所示，混合型與激光甲烷傳感器現(xiàn)場實測對比如表3所示。

通過對上述分析對比可以發(fā)現(xiàn)，激光傳感器具有明顯優(yōu)越性。

3 激光甲烷傳感器的優(yōu)點及展望

GJG10J煤礦用激光甲烷傳感器是以激光器為檢測元件的傳感器，利用合適的微功率激光能被不同濃度的甲烷所吸收的原理而設(shè)計的高精密傳感器。此傳感器是具有紅外遙控功能的智能本安型監(jiān)控儀表，用于煤礦井下空氣中甲烷濃度的連續(xù)測定。本儀器具有性能穩(wěn)定、壽命長、靈敏度高、開機自檢、自動穩(wěn)零、自動精度校正等功能特點，能夠有效解決混合型甲烷傳感器存在的諸多缺點。

4 結(jié)語

激光傳感器可以在惡劣的工作環(huán)境中檢測甲烷氣體濃度，并在沖擊、振動等條件下，保持工作狀態(tài)穩(wěn)定，而且使用壽命較長，一般不需要進行更換，因此，能夠被應(yīng)用在惡劣的環(huán)境當(dāng)中。其維護工作環(huán)節(jié)只需要做到清潔處理即可，操作相對簡單便捷。相對于催化燃燒式的傳感器設(shè)備，使用激光傳感器能夠極大程度地節(jié)省人力物力。

表2 激光傳感器技術(shù)基本誤差

表3 混合型與激光甲烷傳感器現(xiàn)場實測對比表