基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的研究

唐忠林 甘霖

【摘要】煤炭是我國重要的能源之一，也是為各行各業(yè)的發(fā)展所需要的一種重要能源，為我國的經(jīng)濟發(fā)展做出巨大的貢獻，因此，煤炭產(chǎn)業(yè)不論在我們的日常生活中還是對于我國經(jīng)濟的發(fā)展都有重要作用。進入21世紀之后，我國綜合實力顯著提高，使得我國各行各業(yè)都有了快速的發(fā)展。煤礦行業(yè)也獲得了不斷的發(fā)展，并且煤炭開采方式有了很大的改進，同時隨著開采深度和工作面開采空間尺度的不斷增大，對于井下的安全必須要引起高度重視。瓦斯是礦井中常見的一種氣體，如果瓦斯?jié)舛冗^高會使得煤炭開采工作的危險性大大提高。煤礦企業(yè)必須要采取有效的方式對礦井內的瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，了解采礦環(huán)境的安全性。因此，本文將基于氣體傳感器提出瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的研究，旨在為相關煤礦企業(yè)提供一定的借鑒意義。

【關鍵詞】氣體傳感器;瓦斯?jié)舛?監(jiān)測系統(tǒng)

本文受陜西省教育廳科學研究計劃項目資助，項目名稱為基于氣體傳感器陣列的煤礦瓦斯在線智能檢測儀研制，項目編號為17JK0928。

1. 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應用到礦井中的必要性分析

首先，有助于相關工作人員對礦井內的瓦斯?jié)舛冗M行實時監(jiān)控。目前很多的相關學者專家嘗試瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應用到礦井之中，能夠使得相關人員通過對相關技術的利用，對整個礦井中的瓦斯氣體濃度進行實時監(jiān)控，對于可能會發(fā)生的問題，或者是已經(jīng)發(fā)生的問題進行及時排查，并且能夠對礦井工作的正常運行有著十分重要的促進意義。同時通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)能夠對礦井內的瓦斯?jié)舛扰c成分進行準確科學的分析，讓相關人員能夠了解整個礦井的狀況。

其次，通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應用到礦井中，能夠更加的方便相關人員進行操作。在使用運行瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)時，只需要相關的人員設置好程序，而不需要自己進行實際的動手操作，能夠通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)來完成指令，代替人工操作，對于需要控制的對象進行靈活的調整，有效改善當前人工監(jiān)測的漏洞，

最后，通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)應用到礦井中，能夠最大限度地減少人力和物力的投入。通過對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的應用，只需要聘請相關的專業(yè)人員對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)進行研發(fā)，從而減少原來通過人力進行控制的生產(chǎn)成本，并且對于系統(tǒng)維修等方面的人工成本也有所降低，對于相關煤礦企業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。

2. 基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的研究

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數(shù)轉化成對應電信號的轉換器。而瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的設計需要通過氣體傳感器了解到礦井內的瓦斯?jié)舛?，并且利用氣體傳感器能夠使得瓦斯的成分、濃度等信息被瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)收集上傳至終端，進而讓相關人員了解到實時數(shù)據(jù)，達到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)設計的最終目的?；跉怏w傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)需要包括氣體傳感器的設置、人機交互界面的設置和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內部設置。

2.1 氣體傳感器的設置

首先，在整個系統(tǒng)中需要加入氣體傳感器。氣體傳感器中包含著一個探測頭，利用探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調理，通常包括濾除雜質和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分。在瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中加入氣體傳感器，可以使得整個系統(tǒng)實施監(jiān)測到氣體的濃度與成分并且對其進行分析，以避免在整個監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測到其他的內容。

2.2 人機交互界面的設置

其次，整個系統(tǒng)中需要包含一個人機交互界面，使得相關人員能夠通過人機交互頁面實施了解到整個系統(tǒng)的運行。人機交互界面是一個圖形用戶界面，主要由登錄界面、實時監(jiān)控界面、回放界面等構成。登錄界面是為了能夠讓礦井里面的相關工作人員能夠利用自己的賬號和密碼登錄，進而能夠進入到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中。并且用戶登錄界面只允許通過驗證的用戶才能夠進入到系統(tǒng)內，以防瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)被泄露。實時監(jiān)控界面則是為了能夠讓相關的工作人員對收集到的瓦斯數(shù)據(jù)進行了解，并且了解系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障。通過實時監(jiān)控界面，相關人員能夠進行存儲方式選擇、瓦斯?jié)舛壬舷拊O置、清除報警歷史信息等相關操作，同時能夠及時地了解到礦井內的瓦斯?jié)舛茸兓厔?，當前瓦斯的濃度以及整個瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)報警的次數(shù)，進而能夠有效采取相關措施。回放界面指的是瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)能將收集到的數(shù)據(jù)通過圖表的形式展現(xiàn)出來，使得人們能夠更加直觀、準確地了解到礦井內瓦斯的濃度。

2.3 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內部設置

最后，相關人員需要對瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內部進行合理的設置才能使得瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)發(fā)揮實際的作用。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)一般情況下都需要包含用戶登錄驗證、數(shù)據(jù)處理與顯示、聲音報警、報警信息記錄、創(chuàng)建標題文件、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放等構成。所謂用戶登錄驗證，為的就是能夠讓用戶登錄界面發(fā)揮效用，對于外來人員禁止進入系統(tǒng)防止數(shù)據(jù)被泄露，使得只有通過驗證的人員才能夠進入到系統(tǒng)內部進行相關操作。如果用戶輸入的密碼和賬號不正確的時候，整個瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)不會對其進行開放。而數(shù)據(jù)處理與顯示則是對前期收集到的數(shù)據(jù)利用氣體傳感器轉化為對應的瓦斯?jié)舛刃盘?，并且反應出當下的礦井內的瓦斯?jié)舛刃畔ⅲ沟孟嚓P人員能夠及時確保礦井下的工作環(huán)境是否安全，達到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)設計的根本目的。聲音報警指的是通過瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測，如果礦井內的瓦斯?jié)舛雀哂谝话阏Ｖ档那闆r之下，會發(fā)出聲音警告，使得相關的工作人員不會繼續(xù)下到井內工作，并且要采取一定的預防措施保證自己的生命安全。報警信息記錄指的是整個瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的報警次數(shù)、時間等信息會被一一記錄下來，使得相關人員能夠及時查看，了解瓦斯?jié)舛茸兓那闆r，進而能夠將所有的瓦斯報警信號進行查看，對于查看過的數(shù)據(jù)可以進行定期清除，保證整個瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及時更新，并且能夠有效避免數(shù)據(jù)被遺漏的現(xiàn)象發(fā)生。創(chuàng)建標題文件和數(shù)據(jù)存儲指的是相關人員可以利用自己的存儲路徑對文件進行命名，并且將歷史數(shù)據(jù)進行存儲，方便后續(xù)查看分析。數(shù)據(jù)回放對應的是回放界面，能夠將收集到的數(shù)據(jù)通過圖表的形式直觀地反映出來，為相關人員提供一定的參考價值。

通過對氣體傳感器、人機交互界面以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)的內部設置以后，我們需要對其進行一定的測試以后才能夠正式投入到礦井環(huán)境中使用。對于人機交互界面要監(jiān)測其是否能夠滿足只允許通過驗證的用戶登錄以及瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)反饋出來的數(shù)據(jù)是否能夠及時被反映出來。而瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中最重要的則是報警裝置，報警裝置測量的準確性會使得整個系統(tǒng)能否發(fā)揮有效作用。通過報警裝置，能使得礦井內的所有工作人員及時地察覺到危險，并且采取有效的預防措施。如果報警裝置失效，即使相關人員能夠通過后臺了解到數(shù)據(jù)，其傳輸?shù)倪^程中需要耽誤時間，進而耽誤最佳救援時間。所以，基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)必須要通過反復驗證確保其穩(wěn)定性后再大量使用。

3. 小結

綜上所述，瓦斯是礦井中產(chǎn)生的有害氣體， 當濃度達到一定值時，具有可燃燒、爆炸等特性。煤炭產(chǎn)業(yè)不論在我們的日常生活中還是對于我國經(jīng)濟的發(fā)展都有重要作用。煤礦開采屬于井下工作，在煤礦開采的過程中，存在著各種潛在的安全隱患。井下工作環(huán)境復雜多變，同時影響著工程質量。所以，基于氣體傳感器的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)可以幫助開采人員最大限度地掌握井下地質環(huán)境，保證安全作業(yè)。高精度的測量系統(tǒng)可以減少人工操作誤差，協(xié)助測量人員得到更為精確的數(shù)據(jù)。

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作者簡介：唐忠林（1977-），男，漢族，講師，控制科學與工程。