礦用氣體傳感器遠程智能調校系統研究

王素玲

（山西省煤礦節能監測中心，山西太原 030045）

我國是煤炭大國，隨著煤炭需求的不斷增加，市場對煤礦安全生產提出了更高的要求，然而在煤炭市場價格不斷提高的形勢下，很多煤礦企業對煤礦安全不重視，一味追求煤礦產量，導致煤礦安全管理缺乏力度，煤礦生產裝置不完備，技術化水平以及保障能力有待提高，安全基礎亟需增強，生產保障體系的建立健全日益迫切。為了有效地規避這類問題的發生，應該推進煤礦安全監控系統的廣泛應用，通過礦用氣體傳感器不斷地加大監測力度，同時應更加積極地通過行之有效的措施調校礦用氣體傳感器，全面保障井下作業安全性，切實維護工作人員的生命財產安全。

1 智能氣體傳感器的概念

氣體傳感器的核心是氣敏器件，還包括各種可以成功實現被測氣體濃度向電量輸出轉化的有關裝置。現階段，我國市場上大部分的礦用氣體傳感器為智能型，與一般的氣體傳感器不同的是，這種氣體傳感器還增設了紅外線遙控以及智能單元等構件，其系統原理示意圖如圖1。

圖1 智能傳感器系統原理示意圖

在氣敏元件的作用下，檢測氣體會產生一系列的化學反應，并由此改變內部能量，使電流信號發生改變，由于信號的變化情況異常的微弱[1]，所以一般情況下需要利用信號放大電路來放大信號，同時通過A/D轉換功能實現模擬量信號到數字量信號的轉化，然后將形成的矩形波信號傳遞到單片機，對氣體濃度值進行精密的檢驗，通過數碼管顯示電路得到全面的展示，并由此發出反饋信號。傳感器輸出信號模式包含頻率以及電壓或者電流方式，前者具有較高的傳輸精度，環境適應能力相對突出，具有較好的隔離性，所以其具有無法比擬的優勢，一般情況下其應用也相對廣泛。

2 傳感器調校原理和方法

傳感器的調校，即對礦用氣體傳感器的特性進行評定，對其能否達到有關的標準規范和要求進行判斷，并以此為依據來科學合理的校正傳感器，具體包含檢查其外觀、測定以及校正其誤差和對測定的時間進行積極的響應等內容。目前我國所采用的安全監控設備中，傳感器一般采用遙控校驗傳感器和手動校驗傳感器，但是其手段相對比較落后，為了更好地提高安全監控系統的準確性，引進了氣體傳感器遠程智能調校系統。

在選用有關的調校方法、步驟，決定氣體傳感器檢定周期以及確定環境要求的過程中，應該嚴格按照有關的檢定規程展開。氣體傳感器的調校應該根據其類型的不同選擇不同的規程。例如，在調校一氧化碳傳感器時，應該選用下列調校方法：首先，應該對相關的標準和環境試驗的有關規定進行全面綜合的考慮，當沒有明確規定時，應該以特定范圍的溫度、濕度、大氣壓力為參考條件，并通過有效的措施排除干擾氣體對測試造成不良影響的可能性，在檢驗工作開展之前應該努力的保持儀器運行的穩定性，在試驗時杜絕調整狀況的發生；其次，應該對試驗用的氣體不確定度范圍進行嚴格的把握[2]，同時應保障主要儀器的精確度；第三，應仔細的檢驗儀器的標志以及零部件，減少儀器表面傷痕以及剝落情況存在的可能性，保持緊固件的牢固性以及完好性；第四，在通電并確保傳感器工作的穩定性之后，應該參考具體依據對傳感器進行三次校準，在零點穩定后，可以以具體的流量規定情況為依據對不同的標準氣樣進行一定時間的測量，同時應對測量的顯示值進行記錄，通過三次測量數據的計算求出基本誤差。

通過對一氧化碳傳感器校正流程的分析可知，記錄和計算在傳感器的調校工作中扮演著重要的角色，其作用不可或缺。進行調校工作時，由于氣體濃度的測量在一定程度上精度較差，精準性很難得到全面的保障，所以一旦發生偏差時，就要開展人工手動調校。校驗工作具有較高的勞動強度和較低的安全性，工作效率較低，校驗數據的準確性有待進一步的提升。而遠程智能調校系統，一方面可以實現遠程調校，另一方面也能智能控制氣體流量，在存儲數據和管理報表方面發揮著重要的作用，所以在一定意義上有利于勞動強度的降低，對調校人員的操作安全性的提升有著重要的積極意義。

3 礦用氣體傳感器遠程智能調校系統設計

3.1 系統開發環境

本文選用的礦用氣體傳感器遠程智能調校系統開發環境為力控組態軟件，其組態方式相對靈活多樣，開發方法迅捷便利，有利于簡化工作流程，促進工作量的大大降低，在控制系統常見問題的解決方面有著重要的作用。組態軟件作為一種專用軟件，能夠在采集數據以及控制過程時，通過對軟件工具的合理應用實現資源的優化配置，能夠確保軟件以及計算機嚴格按照預先的設置順利的完成自動化工作，能夠切實達到使用者的多元化要求。隨著時代的發展，控制系統逐漸實現了封閉模式的高級程度以及自動化的轉變，實現了計算機硬件以及軟件的有機統一。一般而言，工業控制網絡系統主要包含四個層次，具有明顯的分布式特征。設備層能夠通過不同類型的傳感器實現物理信號的轉換，控制層能夠有效地控制以及監測現場過程，監控層能夠對生產過程進行嚴密的監控，對控制設備進行集中管理，而管理層能夠有效地實現數據的查詢、統計以及管理[3]。

3.2 系統的需求分析

礦用氣體傳感器遠程智能調校系統的設計是以有關的國家規程為具體依據，其數量以及種類十分的豐富，所以在傳感器的調校過程中，為了切實有效地提高傳感器的精度以及調校效率，關鍵就是要以其具體的型號以及種類為依據來全面深入地了解并掌握其調校規程，以切實提高操作的效率和便捷性，大大提高調校效率。一般而言，礦用氣體傳感器遠程智能調校系統功能如下：首先，調校模式的確定應該以調校的目的為依據，傳感器種類的選擇應該以被檢氣體為依據；其次，應該通過數據采集單元獲取傳感器的環境信息和實時數據，及時地傳送以及顯示數據，使有關的調校人員能夠通過計算機對實時狀態進行全面的掌握和監測；另外，當被檢氣體的濃度穩定下來后，應該開展誤差分析工作，對紅外校正控制流程進行適當的模擬，通過指令的發送進行氣體傳感器的調校，達到自動閉環控制的目的。

4 總結

總而言之，對礦用氣體傳感器遠程智能調校系統進行深入地研究有著極其重要的意義，這種系統的開發以及廣泛應用有利于提高氣體傳感器調校的自動化水平和效率，還能有效提高傳感器的精度，大大減少人力、物力以及時間的不合理耗費，在調校人員操作流程的簡化以及工作安全性的提升方面有著突出的作用。所以，應切實發揮調校人員的作用，積極地開展需求分析工作，促進氣體傳感器調校工作的貫徹落實，不斷的開展調研分析和預測，切實地提高設計方案的科學性以及合理性，從而為遠程智能調校系統的建立健全奠定堅實的基礎。

［1］張雁鵬，田慕琴.礦用氣體傳感器紅外遙控調校［J］.煤礦安全，2013，44（9）：123-125.

［2］田永強，田慕琴.基于FPGA的多路礦用氣體傳感器智能調校系統［J］.傳感器與微系統，2014，33（11）：69-72.

［3］趙耀原，田慕琴，張雁鵬，等.64路礦用氣體傳感器智能調校檢定儀的研究開發［J］.煤炭學報，2014，39（z1）：267-272.