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(yáng)煤三礦， 山西 陽(yáng)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(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和效果。目前，陽(yáng)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(diǎn)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(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，提高甲烷傳感器的精確度、靈敏度、延長(zhǎng)使用壽命等對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。針對(duì)我礦目前使用的混合型傳感器存在的零點(diǎn)漂移、監(jiān)測(cè)值誤差大、標(biāo)校周期短等問(wèn)題，引進(jìn)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(jī)顯示報(bào)警電路和輸出控制電路、報(bào)警電路等部分組成[1]。電源電路將由關(guān)聯(lián)設(shè)備送來(lái)的直流電壓轉(zhuǎn)換為芯片電壓，供給整機(jī)電路使用。激光甲烷傳感模塊由激光器和激光探測(cè)器組成，采用激光器基于光吸收原理對(duì)甲烷濃度進(jìn)行檢測(cè)。其工作原理是：調(diào)制電路通過(guò)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(shí)吸收甲烷氣體，激光探測(cè)器檢測(cè)到的激光強(qiáng)度將降低，甲烷濃度越高，激光信號(hào)強(qiáng)度越低[2]。解調(diào)電路解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)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(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。報(bào)警電路由發(fā)光報(bào)警燈、蜂鳴器和控制驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng)甲烷濃度超過(guò)設(shè)定的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，儀器會(huì)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。該傳感器是以單片機(jī)為核心，對(duì)信號(hào)進(jìn)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(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)工作面試驗(yàn)安裝了9枚GJG10J激光甲烷傳感器，試驗(yàn)1個(gè)月時(shí)間。通過(guò)井下相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(cè)值與實(shí)際值誤差小，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)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(diǎn)漂移等問(wèn)題。

當(dāng)前在技術(shù)應(yīng)用方面采用的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中對(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比如表3所示。

通過(guò)對(duì)上述分析對(duì)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(diǎn)及展望

GJG10J煤礦用激光甲烷傳感器是以激光器為檢測(cè)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(jì)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(cè)定。本儀器具有性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、靈敏度高、開機(jī)自檢、自動(dòng)穩(wěn)零、自動(dòng)精度校正等功能特點(diǎn)，能夠有效解決混合型甲烷傳感器存在的諸多缺點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

激光傳感器可以在惡劣的工作環(huán)境中檢測(cè)甲烷氣體濃度，并在沖擊、振動(dòng)等條件下，保持工作狀態(tài)穩(wěn)定，而且使用壽命較長(zhǎng)，一般不需要進(jìn)行更換，因此，能夠被應(yīng)用在惡劣的環(huán)境當(dāng)中。其維護(hù)工作環(huán)節(jié)只需要做到清潔處理即可，操作相對(duì)簡(jiǎn)單便捷。相對(duì)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(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比表