GJG10J激光傳感器在煤礦井下瓦斯監控系統中的應用

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控系統、瓦斯抽采系統的核心傳感器，其性能良好與否直接影響整個系統的質量和效果。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、監測值誤差大、標校周期短等問題，引進了大連艾科科技開發有限公司生產的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制電路、解調電路、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]。電源電路將由關聯設備送來的直流電壓轉換為芯片電壓，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：調制電路通過調制激光器電流控制激光器發出一定頻率的激光，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]。解調電路解調后的信號經過A/D轉換器轉換變成數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，并經輸出控制電路輸出與甲烷濃度值對應的頻率信號。報警電路由發光報警燈、蜂鳴器和控制驅動電路構成，當甲烷濃度超過設定的報警點時，儀器會發出聲、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 外部結構

本儀器采用不銹鋼材料制造，工藝講究，密封性好。機身結構設計合理，各功能區位置分布有序，外殼上端有懸梁，下端為甲烷傳感元件，右側裝有電源接口，正面裝有數碼顯示屏，如圖2所示。

圖2 外部結構示意圖

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。通過井下相關實驗數據結果顯示，傳感功能完善，數據傳輸穩定，監測值與實際值誤差小，符合相關標準，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。

當前在技術應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，上述標準當中對甲烷傳感器可造成誤差的規定范圍如表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場實測對比如表3所示。

通過對上述分析對比可以發現，激光傳感器具有明顯優越性。

3 激光甲烷傳感器的優點及展望

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控儀表，用于煤礦井下空氣中甲烷濃度的連續測定。本儀器具有性能穩定、壽命長、靈敏度高、開機自檢、自動穩零、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 結語

激光傳感器可以在惡劣的工作環境中檢測甲烷氣體濃度，并在沖擊、振動等條件下，保持工作狀態穩定，而且使用壽命較長，一般不需要進行更換，因此，能夠被應用在惡劣的環境當中。其維護工作環節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備，使用激光傳感器能夠極大程度地節省人力物力。

表2 激光傳感器技術基本誤差

表3 混合型與激光甲烷傳感器現場實測對比表