监控系统发展及矿用传感器.ppt

《监控系统发展及矿用传感器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《监控系统发展及矿用传感器.ppt（93页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、监测监控系统及监测监控系统及传感器技术传感器技术内容提要内容提要一、监测监控系统作用、组成及发展一、监测监控系统作用、组成及发展二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器安全监测监控系统安全监测监控系统组成及其发展组成及其发展 一一（一）安全监测监控系统组成（一）安全监测监控系统组成 一、安全监测监控系统作用组成及其发展一、安全监测监控系统作用组成及其发展 测测控控系系统统的的基基本本概概念念“测测”：即检测各种环境安全参数、设备工况参：即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等数、过程控制参数等。“控控”：即根据检测参数去控制安全装置、报警：即根据检测参数去控制安全装置、

2、报警装置、生产设备、执行机构等装置、生产设备、执行机构等 在人们的日常工作和生活中，人体实际上就是一个在人们的日常工作和生活中，人体实际上就是一个“监测监控系统监测监控系统”。人通过五官（传感器）感受外界的信息，。人通过五官（传感器）感受外界的信息，通过神经（传输信道）传输给大脑（计算机），大脑经过通过神经（传输信道）传输给大脑（计算机），大脑经过分析、判断，指挥四肢等器官（执行机构）的动作。分析、判断，指挥四肢等器官（执行机构）的动作。所以所以“安全监测监控系统就是煤矿安全监测监控系统就是煤矿”安全生产的哨兵！安全生产的哨兵！生产调度则是生产活动中枢生产调度则是生产活动中枢。一、安全监测监控

3、系统作用组成及其作用一、安全监测监控系统作用组成及其作用 煤矿安全生产监测控系统煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统管理的计算机集散系统（DCS:Distributing Center System），一般包含测控分），一般包含测控分站级和中心站级（见图站级和中心站级（见图1）。）。图图1 监测监控系统的组成监测监控系统的组成 一、安全监测监控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 安全监测监控系统是目前现代化工矿企业生产和管理的有安全监测监控系统是目前现代化工矿企业生产和管理的有效工具。对于煤矿生产，矿井安全监测监控系统是煤

4、矿高产、效工具。对于煤矿生产，矿井安全监测监控系统是煤矿高产、高效、安全生产的高效、安全生产的重要保证重要保证。安全监测监控系统是一种自动采集资料、处理资料并进行安全监测监控系统是一种自动采集资料、处理资料并进行控制的系统控制的系统,具有具有及时、准确、连续、可靠及时、准确、连续、可靠的优点的优点,对保障矿井对保障矿井安全安全,提高矿井提高矿井“一通三防一通三防”管理水平管理水平,增强矿井抗灾能力等方增强矿井抗灾能力等方面具有非常重要的作用。面具有非常重要的作用。安全监测监控系统的作用安全监测监控系统的作用 一、安全监测监控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 （一）安全监测监控作

5、用（一）安全监测监控作用 煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。环环境境安安全全、轨轨道道运运输输、供供电电、排排水水、矿矿山山压压力力、火火灾灾、水水灾灾、煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出、大大型型机机电电设设备备健健康康状状况况等等监监控控系系统统，提提高高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全了生产率和设备利用率，增强了矿山安全.世世界界各各主主要要产产煤煤国国对对此此都都十十分分重重视视，研研制制、生生产产并并推推广广使使用用了了环环境境安安全全、轨轨道道运运输输、供供电电、排排水水、矿矿山山压压力力、火火灾灾、水水灾灾、煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出、大大型型机机电

6、电设设备备健健康康状状况况等等监监控控系系统统，提提高高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。（1）矿矿井井监监控控系系统统是是一一种种自自动动采采集集数数据据，处处理理数数据据并进行控制的系统。并进行控制的系统。通通风风安安全全监监控控设设备备在在煤煤矿矿安安全全生生产产中中发发挥挥着着越越来来越越重重要要的的作作用用。为为进进一一步步加加强强通通风风安安全全监监控控设设备备的的装装备备、使使用用和和管管理理，保保障障煤煤矿矿安安全全生生产产，煤煤矿矿安安全全规规程程将将安安全监控单列出来。全监控单列出来。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （

7、2）矿矿井井监监控控系系统统的的推推广广使使用用实实现现了了甲甲烷烷超超限限断断电电、停停风风断断电电、通通风风系系统统监监控控、煤煤与与瓦瓦斯斯突突出出预预报报、火火灾灾检检测测与与预预报报、水水灾灾监监测测与与预预报报、矿矿山山压压力力监监测测与与预预报报等等，从从而而减减少少了了瓦瓦斯斯与与煤煤尘尘爆爆炸炸、火火灾灾、水水灾灾、顶顶板板等等灾灾害害与与事事故故的的发发生生，保保障障了了煤煤矿矿安安全全生生产产和和矿矿工生命安全。工生命安全。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （3）矿井监控系统的推广应用，实现了轨道运输、）矿井监控系统的推广应用，实现了轨道运输、胶带运输、采区变

8、电所、水泵房等地面远动控制，从而胶带运输、采区变电所、水泵房等地面远动控制，从而大大减少了井下作业人员。由于井下作业人员的减少，大大减少了井下作业人员。由于井下作业人员的减少，发生重大恶性事故的概率也大大降低。发生重大恶性事故的概率也大大降低。将井下操作由地面远动操作，因此改善了作业环境，将井下操作由地面远动操作，因此改善了作业环境，从而吸引一些业务素质高的人从事这些远动操作工作，从而吸引一些业务素质高的人从事这些远动操作工作，进而降低了误操作及违章作业的概率。进而降低了误操作及违章作业的概率。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用（4）煤矿井下是一个特殊的工作环境）煤矿井下是一个特殊的

9、工作环境:有瓦斯（主要成分是甲烷）等易燃气体有瓦斯（主要成分是甲烷）等易燃气体;有硫化氢等腐蚀性气体有硫化氢等腐蚀性气体;有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大;电电磁磁干干扰扰严严重重、电电网网电电压压波波动动大大、工工作作场场所所分分散散且且距离远，因此矿井系统监控不同于一般工业监控系统。距离远，因此矿井系统监控不同于一般工业监控系统。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （5）电气防爆。一般工业系统均工作在非爆炸性环境中，）电气防爆。一般工业系统均工作在非爆炸性环境中，而矿井监控系统工作在有瓦斯和煤尘爆炸性环境的煤矿井下。而矿井监控系统工作在有瓦斯和

10、煤尘爆炸性环境的煤矿井下。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。因此，矿井监控系统的设备必须是防爆型电气设备。传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，传输距离远。一般工业监控对系统的传输距离要求不高，而矿井监控系统的传输距离要求的更高。而矿井监控系统的传输距离要求的更高。网络结构宜采用树形结构。网络结构宜采用树形结构。监控对象变化缓慢。监控对象变化缓慢。电网电压波动大，电磁干扰严重。电网电压波动大，电磁干扰严重。工作环境恶劣。工作环境恶劣。检测设备采用远程供电。检测设备采用远程供电。不宜采用中继器。不宜采用中继器。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （6）轨轨道道运

11、运输输监监控控系系统统主主要要用用来来监监测测信信号号机机状状态态、电电动动转转撤撤机机状状态态、机机车车位位置置、机机车车编编号号、运运行行方方向向、运运行行速速度度、车车皮皮数数、空空（实实）车车皮皮书书等等，并并实实现现信信号号机、电动辙机闭锁控制、地面远程速度与控制等。机、电动辙机闭锁控制、地面远程速度与控制等。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （7）胶胶带带运运输输监监控控主主要要用用来来监监测测皮皮带带速速度度、轴轴温温烟烟雾雾、堆堆煤煤、横横向向撕撕裂裂、跑跑偏偏、打打滑滑、电电动动机机运运输输状状态态、煤煤仓仓煤煤位位等等，并并实实现现顺顺煤煤流流启启动动，逆逆煤煤

12、流流停停止止闭闭锁锁控控制制和和安安全全保保护护、地地面面远远程程速速度度与与控控制制、皮皮带带火火灾灾监监测测与与控控制等。制等。提提升升运运输输监监控控系系统统主主要要用用来来监监测测罐罐笼笼位位置置、速速度度、安安全全门门状状态态、摇摇台台状状态态、阻阻车车器器状状态态等等，并并实实现现推推车车、提提升闭锁控制等。升闭锁控制等。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用l （8）供电监控系统主要用来监测电网电压、电）供电监控系统主要用来监测电网电压、电流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态流、功率、功率因数、馈电开关状态、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远

13、程等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远程控制等。控制等。l 排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、排水监控系统主要用来监测水仓水位、水泵开停、水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力水泵工作电压、电流、功率、阀门状态、流量、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等。等。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （9）环环境境监监测测主主要要监监测测一一氧氧化化碳碳浓浓度度、二二氧氧化化碳碳浓浓度度、氧氧气气浓浓度度、温温度度、压压差差、烟烟雾雾等等，并并通通过过风风门门、风风窗窗控控制制，实实现现均均压压灭灭火火

14、控控制制、制制氮氮与与注注氮氮控控制制、地地音音、顶顶板板位位置置、位位移移速速度度、位位移移加加速速度度、红红外外发发射射、电磁发射等，并实现矿山压力预报等。电磁发射等，并实现矿山压力预报等。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用 （10）矿矿山山压压力力监监测测系系统统主主要要用用来来监监测测地地音音、顶顶板板位位置置、位位移移速速度度、位位移移加加速速度度、红红外外发发射射、电电磁磁发发射射等等，并实现矿山压力预报。并实现矿山压力预报。大大型型机机电电设设备备健健康康状状况况监监控控系系统统主主要要用用来来监监测测机机械械振振动、油质量污染等，并实现故障诊断。动、油质量污染等，并实

15、现故障诊断。（一）安全监测监控作用（一）安全监测监控作用（二）、安全监测监控系统技术发展历程（二）、安全监测监控系统技术发展历程 安全监测监控系统应用于煤矿生产，起源于对矿井瓦斯安全监测监控系统应用于煤矿生产，起源于对矿井瓦斯进行检测的安全需求。进行检测的安全需求。最早最早见诸于学会报告的瓦斯爆炸事故是发生于见诸于学会报告的瓦斯爆炸事故是发生于1675年英国北年英国北威尔士欣煤矿的一次瓦斯爆炸。威尔士欣煤矿的一次瓦斯爆炸。第一次伤亡超过百人第一次伤亡超过百人的瓦斯爆炸事故发生于的瓦斯爆炸事故发生于1825年的英国奈年的英国奈尔生多煤矿，死亡尔生多煤矿，死亡102人。人。第一个伤亡超过千人第一个

16、伤亡超过千人的瓦斯爆炸事故发生于的瓦斯爆炸事故发生于1906年的法国傅年的法国傅立叶煤矿，死亡立叶煤矿，死亡1099人。人。（三）（三）瓦斯检测技术的发展过程瓦斯检测技术的发展过程 正是基于煤矿瓦斯爆炸事故的危害巨大，瓦斯监测仪器正是基于煤矿瓦斯爆炸事故的危害巨大，瓦斯监测仪器就伴随着对瓦斯安全问题的研究而出现。就伴随着对瓦斯安全问题的研究而出现。（二）、安全监测监控系统技术发展历程（二）、安全监测监控系统技术发展历程最早最早应用仪器来检测矿井瓦斯浓度的国家是英国，在应用仪器来检测矿井瓦斯浓度的国家是英国，在1815年年发明了第一项监测瓦斯仪器发明了第一项监测瓦斯仪器安全灯安全灯，它是利用火焰

17、的高度，它是利用火焰的高度来测量瓦斯浓度。来测量瓦斯浓度。光学瓦斯检定器光学瓦斯检定器是是1925年在日本发明的一种检测瓦斯技术，年在日本发明的一种检测瓦斯技术，当今世界上占主要地位的是当今世界上占主要地位的是催化型瓦斯监测仪器催化型瓦斯监测仪器。（二）安全监测监控系统技术发展历（二）安全监测监控系统技术发展历程程1960年代，英、美、法、德、日、前苏等工业发达国家，年代，英、美、法、德、日、前苏等工业发达国家，都把发展催化型仪器作为瓦斯检测的主要方向。都把发展催化型仪器作为瓦斯检测的主要方向。1973年，由重庆煤矿安全仪器厂等年，由重庆煤矿安全仪器厂等5家单位协作，研制家单位协作，研制AYJ

18、-1型瓦斯遥测仪，其后又研制出了型瓦斯遥测仪，其后又研制出了ABD1型瓦斯断电报警仪、型瓦斯断电报警仪、AQD1型采煤机瓦斯断电控制仪等。型采煤机瓦斯断电控制仪等。1980年代，随着引进消化并进一步实现年代，随着引进消化并进一步实现“国产化国产化”，创造了，创造了一系列适合我国煤矿条件的监控系统。一系列适合我国煤矿条件的监控系统。1990年，我国先后研制出年，我国先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80等煤矿安全监测监控系统。等煤矿安全监测监控系统。（二）、安全监测监控系统技术发展（二）、安全监测监控系统技术发展历程历程2010年后，我国对所

19、有煤矿用年后，我国对所有煤矿用KJ系列煤矿安全监测监控系统系列煤矿安全监测监控系统进行升级，投运到煤矿井下的为进行升级，投运到煤矿井下的为KJN，或，或KJNA型号。型号。矿区现代化安全监测检测系统矿区现代化安全监测检测系统 根根据据安安全全监监测测监监控控系系统统的的组组成成，其其主主要要技技术术指指标标，主主要要是是以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。一、安全监测监控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 安全监测监控系统技术指标安全监测监控系统技术指标 测测控控分分站站 容量容量：是输入、输出量的个数及类型。：是输入、输出量的个数及类

20、型。接配传感器接配传感器：是指所接配传感器的种类等。是指所接配传感器的种类等。检测精度检测精度：是反映分站性能优劣的主要指标之一，：是反映分站性能优劣的主要指标之一，一般用满量程的相对误差来表示。一般用满量程的相对误差来表示。一、安全监测监控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 测测控控分分站站 分辨率分辨率：反映分站对微小模入量变化的敏感程度：反映分站对微小模入量变化的敏感程度。转换时间转换时间：指指A/D一次转换所需时间，其倒数称为一次转换所需时间，其倒数称为 转换率转换率。传输距离传输距离：是传感器宇分站间信号传输的最远距离：是传感器宇分站间信号传输的最远距离。一、安全监测监

21、控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 中中心心站站 主机型号及配置主机型号及配置 ：CPU型号，内存容量，硬盘容量等型号，内存容量，硬盘容量等。容量容量 ：即系统可带分站的数量即系统可带分站的数量。信息传输方式信息传输方式：即时分制还是频分制，是频带传输还：即时分制还是频分制，是频带传输还 是基带传输方式是基带传输方式。一、安全监测监控系统组成及其作用一、安全监测监控系统组成及其作用 国内安全监测监控系统的发展趋势国内安全监测监控系统的发展趋势 总结我国近总结我国近10年来煤矿安全监测监控系统的技术发展概况，年来煤矿安全监测监控系统的技术发展概况，主要表现在以下主要表现在以下5个

22、方面：个方面：（1）矿井安全监测技术标准化工作逐步完善。）矿井安全监测技术标准化工作逐步完善。（2）开发新型传输技术，系统容量扩大。）开发新型传输技术，系统容量扩大。（3）应用软件丰富，系统功能增强。）应用软件丰富，系统功能增强。（4）矿井专业化安全监测系统不断涌现。）矿井专业化安全监测系统不断涌现。（5）重视、加强传感器的开发研究。）重视、加强传感器的开发研究。安全监测监控系统发展安全监测监控系统发展 我国矿井安全监测监控技术发展方向我国矿井安全监测监控技术发展方向 （1）紧密结合我国煤矿安全生产国情）紧密结合我国煤矿安全生产国情。我国是一个煤矿。我国是一个煤矿灾害事故严重，特别是瓦斯爆炸事

23、故频发的产煤大国。灾害事故严重，特别是瓦斯爆炸事故频发的产煤大国。（2）重视专业化或专家系统的开发。开发安全监控技术）重视专业化或专家系统的开发。开发安全监控技术应特别注意将诸如瓦斯涌出规律、瓦斯突出预测预报等融入监应特别注意将诸如瓦斯涌出规律、瓦斯突出预测预报等融入监测系统中，才能充分发挥监测系统的作用。测系统中，才能充分发挥监测系统的作用。安全监测监控系统发展方向安全监测监控系统发展方向 （3）继续深入强化传感器技术的研究。应注重以下方）继续深入强化传感器技术的研究。应注重以下方面：面：a、关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，开发适用于煤

24、矿的安全传感器。开发适用于煤矿的安全传感器。b、解决煤矿安全传感器的解决煤矿安全传感器的稳定性、可靠性，提高传感器的制作质量，在很大程度上稳定性、可靠性，提高传感器的制作质量，在很大程度上依赖制作工艺。依赖制作工艺。c、应高度重视传感器功能材料的研究。当应高度重视传感器功能材料的研究。当今世界各国已把纳米技术纳入了自己的关键技术中。今世界各国已把纳米技术纳入了自己的关键技术中。成果：系统概述与核心功能31系统概述与核心功能32系统概述与核心功能通过基于蒙特卡罗方法的瓦斯数据分析预测模型，不仅可以对矿井整体瓦斯涌出通过基于蒙特卡罗方法的瓦斯数据分析预测模型，不仅可以对矿井整体瓦斯涌出通过基于蒙特

25、卡罗方法的瓦斯数据分析预测模型，不仅可以对矿井整体瓦斯涌出通过基于蒙特卡罗方法的瓦斯数据分析预测模型，不仅可以对矿井整体瓦斯涌出量进行分析预测，而且还可预测出瓦斯涌出总量在矿井中的分布和流动状态，预量进行分析预测，而且还可预测出瓦斯涌出总量在矿井中的分布和流动状态，预量进行分析预测，而且还可预测出瓦斯涌出总量在矿井中的分布和流动状态，预量进行分析预测，而且还可预测出瓦斯涌出总量在矿井中的分布和流动状态，预测出矿井可能的瓦斯浓度超限的巷道和区域。从而极大地提高了矿井安全生产的测出矿井可能的瓦斯浓度超限的巷道和区域。从而极大地提高了矿井安全生产的测出矿井可能的瓦斯浓度超限的巷道和区域。从而极大地提

26、高了矿井安全生产的测出矿井可能的瓦斯浓度超限的巷道和区域。从而极大地提高了矿井安全生产的预警能力和事故防范能力。同时还可以对这些数据进行预测分析，可以求得矿井预警能力和事故防范能力。同时还可以对这些数据进行预测分析，可以求得矿井预警能力和事故防范能力。同时还可以对这些数据进行预测分析，可以求得矿井预警能力和事故防范能力。同时还可以对这些数据进行预测分析，可以求得矿井近期历史的瓦斯涌出量的统计与分析、瓦斯浓度的统计分析、瓦斯流量情况以及近期历史的瓦斯涌出量的统计与分析、瓦斯浓度的统计分析、瓦斯流量情况以及近期历史的瓦斯涌出量的统计与分析、瓦斯浓度的统计分析、瓦斯流量情况以及近期历史的瓦斯涌出量的

27、统计与分析、瓦斯浓度的统计分析、瓦斯流量情况以及对瓦斯流量的预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平，对瓦斯流量的预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平，对瓦斯流量的预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平，对瓦斯流量的预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反映的矿井瓦斯安全水平，显著提高对矿井瓦斯异常的判断和应对能力。显著提高对矿井瓦斯异常的判断和应对能力。显著提高对矿井瓦斯异常的判断和应对能力。显著提高对矿井瓦斯异常的判断和应对能力。高效的通风高效的通风网络分析手网络分析手段段 通风网络图的通风网络图的生成和编辑生成和编辑开放的可扩开放

28、的可扩展的软件架展的软件架构构专业性可视专业性可视化平台化平台图形间、图与图形间、图与数据间的联动数据间的联动基于多种基于多种数学方法数学方法的通风瓦的通风瓦斯数据分斯数据分析模型析模型三维立体图三维立体图的展现形式的展现形式以安全分区为以安全分区为理论基础的分理论基础的分析模式析模式多种瓦斯实时多种瓦斯实时监控与预警方监控与预警方式式蒙特卡罗分蒙特卡罗分蒙特卡罗分蒙特卡罗分析预测模型析预测模型析预测模型析预测模型集成集成多种常多种常见监控见监控系统的系统的数据数据33系统概述与核心功能34体系架构与功能详述实时显示巷道浓度、流量、实时显示巷道浓度、流量、涌出量及测点浓度、移动涌出量及测点浓度

29、、移动平均线的变化情况平均线的变化情况按照浓度、涌出量、按照浓度、涌出量、超限次数和波动程度超限次数和波动程度进行排行分析进行排行分析利用大量的各类型的图表，动利用大量的各类型的图表，动态展示系统实时解算数据，方态展示系统实时解算数据，方便监控人员更快速的发现系统便监控人员更快速的发现系统出现的异常问题。出现的异常问题。瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯数数数数据据据据图图图图表表表表35体系架构与功能详述分析某时间段后巷分析某时间段后巷道瓦斯浓度达到各道瓦斯浓度达到各安全等级的可能性安全等级的可能性分析某时间段后分析某时间段后巷道瓦斯浓度的巷道瓦斯浓度的主要变化区间主要变化区间以大量的基础数据作为分析依据，提

30、以大量的基础数据作为分析依据，提供对瓦斯浓度趋势分析，为及时有效供对瓦斯浓度趋势分析，为及时有效采取防灾避灾措施提供预警。采取防灾避灾措施提供预警。瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯态态态态势势势势分分分分析析析析3636体系架构与功能详述巡巡巡巡检检检检管管管管理理理理巡检记录巡检记录根据矿井的排班设计对各个班次的巡根据矿井的排班设计对各个班次的巡检情况进行登记，以便于结合监控及检情况进行登记，以便于结合监控及分析数据综合处理。分析数据综合处理。37综合应用异常排查发现异常发现异常发现异常发现异常目的：目的：目的：目的：查看巷道瓦斯浓度查看巷道瓦斯浓度查看巷道瓦斯浓度查看巷道瓦斯浓度 变化的历史趋势变化的历史

31、趋势变化的历史趋势变化的历史趋势工具：工具：工具：工具：巷道浓度图巷道浓度图巷道浓度图巷道浓度图瓦斯浓度异常检瓦斯浓度异常检瓦斯浓度异常检瓦斯浓度异常检测发现巷道浓度测发现巷道浓度测发现巷道浓度测发现巷道浓度异常进行告警异常进行告警异常进行告警异常进行告警目的：目的：目的：目的：对巷道上下游进对巷道上下游进对巷道上下游进对巷道上下游进 行分析行分析行分析行分析工具：工具：工具：工具：上下游区域分析上下游区域分析上下游区域分析上下游区域分析目的：目的：目的：目的：分析风量调整造成分析风量调整造成分析风量调整造成分析风量调整造成 的影响的影响的影响的影响工具：工具：工具：工具：巷道灵敏度分析、巷道

32、灵敏度分析、巷道灵敏度分析、巷道灵敏度分析、风流风流风流风流 成分分析、瓦斯流成分分析、瓦斯流成分分析、瓦斯流成分分析、瓦斯流分析分析分析分析目的：目的：目的：目的：调整巷道风量，调整巷道风量，调整巷道风量，调整巷道风量，得到新的通风方案得到新的通风方案得到新的通风方案得到新的通风方案工具：工具：工具：工具：风网解算风网解算风网解算风网解算对新的方案进行确认对新的方案进行确认对新的方案进行确认对新的方案进行确认大数据、云计算与监测监控系统l大数据(BigData),定义是指那些数据量特别大、数据类别特别复杂的数据集,这种数据集无法用传统的数据库进行存储,管理和处理。简言之，与对象相关的所有数据

33、。l云计算(cloudcomputing)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。大数据、云计算与监测监控系统l安全监测监控系统，日积月累，记录海量有关安全环境状态参数数据。l与矿井计算机管理系统网络链接的其他业务数据。l对于海量数据的挖掘，源于职能管理部门需求，特别是安全生产方面要求。l各类安全生产状态的预测和防控的模型以及结果验证。l安全管理层面，各类安全指标的考核。矿用环境监测主矿用环境监测主要传感器要传感器二二 二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器（一）传感器定义、分类及组成结构（一）传感器定义、分类及组成结

34、构按照国家标准GB766687，把“能够把特定的被测量信息（如能够把特定的被测量信息（如物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用输出信号物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用输出信号的器件或装置称为传感器的器件或装置称为传感器（Transducer或Sensor）。”传感器是生物体感官的工程模拟物；反过来，生物体的感官则可以看作是天然的传感器。所谓“可用输出信号”，是指便于传输、便于处理的信号。因此，也可以把传感器传感器狭义的定义为：能把外界非电量信息转换成电能把外界非电量信息转换成电信号输出的器件或装置信号输出的器件或装置。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要

35、传感器如位移传感器、力传感器、荷重传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器、振频式传感器和电化学式传感器等。按用途分类如利用物理效应进行转换的为物理传感器；利用化学反应进行转换的为化学传感器；利用生物效应进行转换的为生物传器等。表2-1列出了与人体五官对应的几种传感器及其效应。按工作原理分类按按外界输入信号转换至电信号过程中所利用的效应来分类二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器传感器的组成传感器的组成:传感器一般是由敏感元

36、件、转换元件和信号处理电路三部分组成，有时需要加辅助电源。敏感原件转换原件信号处理辅助电源二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器（二）传感器的（二）传感器的静态技术特性静态技术特性 1.线性度（非线性误差）线性度（非线性误差）二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器2.灵敏度灵敏度：达到稳定工作状态时，输出变化量Y与引起此变化的输入变化量X之比。3.精度：精度：传感器精度是指测量结果的可靠度。指传感器在规定条件下允许的最大绝对误差相对于传感器满量程输出的百分数。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器4.最小检测量和分辨率最小检测量和分辨率最小检测量是指传

37、感器能确切反映被测量的最低极限量。最小检测量越小，表示传感器检测微量的能力越高。由于传感器的最小检测量M易受噪声的影响，所以一般用相当于噪声电平若干倍的被测量为最小检测量，用公式表示为二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器5.迟滞迟滞迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差。如图所示。其数值用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出的百分比表示。或式中，Hmax 输出值在正反行程间最大偏差；H表示传感器的迟滞。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器（三）几种重要传感器介绍（三）几种重要传感器介绍1.瓦斯传

38、感器热催化元件：仅有一个纯铂丝螺旋圈，结构简单，制造容易。最大优点是抗中毒能力强。铂丝的工作温度一般为9001000，工作时铂丝升华比较严重，线径缩小，造成仪器零点严重飘移，连续工作寿命缩短。载体热催化元件是目前使用最广泛的一种催化元件，目前国内外生产使用的低浓度甲烷传感器几乎都是采用载体热催化元件。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l铂丝线圈作用：一方面对载体和催化剂进行加热，使甲烷等可燃气体接触元件后达一定的氧化状态；另方面把甲烷等可燃气体在催化剂作用下燃烧生成的热量检测出来。l载体一般是三氧化二铝(Al2O3)，其作用是提供较大的反应接触面积、固定铂丝的几何形状、附载催

39、化剂、传导热量给铂丝l催化剂作用是使氧化反应速度加快，催化剂对于元件的灵敏度、稳定性、功耗和寿命等都起决定性影响。常用的催化剂有钯(Pd)、铂(Pt)、钍(Th)等。元件配方及工艺较复杂，各厂家均不相同。l主要有黑（热催化元件）和白（补偿元件）两种元件，其阻值分别为r1和r2，两元件放在同一个待测气样将通过的气室内。由固定电阻R1和R2组成电桥另外的两个桥臂，用电阻温度系数小的电阻，以提高电桥在高温时的稳定性。为使电桥在无甲烷等可燃气体状态下处于平衡状态，桥路内装有调零电位器W1。电阻r2并联在白元件r2上，补偿黑白元件热学性质差异的元件，以改善电桥的零点飘移。二、矿用环境监测主要传感器二、矿

40、用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l热催化原理又称催化燃烧原理。甲烷等可燃气体在一定温度条件下，在催化剂（铂、铑、钯）等催化作用下，进行无焰燃烧，在一定的浓度范围内，定量的甲烷燃烧放出定量的热，生成二氧化碳和水。甲烷在空气中燃烧的反应式如下：l释放出的热量Q使元件的温度上升，造成铂丝的阻值变化。铂丝的电阻在0630.74范围内与甲烷可燃气体浓度成正比。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l目前国内外利用载体热催化原理元件生产的可燃气体检测报警便携仪的厂家和型号较多，但它们的检测原理和结构基本一样l这类仪器特点是体积小，结构简单，功耗低、性能

41、较稳定及使用寿命长。测定低浓度可燃气体时，输出信号较大(1%CH4时，输出电压可达150mV以上)，信号处理和显示较简便、直观，易于实现超限报警、遥测。其缺点是催化剂与硫、铅、磷、氯等化合物接触时，催化性能逐渐降低，使仪器的灵敏度降低。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器某甲烷气体检测便携仪原理框图某甲烷气体检测便携仪原理框图二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器载体热催化元件的特性载体热催化元件的特性l元件的活性，元件活性是指元件对甲烷氧化燃烧速率l稳定性，元件在新鲜空气与一定浓度甲烷环境中，在规定的连续工作时间里活性下降率l工作点和工作区间，元件工作点是指元件

42、的标准工作电压和电流值二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l输出特性是指在不同甲烷浓度下，元件的活性与甲烷浓度的关系载体热催化元件输出特性载体热催化元件输出特性二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l元件的中毒特性。载体热催化元件的催化剂钯(Pd)、铂(Pt)、钍(Th)等与硫(S)、磷(P)、铅(Pb)、氯(Cl)、硅(Si)等化合物作用，使其催化活性逐渐降低，称为催化剂中毒l载体催化元件的激活特性，经过一段时间工作的元件，遇到较高浓度甲烷气体(5.5%6%)数分钟后，元件的活性升高，高浓度甲烷气体消失后，元件在几十小时内活性又逐渐下降到原来值附近。二、矿用环境

43、监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l载体热催化型仪器的反应速度，指仪器从接触到被测气体开始，到传感器元件能正确地指示数据为止所经历时间l高浓度甲烷气体的影响，载体热催化元件适应检测爆炸下限以下浓度范围的可燃气体；如甲烷浓度0%4%)浓度范围。当元件接触高浓度可燃气体时，可能会出现两种不同的情况。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l光学瓦斯检定器l1925年，日本发明；采用光干涉原理制成；l测量范围：010%；050%等不同浓度档位；l光学甲烷检定器的使用步骤：检查吸收管内干燥剂，检查仪器气密性，检查干涉条纹是否清晰，调零，测定。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测

44、主要传感器2.温度传感器（1）温度检测方法原理简介热电偶法；热电阻法；半导体热敏电阻法；红外辐射法。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器（2）热电阻温度计热电阻温度计l热电阻是利用金属等材料的电阻率随温度升高而变化的原理进行测温的。采用金属材料作温度敏感元件称热电阻，利用半导体材料制成的温度敏感元件称为热敏电阻。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l热电阻热电阻l铂电阻是由铂丝绕制而成，铂电阻因其物理、化学性质稳定被作为复现温标的基准器。国标实用温标规定，在-259.34630.74温度范围内以铂电阻作为标准仪器l半导体热敏电阻半导体热敏电阻l半导体热敏元件，电

45、阻温度系数比较大，其绝对值比热电阻大10100倍，主要原因是半导体中载流子比原子的数目要小几千到几万倍。相邻自由电子间距是原子间距的几十倍，使得自由电子运动象气体分子热运动一样二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l一般半导体热敏电阻具有负的温度系数，也就是温度升高，电阻值是减小的，如图所示l热敏电阻和铜电阻比较图热敏电阻和铜电阻比较图二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l热电阻温度计的原理图l其基本原理是热量的变化引起电阻阻值的改变，测量电桥输出差值信号，差值信号的大小反映了待测温度的大小。通过对温度值与输出值大小之间关系的标定，即可测得温度的大小。二、矿用环境

46、监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l使用热电阻测温，应注意因引线较长带来的误差，常采用的方法如图所示，测温电阻和三根导线同时接到测温点，因引线L2和L3分别在两个相对应的电桥臂上，从而可以抵消环境的影响。故使用这种方法可以使用较长的测量导线进行测温，这种消除误差的方法通常称为“三线法”三线法消除误差三线法消除误差二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器半导体半导体PN结测温传感器结测温传感器l利用半导体材料制成的PN结型温度传感器称为半导体温度传感器。它的感温部分是利用二极管或晶体管的PN结正向电压相对于温度关系特性。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l在实

47、际应用中，利用两个晶体管的基极，如图所示。利用晶体管特性和外接电路条件能获得较好的线性关系。将晶体管电路与恒流源电路、放大电路等组合在一起集成于芯片上，就成为集成电路温度传感器，如AD590、AN6701测温元件等。晶体管晶体管PN结测温原理图结测温原理图二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器红外测温仪红外测温仪l任何物体只要温度高于绝对零度，就会不断产生红外辐射，温度越高，辐射功率越大。只要知道物体的温度T和比辐射率，就能计算出它所发射的辐射功率P；若知道物体所发射的辐射功率，则可求出它的温度。即l斯忒藩波尔兹曼常数，=5.669710-12，W/cm2K4；l比辐射率，绝对黑

48、体=1.0，非绝对黑体01.0；lT物体的热力学温度，K。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l红外测温用检测元件有热敏和光敏电阻两种，它是一种非接确式测温仪表，其原理如图所示。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l图中Rb是红外敏感元件，接收红外辐射能；Rc是补偿元件，被罩壳隐蔽起来，不吸收红外辐射能；Eb和Ec组成偏置放大电源。Rb接收红外辐射能，其阻值下降，电桥失去平衡，输出电压信号耦合到前置放大器放大，经处理和转换环节，由显示器显示，或送到报警电路进行报警。Rb阻值下降或输出电压信号的强弱由红外辐射能量决定，而接收的红外能量多少与被测点温度高低有关，仪器

49、显示的数据就直接反映被测点温度值及其变化状态。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l红外测温具有测量灵敏度高、反应速度快、测温范围广、属于非接触式测温、不影响被测介质的温度场分布优点，是发展测量技术、遥感技术及空间科学的重要手段。在矿井火灾监测与预报、设备温升测量等方面，具有很好的应用前景二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器（3）超声波旋涡风速传感器超声波旋涡风速传感器l传感器是应用卡曼涡街理论来实现风速检测的。所谓卡曼涡街理论，就是在无限流场中，垂直流体流向插入一根无限长的非流线型阻挡体（旋涡发生体），在雷诺数为20050000范围内，阻挡体的下游将产生内旋的

50、、互相交替的旋涡列,其旋涡频率f与流体流速V成正比，与阻挡体直径d成反比，即：二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l超声波涡街风速传感器与其它风速传感器相比，具有如下明显的优点：l结构中无运动部件，无使用磨损问题，适于连续运行，使用寿命长，性能稳定；线性输出范围宽，原理上没有零位漂移，测量精度高；响应迅速，而且能辨别风向。二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器CO传感器电化学池结构及工作原理示意图（4）定电位电化学一氧化碳传感器定电位电化学一氧化碳传感器二、矿用环境监测主要传感器二、矿用环境监测主要传感器l上图是CO传感器的电化学池结构及工作原理示意图。其内是一个