基于气体传感器的瓦斯浓度监测系统的研究

唐忠林 甘霖

【摘要】煤炭是我国重要的能源之一，也是为各行各业的发展所需要的一种重要能源，为我国的经济发展做出巨大的贡献，因此，煤炭产业不论在我们的日常生活中还是对于我国经济的发展都有重要作用。进入21世纪之后，我国综合实力显著提高，使得我国各行各业都有了快速的发展。煤矿行业也获得了不断的发展，并且煤炭开采方式有了很大的改进，同时随着开采深度和工作面开采空间尺度的不断增大，对于井下的安全必须要引起高度重视。瓦斯是矿井中常见的一种气体，如果瓦斯浓度过高会使得煤炭开采工作的危险性大大提高。煤矿企业必须要采取有效的方式对矿井内的瓦斯浓度进行监测，了解采矿环境的安全性。因此，本文将基于气体传感器提出瓦斯浓度监测系统的研究，旨在为相关煤矿企业提供一定的借鉴意义。

【关键词】气体传感器;瓦斯浓度;监测系统

本文受陕西省教育厅科学研究计划项目资助，项目名称为基于气体传感器阵列的煤矿瓦斯在线智能检测仪研制，项目编号为17JK0928。

1. 瓦斯濃度监测系统应用到矿井中的必要性分析

首先，有助于相关工作人员对矿井内的瓦斯浓度进行实时监控。目前很多的相关学者专家尝试瓦斯浓度监测系统应用到矿井之中，能够使得相关人员通过对相关技术的利用，对整个矿井中的瓦斯气体浓度进行实时监控，对于可能会发生的问题，或者是已经发生的问题进行及时排查，并且能够对矿井工作的正常运行有着十分重要的促进意义。同时通过瓦斯浓度监测系统能够对矿井内的瓦斯浓度与成分进行准确科学的分析，让相关人员能够了解整个矿井的状况。

其次，通过瓦斯浓度监测系统应用到矿井中，能够更加的方便相关人员进行操作。在使用运行瓦斯浓度监测系统时，只需要相关的人员设置好程序，而不需要自己进行实际的动手操作，能够通过瓦斯浓度监测系统来完成指令，代替人工操作，对于需要控制的对象进行灵活的调整，有效改善当前人工监测的漏洞，

最后，通过瓦斯浓度监测系统应用到矿井中，能够最大限度地减少人力和物力的投入。通过对瓦斯浓度监测系统的应用，只需要聘请相关的专业人员对瓦斯浓度监测系统进行研发，从而减少原来通过人力进行控制的生产成本，并且对于系统维修等方面的人工成本也有所降低，对于相关煤矿企业的发展有着十分重要的意义。

2. 基于气体传感器的瓦斯浓度监测系统的研究

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。而瓦斯浓度监测系统的设计需要通过气体传感器了解到矿井内的瓦斯浓度，并且利用气体传感器能够使得瓦斯的成分、浓度等信息被瓦斯浓度监测系统收集上传至终端，进而让相关人员了解到实时数据，达到瓦斯浓度监测系统设计的最终目的。基于气体传感器的瓦斯浓度监测系统需要包括气体传感器的设置、人机交互界面的设置和瓦斯浓度监测系统的内部设置。

2.1 气体传感器的设置

首先，在整个系统中需要加入气体传感器。气体传感器中包含着一个探测头，利用探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。在瓦斯浓度监测系统中加入气体传感器，可以使得整个系统实施监测到气体的浓度与成分并且对其进行分析，以避免在整个监测系统中监测到其他的内容。

2.2 人机交互界面的设置

其次，整个系统中需要包含一个人机交互界面，使得相关人员能够通过人机交互页面实施了解到整个系统的运行。人机交互界面是一个图形用户界面，主要由登录界面、实时监控界面、回放界面等构成。登录界面是为了能够让矿井里面的相关工作人员能够利用自己的账号和密码登录，进而能够进入到瓦斯浓度监测系统中。并且用户登录界面只允许通过验证的用户才能够进入到系统内，以防瓦斯浓度监测系统中的数据被泄露。实时监控界面则是为了能够让相关的工作人员对收集到的瓦斯数据进行了解，并且了解系统是否出现故障。通过实时监控界面，相关人员能够进行存储方式选择、瓦斯浓度上限设置、清除报警历史信息等相关操作，同时能够及时地了解到矿井内的瓦斯浓度变化趋势，当前瓦斯的浓度以及整个瓦斯浓度监测系统报警的次数，进而能够有效采取相关措施。回放界面指的是瓦斯浓度监测系统能将收集到的数据通过图表的形式展现出来，使得人们能够更加直观、准确地了解到矿井内瓦斯的浓度。

2.3 瓦斯浓度监测系统的内部设置

最后，相关人员需要对瓦斯浓度监测系统的内部进行合理的设置才能使得瓦斯浓度监测系统发挥实际的作用。瓦斯浓度监测系统一般情况下都需要包含用户登录验证、数据处理与显示、声音报警、报警信息记录、创建标题文件、数据存储、数据回放等构成。所谓用户登录验证，为的就是能够让用户登录界面发挥效用，对于外来人员禁止进入系统防止数据被泄露，使得只有通过验证的人员才能够进入到系统内部进行相关操作。如果用户输入的密码和账号不正确的时候，整个瓦斯浓度监测系统不会对其进行开放。而数据处理与显示则是对前期收集到的数据利用气体传感器转化为对应的瓦斯浓度信号，并且反应出当下的矿井内的瓦斯浓度信息，使得相关人员能够及时确保矿井下的工作环境是否安全，达到瓦斯浓度监测系统设计的根本目的。声音报警指的是通过瓦斯浓度监测系统监测，如果矿井内的瓦斯浓度高于一般正常值的情况之下，会发出声音警告，使得相关的工作人员不会继续下到井内工作，并且要采取一定的预防措施保证自己的生命安全。报警信息记录指的是整个瓦斯浓度监测系统的报警次数、时间等信息会被一一记录下来，使得相关人员能够及时查看，了解瓦斯浓度变化的情况，进而能够将所有的瓦斯报警信号进行查看，对于查看过的数据可以进行定期清除，保证整个瓦斯浓度监测系统的数据及时更新，并且能够有效避免数据被遗漏的现象发生。创建标题文件和数据存储指的是相关人员可以利用自己的存储路径对文件进行命名，并且将历史数据进行存储，方便后续查看分析。数据回放对应的是回放界面，能够将收集到的数据通过图表的形式直观地反映出来，为相关人员提供一定的参考价值。

通过对气体传感器、人机交互界面以及瓦斯浓度监测系统的内部设置以后，我们需要对其进行一定的测试以后才能够正式投入到矿井环境中使用。对于人机交互界面要监测其是否能够满足只允许通过验证的用户登录以及瓦斯浓度监测系统反馈出来的数据是否能够及时被反映出来。而瓦斯浓度监测系统中最重要的则是报警装置，报警装置测量的准确性会使得整个系统能否发挥有效作用。通过报警装置，能使得矿井内的所有工作人员及时地察觉到危险，并且采取有效的预防措施。如果报警装置失效，即使相关人员能够通过后台了解到数据，其传输的过程中需要耽误时间，进而耽误最佳救援时间。所以，基于气体传感器的瓦斯浓度监测系统必须要通过反复验证确保其稳定性后再大量使用。

3. 小结

综上所述，瓦斯是矿井中产生的有害气体， 当浓度达到一定值时，具有可燃烧、爆炸等特性。煤炭产业不论在我们的日常生活中还是对于我国经济的发展都有重要作用。煤矿开采属于井下工作，在煤矿开采的过程中，存在着各种潜在的安全隐患。井下工作环境复杂多变，同时影响着工程质量。所以，基于气体传感器的瓦斯浓度监测系统可以帮助开采人员最大限度地掌握井下地质环境，保证安全作业。高精度的测量系统可以减少人工操作误差，协助测量人员得到更为精确的数据。

参考文献：

[1]黄凯峰. 煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识方法研究[D].安徽理工大学，2016.

[2]赵正杰. 基于无线传感网络的井下人员定位和瓦斯监测关键技术研究[D].中北大学，2013.

[3]池继辉. 基于随机共振技术的声表面波瓦斯传感器的研究[D].辽宁工程技术大学，2011.

[4]缪燕子. 多传感器信息融合理论及在矿井瓦斯突出预警系统中的应用研究[D].中国矿业大学，2009.

作者简介：唐忠林（1977-），男，汉族，讲师，控制科学与工程。