煤矿瓦斯检测.doc

一、采用直接作用法对煤矿瓦斯进行检测1、检测原理红外光源发出一束光,经一定距离的瓦斯气体吸收后,其光强会发生变化,并遵循朗伯比尔定律,光电转换后经放大定标,确定合理的阈值,一旦超过阈值,报警器会自动报警。2、检测框图瓦斯气体吸收激光后光学量变化光电传感器转化为电学量自动报警器单片机放大电路阈值定标瓦斯气体浓度红外光源3、检测过程（1）红外光源发出一束光,经一定距离的瓦斯气体吸收。（2）光强的变化经光电传感器转化为电学量的变化。（3）电学量经放大电路放大后,定标并确定合理的报警阈值。（4）瓦斯气体浓度超出阈值浓度,报警器会自动报警。4、检测方法优缺点（1）检测方法的优点：a结构简单、成本低。B操作简单、维修方便。c能进行连续分析、实时监控。d使用寿命长。（2）检测方法的缺点：a精度差。b确定阈值浓度比较困难。c稳定性差,容易受光源波动、电源波动的影响。d适合于测量要求不高的场合。二、编写被动检测系统的作用距离计算程序。1、源程序：%被动检测系统的作用距离计算程序%Ie,c和T0都是波长的函数%大气透过率T1 (T1是作用距离的函数)%光学系统透过率T0%接收光学系统入射孔径面积Ae%被测目标的光谱辐射强度Ie%输出信噪比SNR%检测器的归一化检测度D%检测器的面积Ad%系统频带宽度f%经大气传输后到达接收光学系统表面的光谱照度Ee% Ee= Ie*T1/(L*L)%入射到检测器上的光谱功率P% Pe= Ee* Ad*T0%波段检测器的输出信号电压V%R=V*( D)/( A*f)(1/2)% Ie、T0、T1和R都是近似值%Vs= Pe* Rd%检测器的输出信噪比SNR%SNR=V/V%所有数据均采用国际单位制%（1）被测目标的光谱辐射强度Ie和大气透过率T1变化：Ie=12.5,25,50,100,200,600,800,1000;T1=0.5,0.6,0.7,0.8,0.85,0.9,0.95,1;T0=0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85;A0=100,100,100,100,100,100,100,100*(10(-4);D=64,64,64,64,64,64,64,64*(108);As=120,120,120,120,120,120,120,120*(10(-6);f=3,3,3,3,3,3,3,3*(106);SNR=10,10,10,10,10,10,10,10;for i=1:8; L(i)=(Ie(i)*T1(i)*T0(i)*A0(i)*D(i)/(As(i)*f(i)(1/2)*SNR(i);end L1=Lsubplot(2,2,1);plot3(Ie,T1,L1)title(1)目标辐射特性及大气透过率对作用距离的影响)xlabel(被测目标的光谱辐射强度Ie)ylabel(大气透过率T1)zlabel(作用距离L1)%（2）光学系统透过T0接收光学系统入射孔径面积As变化：Ie=800,800,800,800,800,800,800,800;T1=0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9;T0=0.5,0.6,0.7,0.75,0.8,0.85,0.9,0.95;A0=15.9,20,28.26,40,50.24,60,100,200.96*(10(-4);D=64,64,64,64,64,64,64,64*(108);As=120,120,120,120,120,120,120,120*(10(-6);f=3,3,3,3,3,3,3,3*(106);SNR=10,10,10,10,10,10,10,10;for i=1:8; L(i)=(Ie(i)*T1(i)*T0(i)*A0(i)*D(i)/(As(i)*f(i)(1/2)*SNR(i);end L2=L subplot(2,2,2);plot3(Ie,T1,L2)title(2)光学系统透过率T1和接收光学系统入射孔径面积A0对作用距离的影响)xlabel(光学系统透过率T0)ylabel(接收光学系统入射孔径面积A0)zlabel(作用距离L2)%（3）检测器的归一化检测度D和检测器的面积Ad变化Ie=800,800,800,800,800,800,800,800;T1=0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9;T0=0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85;A0=100,100,100,100,100,100,100,100*(10(-4);D=4000,2000,1100,900,700,100,64,30*(108);As=30.72,40,50,58.08,70,100,120,140*10(-6);f=3,3,3,3,3,3,3,3*(106);SNR=10,10,10,10,10,10,10,10;for i=1:8; L(i)=(Ie(i)*T1(i)*T0(i)*A0(i)*D(i)/(As(i)*f(i)(1/2)*SNR(i);end L3=Lsubplot(2,2,3);plot3(Ie,T1,L3)title(3)检测器的归一化检测度D和检测器的面积As对作用距离的影响)xlabel(检测器的归一化检测度D)ylabel(检测器的面积As)zlabel(作用距离L3)%（4）输出信噪比SNR和系统频带宽度f变化：Ie=800,800,800,800,800,800,800,800;T1=0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9;T0=0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85,0.85;A0=100,100,100,100,100,100,100,100*(10(-4);D=64,64,64,64,64,64,64,64*(108);As=120,120,120,120,120,120,120,120*(10(-6);f=0.01,0.5,1,3,50,100,500,1000*(106);SNR=1,4,10,16,18,20,24,30;for i=1:8; L(i)=(Ie(i)*T1(i)*T0(i)*A0(i)*D(i)/(As(i)*f(i)(1/2)*SNR(i);end L4=L subplot(2,2,4);plot3(Ie,T1,L4)title(4)输出信噪比SNR和系统频带宽度f对作用距离的影响)xlabel(输出信噪比SNR)ylabel(系统频带宽度f)zlabel(作用距离L4)2、输入32组参数进行计算的结果：（1）被测目标的光谱辐射强度Ie大气透过率Te变化：L1 = 1.0e+008 * 0.0179 0.0430 0.1003 0.2294 0.4874 1.5483 2.1790 2.8671（2）光学系统透过率T0和接收光学系统入射孔径面积A0变化：L2 = 1.0e+008 * 0.1931 0.2914 0.4804 0.7286 0.9761 1.2386 2.1858 4.6365（3）检测器的归一化检测度D和检测器的面积Ad变化L 3= 1.0e+010 * 2.5500 1.1174 0.5497 0.4173 0.2956 0.0353 0.0206 0.0090（4）输出信噪比SNR和系统频带宽度f变化：L4 = 1.0e+010 * 3.5755 0.1264 0.0358 0.0129 0.0028 0.0018 0.0007 0.00043、进行计算结果分析：（L=（I）（A）（D/）K/（V/V）（1）图（1）表明作用距离随被测目标的光谱辐射强度Ie和大气透过率T1变化。在强辐射目标条件下,探测距离很大，且红外辐射的大气透过率是随距离迅速变化的函数。大气透过率小时，它对作用距离的影响占主导作用。两者的共同作用对作用距离产生影响。（2）图（2）表明光学系统透过率T0和接收光学系统入射孔径面积A0对作用距离的影响，即光学系统的特性参数和尺寸会影响作用距离。光学系统的透过率一般在0.6左右，好的可达到0.8以上。接收光学系统入射孔径的大小对作用距离的影响很大，孔径越大，作用距离也会增大，但是它会增大整个器件的体积和重量，所以在具体设计时，接收光学系统入射孔径会受到限制。在一定的范围内，孔径变化不会太大，作用距离主要受光学系统透过率的影响。（3）图（3）表明检测器的归一化检测度D和检测器的面积Ad对作用距离的影响。由于仪器体积和重量的限制，检测器的面积一般很小，所以对作用距离影响的因素主要是检测器的归一化检测度，它是检测器检测性能的重要指标，直接影响作用距离。（4）图（4）表明输出信噪比SNR和系统频带宽度f