安全监测监控系统中传感器的应用问题

1、安全监测监控系统中传感器的应用问题监测监控系统中传感器的应用问题xxx自动化 09020906050xxx摘要对煤矿井下危险源进行实时监测和预警，是煤矿最早关注的项目。众所周知，传感器的性能是煤矿监测监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。如今，与监测监控系统配接的传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。关键词：监测监控系统；甲烷；气体传感器abstractto the coal mine underground hazards for real-time monitoring and earlywarning, is the fir

2、st coal mine on the project. as is known to all, theperformance of the sensor is mine monitoring system can correctly reflect themeasured environment and equipment parameters of the key. nowadays, andmonitoring system adaptor sensor has become mine gas comprehensivemanagement and hazard prediction o

3、f key technology and equipment andmore and more be use the unit and the researchers is paid great attention to.keywords: monitoring and supervision system, methane, gas sensor1综述我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从外国引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出k系列监控系统，在我国煤矿己大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的

4、作用。但由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，均己淘汰或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，己无继续维修维护的必要，系统血临更新改造的机遇。而在这个过程中瓦斯传感器技术成为了发展的瓶颈。2现状阐述目前，对甲烷的检测方法主要有载体催化法、半导体气敏传感器法、吸收型光纤传感器法、电化学法以及红外光谱法。在深入调研（图书馆相关书籍及网络资源）后，笔者结合所选报的研宄生阶段专业，提出传感器在安全监测监控系统中应用存在的以下问题：2.1某些传感器（如瓦斯传感器）的稳定性还不能满足用户的需

5、要传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能正确反映被测环境和设备参数的关键技术和产品。目前国内开发生产的传感器与国外同类产品相比还有很大差距，据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。此外还有抗高浓冲击性能差，抗中毒性能差，载体催化元件制作工艺水低，元件一致性差等问题。2.2现有传感器及执行机构一般采用星形结构与监控分站连接这种结构（除个别系统外），虽然可使用一根多芯电缆既给传感器及执 行机构供电，又传递信号，但由于电缆复用率低，需铺设

6、大量的电缆，导致系统投资大，维护不便。2.3现有传感器及执行机构一般需经监控分站接人系统这样（个别除外），虽然便于监控分站实现就地控制，但当个别传感器 和执行机构距离监控分站较远、距离系统电缆较近时，就显得十分不合理，既不便于系统维护，又增加了系统电缆投资。2.4很难实现传感器及执行机构的电缆多路复用现有传感器输出信号为模拟信号（频率型、电流型和电压型）和开关量信号，采用模拟信号和开关量信号2.5现有传感器的电路均针对某一种传感元件设计仅能实现标校、显示、声光报警等基本功能，不能实现同一电路可以 配接不同传感器（如监测甲烷浓度的元件，监测温度的元件等）的功能，不 便于用户维护。2.6现有传感器

7、不能实现多参数监测若研制多参数传感器，如甲烷和风速二参数传感器，既能测出监测点甲烷浓度，又可测出监测点风速，便于通风调度;一氧化碳和温度二参数传感器，既能测出监测点的一氧化碳浓度，又可测出监测点的温度，便于监测白然发火情况。这样，可以减少传感器的数量，降低设备成本，便于安装与维护。2.7井下信息传输设备物理接口协议不规范井下信息传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步补套和扩充系统功能的关键因素。如icif2000和kj4/kj2000系统，尽管两种系统 均采用fsk技术，以及信息传输波特率均为1200bps或2400bps,但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两

8、种系统的分站不能兼容。3未来传感器发展趋势3.1新材料开发传感器材料是传感器技术的重要基础，是传感器技术升级的重要支撑。 近年来，碳纳米管在半导体甲烷传感器方面也得到了应用.valentini等发现 当碳纳米管壁出现了拓扑缺陷时，氧分子就会发生化学吸附.吸附的氧分 子作为电子供体对碳纳米管进行施主掺杂，其电导型从p型变成n型，而在 释放气体状态下则呈现p型半导体性质.因此，碳纳米管制备的敏感材料 在室温下就可以对甲烷进行检测.lu等将纳米pd沉积在单壁碳纳米管上, 在室温下检测了 6looppm的甲烷，和传统的传感器相比具冇较大优势.微生物传感器是一种间接检测甲烷的方法.它的原理是甲烷氧化菌利

9、用甲烷是一个耗氧的过程,分别采用溶氧电极和气敏氧电极，利用耗氧量 来间接测定甲焼，已报道的用于甲烷传感器的微生物有methylosinus richosporium、methylomonas flagellata,初步进行了水域和稻田甲院含量的 测定。赵春贵等发现了一株能利用甲烷的me16菌株，分析初步鉴定me16 菌株是铜绿假单胞菌，并利用电化学方法初步研宂了 me16固定化细胞体 系中不同含量甲烷对溶氧的响应时间以及溶氧变化与甲烷含量的关系，甲 烷含量在016%呈线性关系，以太钢集团提供的5%标准甲烷气体为样品经多次测量，测定结果与样品含量吻合，重复性好，为矿坑瓦斯气体微生物甲烷传感器的进

10、一步研究奠定了基础。3.2新工艺的采用新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前己越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体淀积(cvd)、外延、扩散、腐蚀、光刻等，迄今己有大量采用上述工艺制成的传感器的国内外报道。3.3集成化、多功能化、智能化传感器集成化包括两种定义，一是同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，排成1维的为线性传感器，ccd图象传感器就属于这种情

11、况。集成化的另一个定义是多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片集成式压力传感器相继出现，有的已经成为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。传感器的多功能化也是其发展方向之一。所谓多功能化的典型实例，美国某大学传感器研究发展屮心研制的单片硅多维力传感器可以同时测 量3个线速度、3个离心加速度(角速度)和3个角加速度。主要元件是由4 个正确设计安装在一个基板上的悬臂梁组成的单片硅结构，9个正确布置在各个悬臂梁上的压阻敏感元件。多功能化不仅可以降低生产成本，减小体积，而且可

12、以有效的提高传感器的稳定性、可靠性等性能指标。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。由上还可以看出，集成化对固态传感器带来了许多新的机会,同时它也是多功能化的基础。传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感技

13、术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具冇多能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点,可以肯定地说，是传感器重要的方向之一。3.4智能材料及生物体材料智能材料是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数，研制出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料。有人认为，具有下述功能的材料可称之为智能材料：具备对环境的判断可自适应功能;具备白诊断功能;具备白修复功能;具备白增强功能（或称时基功能。生物体材料的最突出特点是具有时基功能，因此这种传感器特性是微分型的，它对变分部分比较敏感。反之，长期处于某一环境并习惯了此环 境，则灵敏度下降。一般说来，它能适应环境调节其

14、灵敏度。除了生物体材料外，最引人注冃的智能材料是形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物。智能材料的探索工作刚刚开始，相信不久的将来会有很大的发展。4结论综上所述，在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡人数的50%以上，成为煤矿生产的最大障碍。矿井中瓦斯的主要成分是甲烷，约占83%89%。瓦斯超限就意味着事故，所以及时检测甲烷的产生源、泄露源及浓度，对工矿安全运行、人身安全及环境保护有着十分重要的作用。研制一种低成本、高灵敏度、选择性好，并且小型、低耗、集成的瓦斯传感器，才能够实时、在线的对矿井中瓦斯气体进行监测，有效的控制和减少瓦斯重人事故的发生，确保矿井的正常生产和矿工的生命安全。参考文献1 赵春贵，郑军，温广明，等.一株甲烷利用菌的分离及其在甲烷气体测定中的应用d.微生物学报,2008, 48(