监测监控系统及传感器技术概述

监测监控系统及传感器技术监测监控系统及传感器技术概述第1页内容提要一、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监测监控系统及传感器技术概述第2页安全监测监控系统组成及其发展

一监测监控系统及传感器技术概述第3页（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测控系统基本概念“测”：即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等。“控”：即依据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等

监测监控系统及传感器技术概述第4页

在人们日常工作和生活中，人体实际上就是一个“监测监控系统”。人经过五官（传感器）感受外界信息，经过神经（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）动作。所以“安全监测监控系统就是煤矿”安全生产哨兵！

生产调度则是生产活动中枢。一、安全监测监控系统作用组成及其作用监测监控系统及传感器技术概述第5页

煤矿安全生产监测控系统层次上普通是分为两级或三级管理计算机集散系统（DCS:DistributingCenterSystem），普通包含测控分站级和中心站级（见图1）。图1监测监控系统组成

一、安全监测监控系统组成及其作用监测监控系统及传感器技术概述第6页

安全监测监控系统是当前当代化工矿企业生产和管理有效工具。对于煤矿生产，矿井安全监测监控系统是煤矿高产、高效、安全生产主要确保。安全监测监控系统是一个自动采集资料、处理资料并进行控制系统,含有及时、准确、连续、可靠优点,对保障矿井安全,提升矿井“一通三防”管理水平,增强矿井抗灾能力等方面含有非常主要作用。安全监测监控系统作用一、安全监测监控系统组成及其作用监测监控系统及传感器技术概述第7页

（一）安全监测监控作用

煤炭高产、高效、安全生产主要确保。环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康情况等监控系统，提升了生产率和设备利用率，增强了矿山安全.

世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产并推广使用了环境安全、轨道运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康情况等监控系统，提升了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。监测监控系统及传感器技术概述第8页

（1）矿井监控系统是一个自动采集数据，处理数据并进行控制系统。通风安全监控设备在煤矿安全生产中发挥着越来越主要作用。为深入加强通风安全监控设备装备、使用和管理，保障煤矿安全生产，《煤矿安全规程》将安全监控单列出来。

（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第9页（2）矿井监控系统推广使用实现了甲烷超限断电、停风断电、通风系统监控、煤与瓦斯突出预报、火灾检测与预报、水灾监测与预报、矿山压力监测与预报等，从而降低了瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板等灾害与事故发生，保障了煤矿安全生产和矿工生命安全。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第10页

（3）矿井监控系统推广应用，实现了轨道运输、胶带运输、采区变电所、水泵房等地面远动控制，从而大大降低了井下作业人员。因为井下作业人员降低，发生重大恶性事故概率也大大降低。将井下操作由地面远动操作，所以改进了作业环境，从而吸引一些业务素质高人从事这些远动操作工作，进而降低了误操作及违章作业概率。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第11页（4）煤矿井下是一个特殊工作环境:

有瓦斯（主要成份是甲烷）等易燃气体;

有硫化氢等腐蚀性气体;

有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大;

电磁干扰严重、电网电压波动大、工作场所分散且距离远，所以矿井系统监控不一样于普通工业监控系统。

（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第12页（5）电气防爆。普通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煤矿井下。所以，矿井监控系统设备必须是防爆型电气设备。传输距离远。普通工业监控对系统传输距离要求不高，而矿井监控系统传输距离要求更高。网络结构宜采取树形结构。监控对象改变迟缓。电网电压波动大，电磁干扰严重。工作环境恶劣。检测设备采取远程供电。不宜采取中继器。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第13页（6）轨道运输监控系统主要用来监测信号机状态、电动转撤机状态、机车位置、机车编号、运行方向、运行速度、车皮数、空（实）车皮书等，并实现信号机、电动辙机闭锁控制、地面远程速度与控制等。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第14页

（7）胶带运输监控主要用来监测皮带速度、轴温烟雾、堆煤、横向撕裂、跑偏、打滑、电动机运输状态、煤仓煤位等，并实现顺煤流开启，逆煤流停顿闭锁控制和安全保护、地面远程速度与控制、皮带火灾监测与控制等。提升运输监控系统主要用来监测罐笼位置、速度、安全门状态、摇台状态、阻车器状态等，并实现推车、提升闭锁控制等。

（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第15页

（8）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、电网绝缘状态等，并实现漏电保护、馈电开关闭锁控制、地面远程控制等。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、压力等，并实现阀门开关、水泵开停控制、地面远程控制等。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第16页（9）环境监测主要监测一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、温度、压差、烟雾等，并经过风门、风窗控制，实现均压灭火控制、制氮与注氮控制、地音、顶板位置、位移速度、位移加速度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压力预报等。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第17页

（10）矿山压力监测系统主要用来监测地音、顶板位置、位移速度、位移加速度、红外发射、电磁发射等，并实现矿山压力预报。大型机电设备健康情况监控系统主要用来监测机械振动、油质量污染等，并实现故障诊疗。（一）安全监测监控作用监测监控系统及传感器技术概述第18页（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，起源于对矿井瓦斯进行检测安全需求。最早见诸于学会汇报瓦斯爆炸事故是发生于1675年英国北威尔士欣煤矿一次瓦斯爆炸。

第一次伤亡超出百人瓦斯爆炸事故发生于1825年英国奈尔生多煤矿，死亡102人。

第一个伤亡超出千人瓦斯爆炸事故发生于19法国傅立叶煤矿，死亡1099人。监测监控系统及传感器技术概述第19页（三）

瓦斯检测技术发展过程

正是基于煤矿瓦斯爆炸事故危害巨大，瓦斯监测仪器就伴伴随对瓦斯安全问题研究而出现。（二）、安全监测监控系统技术发展历程最早应用仪器来检测矿井瓦斯浓度国家是英国，在18创造了第一项监测瓦斯仪器—安全灯，它是利用火焰高度来测量瓦斯浓度。监测监控系统及传感器技术概述第20页光学瓦斯检定器是1925年在日本创造一个检测瓦斯技术，当今世界上占主要地位是催化型瓦斯监测仪器。（二）安全监测监控系统技术发展历程1960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主要方向。1973年，由重庆煤矿安全仪器厂等5家单位协作，研制AYJ-1型瓦斯遥测仪，其后又研制出了ABD—1型瓦斯断电报警仪、AQD—1型采煤机瓦斯断电控制仪等。监测监控系统及传感器技术概述第21页1980年代，伴随引进消化并深入实现“国产化”，创造了一系列适合我国煤矿条件监控系统。

1990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。

（二）、安全监测监控系统技术发展历程后，我国对全部煤矿用KJ系列煤矿安全监测监控系统进行升级，投运到煤矿井下为KJ…N，或KJ…NA型号。监测监控系统及传感器技术概述第22页矿区当代化安全监测检测系统监测监控系统及传感器技术概述第23页

依据安全监测监控系统组成，其主要技术指标，主要是以组成系统各个子系统技术指标为特征。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

测控分站容量：是输入、输出量个数及类型。

接配传感器：是指所接配传感器种类等。

检测精度：是反应分站性能优劣主要指标之一，普通用满量程相对误差来表示。监测监控系统及传感器技术概述第24页一、安全监测监控系统组成及其作用测控分站分辨率

：反应分站对微小模入量改变敏感程度

。

转换时间：指A/D一次转换所需时间，其倒数称为转换率

。

传输距离

：是传感器宇分站间信号传输最远距离

。监测监控系统及传感器技术概述第25页一、安全监测监控系统组成及其作用中心站主机型号及配置

：CPU型号，内存容量，硬盘容量等

。

容量

：即系统可带分站数量

。

信息传输方式

：即时分制还是频分制，是频带传输还是基带传输方式

。监测监控系统及传感器技术概述第26页一、安全监测监控系统组成及其作用国内安全监测监控系统发展趋势总结我国最近煤矿安全监测监控系统技术发展概况，主要表现在以下5个方面：（1）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。

（3）应用软件丰富，系统功效增强。

（4）矿井专业化安全监测系统不停涌现。

（5）重视、加强传感器开发研究。

监测监控系统及传感器技术概述第27页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

（1）紧密结合我国煤矿安全生产国情。我国是一个煤矿灾害事故严重，尤其是瓦斯爆炸事故频发产煤大国。

（2）重视专业化或教授系统开发。开发安全监控技术应尤其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作用。监测监控系统及传感器技术概述第28页安全监测监控系统发展方向

（3）继续深入强化传感器技术研究。应重视以下方面：a、关注国内外传感器发展热点，借鉴传感器新技术，开发适合用于煤矿安全传感器。b、处理煤矿安全传感器稳定性、可靠性，提升传感器制作质量，在很大程度上依赖制作工艺。c、应高度重视传感器功效材料研究。当今世界各国已把纳米技术纳入了自己关键技术中。

监测监控系统及传感器技术概述第29页结果：系统概述与关键功效监测监控系统及传感器技术概述第30页31系统概述与关键功效监测监控系统及传感器技术概述第31页32系统概述与关键功效经过基于蒙特卡罗方法瓦斯数据分析预测模型，不但能够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分布和流动状态，预测出矿井可能瓦斯浓度超限巷道和区域。从而极大地提升了矿井安全生产预警能力和事故防范能力。同时还能够对这些数据进行预测分析，能够求得矿井近期历史瓦斯涌出量统计与分析、瓦斯浓度统计分析、瓦斯流量情况以及对瓦斯流量预测等波动规律，判断瓦斯测定当前值所反应矿井瓦斯安全水平，显著提升对矿井瓦斯异常判断和应对能力。高效通风网络分析伎俩通风网络图生成和编辑开放可扩展软件架构专业性可视化平台图形间、图与数据间联动基于各种数学方法通风瓦斯数据分析模型三维立体图展现形式以安全分区为理论基础分析模式各种瓦斯实时监控与预警方式蒙特卡罗分析预测模型集成各种常见监控系统数据监测监控系统及传感器技术概述第32页33系统概述与关键功效监测监控系统及传感器技术概述第33页34体系架构与功效详述实时显示巷道浓度、流量、涌出量及测点浓度、移动平均线改变情况按照浓度、涌出量、超限次数和波动程度进行排行分析利用大量各类型图表，动态展示系统实时解算数据，方便监控人员更加快速发觉系统出现异常问题。瓦斯数据图表监测监控系统及传感器技术概述第34页35体系架构与功效详述分析某时间段后巷道瓦斯浓度到达各安全等级可能性分析某时间段后巷道瓦斯浓度主要改变区间以大量基础数据作为分析依据，提供对瓦斯浓度趋势分析，为及时有效采取防灾避灾办法提供预警。瓦斯态势分析监测监控系统及传感器技术概述第35页3636体系架构与功效详述巡检管理巡检统计依据矿井排班设计对各个班次巡检情况进行登记，方便于结合监控及分析数据综合处理。监测监控系统及传感器技术概述第36页37综合应用—异常排查发觉异常目标：查看巷道瓦斯浓度改变历史趋势工具：巷道浓度图瓦斯浓度异常检测发觉巷道浓度异常进行告警目：对巷道上下游进行分析工具：上下游区域分析目标：分析风量调整造成影响工具：巷道灵敏度分析、风流成份分析、瓦斯流分析目标：调整巷道风量，得到新通风方案工具：风网解算对新方案进行确认监测监控系统及传感器技术概述第37页大数据、云计算与监测监控系统大数据(BigData),定义是指那些数据量尤其大、数据类别尤其复杂数据集,这种数据集无法用传统数据库进行存放,管理和处理。简言之，与对象相关全部数据。

云计算(cloudcomputing)是基于互联网相关服务增加、使用和交付模式,通常包括经过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化资源。监测监控系统及传感器技术概述第38页大数据、云计算与监测监控系统安全监测监控系统，日积月累，统计海量相关安全环境状态参数数据。与矿井计算机管理系统网络链接其它业务数据。对于海量数据挖掘，源于职能管理部门需求，尤其是安全生产方面要求。各类安全生产状态预测和防控模型以及结果验证。安全管理层面，各类安全指标考评。监测监控系统及传感器技术概述第39页矿用环境监测主要传感器二监测监控系统及传感器技术概述第40页二、矿用环境监测主要传感器（一）传感器定义、分类及组成结构

按照国家标准GB766687，把“能够把特定被测量信息（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器件或装置称为传感器（Transducer或Sensor）。”传感器是生物体感官工程模拟物；反过来，生物体感官则能够看作是天然传感器。

所谓“可用输出信号”，是指便于传输、便于处理信号。所以，也能够把传感器狭义定义为：能把外界非电量信息转换成电信号输出器件或装置。

监测监控系统及传感器技术概述第41页二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第42页二、矿用环境监测主要传感器传感器组成:传感器普通是由敏感元件、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。辅助电源监测监控系统及传感器技术概述第43页二、矿用环境监测主要传感器（二）传感器静态技术特征1.线性度（非线性误差）

监测监控系统及传感器技术概述第44页二、矿用环境监测主要传感器2.灵敏度：到达稳定工作状态时，输出改变量△Y与引发此改变输入改变量△X之比。3.精度：传感器精度是指测量结果可靠度。指传感器在要求条件下允许最大绝对误差相对于传感器满量程输出百分数。监测监控系统及传感器技术概述第45页二、矿用环境监测主要传感器4.最小检测量和分辨率

最小检测量是指传感器能确切反应被测量最低极限量。最小检测量越小，表示传感器检测微量能力越高。

因为传感器最小检测量M易受噪声影响，所以普通用相当于噪声电平若干倍被测量为最小检测量，用公式表示为监测监控系统及传感器技术概述第46页二、矿用环境监测主要传感器5.迟滞

迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校按时，在同一校准中对应同一输入量正行程和反行程其输出值间最大偏差。如图所表示。其数值用最大偏差或最大偏差二分之一与满量程输出百分比表示。或式中，ΔHmax——输出值在正反行程间最大偏差；δH

——表示传感器迟滞。监测监控系统及传感器技术概述第47页二、矿用环境监测主要传感器（三）几个主要传感器介绍1.瓦斯传感器热催化元件：仅有一个纯铂丝螺旋圈，结构简单，制造轻易。最大优点是抗中毒能力强。铂丝工作温度普通为900～1000℃，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。

载体热催化元件是当前使用最广泛一个催化元件，当前国内外生产使用低浓度甲烷传感器几乎都是采取载体热催化元件。监测监控系统及传感器技术概述第48页二、矿用环境监测主要传感器铂丝线圈作用：首先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热量检测出来。载体普通是三氧化二铝(Al2O3)，其作用是提供较大反应接触面积、固定铂丝几何形状、附载催化剂、传导热量给铂丝催化剂作用是使氧化反应速度加紧，催化剂对于元件灵敏度、稳定性、功耗和寿命等都起决定性影响。惯用催化剂有钯(Pd)、铂(Pt)、钍(Th)等。元件配方及工艺较复杂，各厂家均不相同。监测监控系统及传感器技术概述第49页主要有黑（热催化元件）和白（赔偿元件）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经过气室内。由固定电阻R1和R2组成电桥另外两个桥臂，用电阻温度系数小电阻，以提升电桥在高温时稳定性。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，赔偿黑白元件热学性质差异元件，以改进电桥零点飘移。二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第50页二、矿用环境监测主要传感器

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，在一定浓度范围内，定量甲烷燃烧放出定量热，生成二氧化碳和水。甲烷在空气中燃烧反应式以下：释放出热量Q使元件温度上升，造成铂丝阻值改变。铂丝电阻在0～630.74℃范围内与甲烷可燃气体浓度成正比。监测监控系统及传感器技术概述第51页二、矿用环境监测主要传感器当前国内外利用载体热催化原理元件生产可燃气体检测报警便携仪厂家和型号较多，但它们检测原理和结构基本一样这类仪器特点是体积小，结构简单，功耗低、性能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，催化性能逐步降低，使仪器灵敏度降低。监测监控系统及传感器技术概述第52页二、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

监测监控系统及传感器技术概述第53页二、矿用环境监测主要传感器载体热催化元件特征元件活性，元件活性是指元件对甲烷氧化燃烧速率稳定性，元件在新鲜空气与一定浓度甲烷环境中，在要求连续工作时间里活性下降率工作点和工作区间，元件工作点是指元件标准工作电压和电流值监测监控系统及传感器技术概述第54页二、矿用环境监测主要传感器输出特征是指在不一样甲烷浓度下，元件活性与甲烷浓度关系载体热催化元件输出特征

监测监控系统及传感器技术概述第55页二、矿用环境监测主要传感器元件中毒特征。载体热催化元件催化剂钯(Pd)、铂(Pt)、钍(Th)等与硫(S)、磷(P)、铅(Pb)、氯(Cl)、硅(Si)等化合物作用，使其催化活性逐步降低，称为催化剂中毒载体催化元件激活特征，经过一段时间工作元件，碰到较高浓度甲烷气体(>5.5%～6%)数分钟后，元件活性升高，高浓度甲烷气体消失后，元件在几十小时内活性又逐步下降到原来值附近。监测监控系统及传感器技术概述第56页二、矿用环境监测主要传感器载体热催化型仪器反应速度，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高浓度甲烷气体影响，载体热催化元件适应检测爆炸下限以下浓度范围可燃气体；如甲烷浓度0%～4%)浓度范围。当元件接触高浓度可燃气体时，可能会出现两种不一样情况。监测监控系统及传感器技术概述第57页二、矿用环境监测主要传感器光学瓦斯检定器1925年，日本创造；采取光干涉原理制成；测量范围：0~10%；0~50%等不一样浓度档位；光学甲烷检定器使用步骤：检验吸收管内干燥剂，检验仪器气密性，检验干涉条纹是否清楚，调零，测定。监测监控系统及传感器技术概述第58页二、矿用环境监测主要传感器2.温度传感器（1）温度检测方法原理介绍热电偶法；热电阻法；半导体热敏电阻法；红外辐射法。监测监控系统及传感器技术概述第59页二、矿用环境监测主要传感器（2）热电阻温度计热电阻是利用金属等材料电阻率随温度升高而改变原理进行测温。采取金属材料作温度敏感元件称热电阻，利用半导体材料制成温度敏感元件称为热敏电阻。监测监控系统及传感器技术概述第60页二、矿用环境监测主要传感器热电阻

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基准器。国家标准实用温标要求，在-259.34～630.74℃温度范围内以铂电阻作为标准仪器半导体热敏电阻

半导体热敏元件，电阻温度系数比较大，其绝对值比热电阻大10～100倍，主要原因是半导体中载流子比原子数目要小几千到几万倍。相邻自由电子间距是原子间距几十倍，使得自由电子运动象气体分子热运动一样监测监控系统及传感器技术概述第61页二、矿用环境监测主要传感器普通半导体热敏电阻含有负温度系数，也就是温度升高，电阻值是减小，如图所表示热敏电阻和铜电阻比较图

监测监控系统及传感器技术概述第62页二、矿用环境监测主要传感器热电阻温度计原理图其基本原理是热量改变引发电阻阻值改变，测量电桥输出差值信号，差值信号大小反应了待测温度大小。经过对温度值与输出值大小之间关系标定，即可测得温度大小。监测监控系统及传感器技术概述第63页二、矿用环境监测主要传感器使用热电阻测温，应注意因引线较长带来误差，常采取方法如图所表示，测温电阻和三根导线同时接到测温点，因引线L2和L3分别在两个相对应电桥臂上，从而能够抵消环境影响。故使用这种方法能够使用较长测量导线进行测温，这种消除误差方法通常称为“三线法”三线法消除误差

监测监控系统及传感器技术概述第64页二、矿用环境监测主要传感器半导体PN结测温传感器利用半导体材料制成PN结型温度传感器称为半导体温度传感器。它感温部分是利用二极管或晶体管PN结正向电压相对于温度关系特征。监测监控系统及传感器技术概述第65页二、矿用环境监测主要传感器在实际应用中，利用两个晶体管基极，如图所表示。利用晶体管特征和外接电路条件能取得很好线性关系。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PN结测温原理图

监测监控系统及传感器技术概述第66页二、矿用环境监测主要传感器红外测温仪任何物体只要温度高于绝对零度，就会不停产生红外辐射，温度越高，辐射功率越大。只要知道物体温度T和比辐射率ε，就能计算出它所发射辐射功率P；若知道物体所发射辐射功率，则可求出它温度。即σ—斯忒藩—波尔兹曼常数，σ=5.6697×10-12，W/cm2K4；ε—比辐射率，绝对黑体ε=1.0，非绝对黑体0＜ε＜1.0；T—物体热力学温度，K。监测监控系统及传感器技术概述第67页二、矿用环境监测主要传感器红外测温用检测元件有热敏和光敏电阻两种，它是一个非接确式测温仪表，其原理如图所表示。监测监控系统及传感器技术概述第68页二、矿用环境监测主要传感器图中Rb是红外敏感元件，接收红外辐射能；Rc是赔偿元件，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，经处理和转换步骤，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强弱由红外辐射能量决定，而接收红外能量多少与被测点温度高低相关，仪器显示数据就直接反应被测点温度值及其改变状态。监测监控系统及传感器技术概述第69页二、矿用环境监测主要传感器红外测温含有测量灵敏度高、反应速度快、测温范围广、属于非接触式测温、不影响被测介质温度场分布优点，是发展测量技术、遥感技术及空间科学主要伎俩。在矿井火灾监测与预报、设备温升测量等方面，含有很好应用前景监测监控系统及传感器技术概述第70页二、矿用环境监测主要传感器（3）超声波旋涡风速传感器传感器是应用卡曼涡街理论来实现风速检测。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非流线型阻挡体（旋涡发生体），在雷诺数为200～50000范围内，阻挡体下游将产生内旋、相互交替旋涡列,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：监测监控系统及传感器技术概述第71页二、矿用环境监测主要传感器超声波涡街风速传感器与其它风速传感器相比，含有以下显著优点：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；响应快速，而且能区分风向。监测监控系统及传感器技术概述第72页二、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

监测监控系统及传感器技术概述第73页二、矿用环境监测主要传感器上图是CO传感器电化学池结构及工作原理示意图。其内是一个装有三个电极电池，W为工作极，C为对极，R为提供恒定电位。该电池在恒定电位器产生0.9～1.1V恒定电位作用下，在恒电位电池场中，通入CO气体并扩散至工作极时，CO气体发生氧化反应生成CO2；气体中氧扩散到对极C处，发生还原反应。监测监控系统及传感器技术概述第74页二、矿用环境监测主要传感器空气中CO经过扩散方式，进入电化学池，在其中发生电解反应，经过检测电流，进而得到CO浓度。这类仪器或传感器抗干扰性差，除CH4和CO2基本不参加反应，而NO2、H2、SO2、C2H4、H2S均参加反应，所以，使用时应在其前端加过滤剂，方便对干扰气体加以吸收，提升检测精度。监测监控系统及传感器技术概述第75页二、矿用环境监测主要传感器一氧化碳和硫化氢检测报警器一氧化碳隔爆传感器，由探头和前置放大器组成，探头是电化学极谱电池。前置放大器电路上基准电压发生器经过缓冲放大器，给工作电极（测量电极）提供基准电势。基准电势使探头工作电极相对于参比电极有一个适当电电势，一氧化碳气体经过隔爆片及探头表面塑料薄膜，以扩散方式进入探头发生氧化反应时，工作电极释放电子，参比电极取得电子，形成了与一氧化碳浓度成正比电流（微安级）信号，该信号经过放大后经过屏蔽电缆传送到控制单元输入放大器。其工作原理以下列图。监测监控系统及传感器技术概述第76页二、矿用环境监测主要传感器工作原理框图监测监控系统及传感器技术概述第77页二、矿用环境监测主要传感器实例：MSA－580系列硫化氢检测报警器

MSA－580系列硫化氢气体连续检测系统可连续检测工作场所空气中硫化氢气体在0～150mg/m3范围内浓度，并将信号远传输到控制室或值班室。当空气中硫化氢浓度到达15mg/m3时发出预报警，到达20mg/m3时发出报警信号（设定点用户可自行调整）。信号传输距离可达1.5km。每台仪表可容纳1～5个单元，可同时监测5个点空气中硫化氢气体浓度，其精度为±5％FS，响应时间小于60S，传感寿命12个月。监测监控系统及传感器技术概述第78页二、矿用环境监测主要传感器（5）风门开关状态传感器监测监控系统及传感器技术概述第79页工作原理:KGE12系列风门传感器是一个磁性驱动靠近开关，它将触发磁铁装在风门上，而把开关组件安装在对应门框上。当风门关闭时，触发磁钢紧靠开关组件，由磁力产生磁场使开关组件维持闭合（或断开）状态，这时由舌簧开关输出一闭合（或断开）信号给监测系统分站或向地面传输信号载波设备，经数据线在地面中心站或模拟盘显示风门“关”状态。当风门打开时，触发磁钢离开了舌簧开关，开关组件即输出一断开（或闭合）信号给监测系统让或向地面传输信号载波设备，经数据线在地面中心站模拟盘或矿井监控系统显示风门“开”状态。二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第80页产品性能:防爆型式：矿用本质安全型。防爆标志：ExibI（150℃）使用环境温度：-5℃～+40℃；输入电源：DC10～24V；动作距离：大于30mm，小于70mm防护等级：IP54；信号输出型式：Ⅰ型：一组转换接点，Ⅱ型：恒流-5mA/+5mA，Ⅲ型：恒流0/5mA。输出信号传输距离：≤2Km；外型尺寸mm：开关组件：138×52×31；触发磁钢：138×52×31；触发磁钢材质：氧化物磁钢；触发磁钢特点：抗老化、抗杂散磁场、全密封；开关组件及触发磁钢两侧各有二安装孔，用来准确调整开关组件和触发磁钢距离。二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第81页（6）机电设备开停状态传感器

矿用机电设备开停传感器主要用于监测煤矿井下各种机电设备（如采煤机、运输机、提升机、粉碎机、局站、泵站、风机等）开停状态，并把检测到设备开停信号转换成标准信号传输给矿井监测系统，实现煤矿主要机电设备集中自动监测，随时全方面了解全矿生产，工作情况。

二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第82页

KGT9型开/停传感器系矿用本质安全型设备，利用测定磁场方式，间接测定设备工作状态。该传感器把检测到开/停信号以±5mA恒流或一继电器触点信号形式传输给监测分站。主要技术指标供电电源：本安型15VDC

最大工作电流：30mA

使用环境：温度-20℃-40℃

相对湿度≤95%

输出信号：恒流±5mA继电器触点信号防爆标志：Exib二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第83页KGT9型开/停传感器组成信号输出信号交换

KGT9型开/停传感器由检测线圈，放大，检波，信号变换及信号输出等步骤组成，以下列图所表示。KGT9型开/停传感器组成传感器使用时卡固定在用电设备供电电缆外皮上，检测出电缆内有没有电流经过，即可判别设备开、停状态。普通机电设备系三相供电，利用传感器电感线圈贴近电缆中一相芯线，即可测得微弱磁感应信号，该信号经放大，检波，信号变换及信号输出等步骤，将反应设备开/停信息传给井下监控分站，再由井下监控分站传至地面。检测线圈放大检波信号交换信号输出二、矿用环境监测主要传感器监测监控系统及传感器技术概述第84页二、矿用环境监测主要传感器案例神东企业某矿