煤矿瓦斯检测
时间：2020-11-26 12:38:26 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
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
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
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]*(10^8);
As=[120,120,120,120,120,120,120,120]*(10^(-6));
f=[3,3,3,3,3,3,3,3]*(10^6);
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=L
subplot(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]*(10^8);
As=[120,120,120,120,120,120,120,120]*(10^(-6));
f=[3,3,3,3,3,3,3,3]*(10^6);
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]*(10^8);
As=[30.72,40,50,58.08,70,100,120,140]*10^(-6);
f=[3,3,3,3,3,3,3,3]*(10^6);
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=L
subplot(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]*(10^8);
As=[120,120,120,120,120,120,120,120]*(10^(-6));
f=[0.01,0.5,1,3,50,100,500,1000]*(10^6);
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 0.0004
3、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对作用距离的影响。在实际测量中，系统频带宽度比较固定，信噪比一般较大，所以信息处理系统对作用距离的影响是可预见的，它的影响相对来说，比较小。
总之，被动检测系统的作用距离受被测目标的光谱辐射强度Ie，大气透过率T1，光学系统透过率T0，接收光学系统入射孔径面积A0，检测器的归一化检测度D，检测器的面积Ad，输出信噪比SNR和系统频带宽度f八个因素的影响，根据具体情况，主导因素不同。
