基于金字塔分光镜的高性能可燃气体浓度探测器的研究

作     者：王博强 张义勇 赵学增 王卓刚 齐跃 姜健 WANG Boqiang;ZHANG Yiyong;ZHAO Xuezeng;WANG Zhuogang;QI Yue;JIANG Jian

作者机构：哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150006 中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第S2期

页      码：657-668页

摘      要：非分散红外型(NDIR)可燃气体浓度探测器能够对矿井中泄露的瓦斯气体进行有效的检测。防止在开采过程中出现瓦斯泄露,以保证煤矿的安全生产。为提高NDIR型可燃气体浓度探测器的检测精度、灵敏度和鲁棒性。基于金字塔分光镜矩阵对敏感元件内部光路结构进行了全新设计,采用多频点信号叠加技术对红外光源进行调制,设计了基于有线性调频Z变换(CZT)的4通道可燃气体浓度冗余算法,通过信号的特征频段做频谱细化分析,给出可燃气体浓度检测结果以及检测结果的可信度等级。实验表明,该探测器有效检测的浓度为10%~90%爆炸浓度下限(甲烷爆炸浓度下限为5%),检测结果可信度等级为0.014×10^(-6);探测器对可燃气体的极限测量浓度可达到0.5×10^(-6),检测结果可信度等级为0.01×10^(-6);在探测器光学窗口被遮挡2/3的不利条件下,探测器仍能正常检测,且检测结果可信度仍能达到0.01×10^(-6);在湿度为85%和粉尘质量浓度为100 mg/m3的极端环境下,探测器仍能进行有效检测,且检测结果可信度仍能在0.01×10^(-6)级别。研制的可燃气体浓度探测器将检测灵敏度提高到10^(-6)级别,并能够给出检测结果的可信度等级;设计的光路结构使探测器在高湿、高粉尘极端环境中仍能实现对可燃气体的高精度检测。有效地提高了探测器的检测精度、灵敏度和鲁棒性,使其能够适应煤矿矿井这种恶劣的使用环境。既可以实现对煤矿泄露的极早期检测,也能降低的探测器的维护成本。

主 题 词：瓦斯浓度检测 冗余型探测器 金字塔分光镜矩阵 信号叠加技术 有线性调频Z变换 

学科分类：081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13225/j.cnki.jccs.2022.1552

馆 藏 号：203127426...