基于金字塔分光镜的高性能可燃气体浓度探测器的研究
王博强1
张义勇1
赵学增2
王卓刚3
齐跃3
姜健3
1.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 1500782.哈尔滨工业大学 机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 1500063.中国船舶集团有限公司第七○三研究所,黑龙江 哈尔滨 150078
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.
关键词：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
分类号：TD565.1(矿山运输与设备)
论文发表日期：2023-12-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 657-668 )
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