论文部分内容阅读
摘 要 主要探讨一种新型的便携式的甲烷检测仪，该检测仪器由于在混合气体的浓度变化方面进行了充分考虑，因此显著提高了检测设备的安全可靠性。结果显示，便携式甲烷检测仪具有防爆性能好、低功耗、高精度、高稳定性、直观性、操作方便等优点。
关键词 便携式；甲烷检测仪；方法
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0178-01
甲烷气体是威胁煤炭安全的主要因素之一。监测矿井环境参数的过程中，对瓦斯含量进行有效的准确监测非常关键。这主要是由于瓦斯爆炸事故所导致的伤亡非常严重，对井下工作人员的危害也最大，是制约矿井安全生产的重要因素之一。瓦斯由诸多的可燃性气体构成，在我国矿井当中，甲烷（CH4）是构成瓦斯非常主要的成分。
检测煤矿矿井中的甲烷含量，同时要及时处理和分析检测数据，借此来保证矿井的安全生产。新型的便携式甲烷检测仪能够有效解决目前便携仪普遍存在的诸多问题，例如，不能够对检测人员跑点不到位、空班漏检、胡乱填写检测数据等乱象进行有效控制，同时，各种检测数据的人工记录、整理容易出错，固定式的甲烷监测仪监测范围有限，并且设备成本较高等诸如此类的问题都迫切需要新型的便携式甲烷检测仪的研发。由于该设备具有成本低但性能优异（例如，防爆性能好、低功耗、高精度、高稳定性、直观性、操作方便等优点），可以在某些资金有限的煤矿企业进行使用和推广。
我们可以这样说，甲烷检测实际上就是进行瓦斯检测。总结起来，能够进行甲烷含量检测的方法和途径不少，例如常见的超声波测量法、红外光谱吸收法、光干涉法、热导法、瓦斯催化元件法以及气敏半导体法等。通常情况下，传统的测量手段一般采用气敏元件来测量电桥，利用测量电压桥的不平衡来检测气体浓度的情况。但是该种手段存在着两点不足：首先，因为电桥存在非线性，非常容易出现测量误差，如果检测系统的敏感元件为气敏半导体，则检测结果具有更大的误差；其次，不同的电桥供电电压均能够显著影响测量精度。正是因为以上两个原因，笔者将创新的设计理念引入到该便携式甲烷检测仪的设计当中，使其能够获得更高精度的测量结果，并可以实现自动检测、检测结构自动显示以及测量结果的线性化。除此之外，便携式甲烷检测仪在进行设计时，充分考虑了功耗问题，因为大量采用低功耗设计方法以及低功耗元器件，因此该检测设备具有重量轻、方便携带、体积小等优点。其中非常关键的一点是，该设备具有存储记忆功能，可以定时存储采样值、掉电保存数据，使用电池供电时也能够获得较长（通常大于8个小时）的使用时间。
1工作原理
安全检测人员根据随甲烷检测仪配备的甲烷检测管理系统制定的工作方案，在指定的时间到达指定的地点进行检测工作。在每次检测甲烷时，用输入/输出接口电路接触地址信息钮，与此同时，在控制电路控制下，矿井气体经过甲烷检测电路测定后，将甲烷浓度值存入存储电路，并存储检测时间和地址信息。如果甲烷浓度超限，则通过声光提示电路发出声光报警。所有检测任务完成后，通过仪器输入/输出接口电路传递信息到甲烷检测管理系统。甲烷检测管理系统可根据实际需要对界面进行设置，方便地设定检测地点、时间、检测人员，实现多个检测仪、多人员、多地点管理。
检测仪收集的数据通过系统生成不可更改、删除的数据库，通过判断这些数据，自动判定安全检测人员的任务完成情况。如果有任何漏检、错检及有关检测参数异常时系统会发出预警信号。能够自动生成用户所需的有关统计报表和曲线，并提供处理参考意见，供安全管理人员参考以便决策。可以记录管理人员对报表的处理意见。可以分析、处理、显示、查询、打印、记录全部检测数据及过程参数。
2硬件构成
本文所提的新型便携式甲烷检测仪由三个部分构成：第一，信息存储、输入、输出接口功能部分，该部分可以利用连续显示数字的方式来显示所测得的甲烷含量，同时也能够利用声光报警设备检测甲烷含量；第二，确定检测位置的不可拆除地址信息按钮；第三，对甲烷检测结果进行管理的软件。
1）信息存储、输入、输出接口电路与时钟电路。存储设备的主要功能是对检测时间、检测地点、检测人员、甲烷浓度等各项参数进行记录和存储，也能够对检测人员是否按时到达检测地点、检测仪器操作是否正常等全部操作过程进行记录，不允许对检测参数进行更改，在最大程度上确保由于人为失误导致的检测结果失真；输入/输出接口电路能够和计算机进行连接，允许信息的双向（输入/输出）流动，同时，该接口可以连接地址信息钮，进而读取相应的检测地址参数；时钟电路主要功能就是记录检测时间。
2）不可拆除地址信息钮是记录检测地点地址的既可写入、又可读取、带有不锈钢外壳的本质安全器件。通过在井下一些需要检测的区域安设定点不可拆除信息钮，可以促使检测人员在规定的时间内按要求去相应的地点进行甲烷检测工作。
3）甲烷检测管理系统，包括计划任务管理（制定检测方案、配发检测任务）、数据处理和汇总、生成任意检测时间段的报表和建议处理措施等模块。
3使用方法
本文所提及的新型便携式甲烷检测仪不允许随意更改或者调整设备的检测地点、检测时间以及检测人员识别码等工作参数，这些参数全部由掌握口令设定权限的专人负责，利用甲烷检测管理系统进行设置。如果需要对现有设备进行相应的更改，则系统会记录和存储全部的操作环节、操作步骤以及原有设置，为确保设备多参数性的可靠性提供了有力的技术支持和保障。
相关管理人员利用甲烷检测管理系统设置和指定每次检测之前的检测任务，管理系统则会根据相应的程序和标准来自动生成检测甲烷任务的派工单；待任务完毕之后，系统则要对任务的执行情况进行核对，保证每次的检测任务均具有较高的准确性和严密性，防止出现模糊性与随意性。
系统制定的相关检测方案需要安全检测人员认真落实和执行，认真完成系统已经下达的在指定时间、指定地点的制定工作任务，该任务点采集的检测数据将自动记录并存储在便携式检测仪的内部。
经过实践验证显示，本文所提及的新型便携式甲烷检测仪器具有防爆性能好、低功耗、高精度、高稳定性、直观性、操作方便等优点。
参考文献
[1]李永春.C8051F005在甲烷传感器中的应用[J].科技情报开发与经济,2007,14.
[2]于春侠,李启瑞.基于μPSD3200的甲烷检测仪的研究与实现[J],工矿自动化,2006,3.
[3]宋元文,孙祖眉.可记忆智能甲烷检测仪的研制和工业试验[J].煤炭科学技术,2006,2.
[4]程勇,王勉華.新型高可靠性甲烷传感器设计[J].仪表技术与传感器,2005,2.
[5]周元华.甲烷传感器的智能化设计[J].机械与电子,2007,9.
关键词 便携式；甲烷检测仪；方法
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)082-0178-01
甲烷气体是威胁煤炭安全的主要因素之一。监测矿井环境参数的过程中，对瓦斯含量进行有效的准确监测非常关键。这主要是由于瓦斯爆炸事故所导致的伤亡非常严重，对井下工作人员的危害也最大，是制约矿井安全生产的重要因素之一。瓦斯由诸多的可燃性气体构成，在我国矿井当中，甲烷（CH4）是构成瓦斯非常主要的成分。
检测煤矿矿井中的甲烷含量，同时要及时处理和分析检测数据，借此来保证矿井的安全生产。新型的便携式甲烷检测仪能够有效解决目前便携仪普遍存在的诸多问题，例如，不能够对检测人员跑点不到位、空班漏检、胡乱填写检测数据等乱象进行有效控制，同时，各种检测数据的人工记录、整理容易出错，固定式的甲烷监测仪监测范围有限，并且设备成本较高等诸如此类的问题都迫切需要新型的便携式甲烷检测仪的研发。由于该设备具有成本低但性能优异（例如，防爆性能好、低功耗、高精度、高稳定性、直观性、操作方便等优点），可以在某些资金有限的煤矿企业进行使用和推广。
我们可以这样说，甲烷检测实际上就是进行瓦斯检测。总结起来，能够进行甲烷含量检测的方法和途径不少，例如常见的超声波测量法、红外光谱吸收法、光干涉法、热导法、瓦斯催化元件法以及气敏半导体法等。通常情况下，传统的测量手段一般采用气敏元件来测量电桥，利用测量电压桥的不平衡来检测气体浓度的情况。但是该种手段存在着两点不足：首先，因为电桥存在非线性，非常容易出现测量误差，如果检测系统的敏感元件为气敏半导体，则检测结果具有更大的误差；其次，不同的电桥供电电压均能够显著影响测量精度。正是因为以上两个原因，笔者将创新的设计理念引入到该便携式甲烷检测仪的设计当中，使其能够获得更高精度的测量结果，并可以实现自动检测、检测结构自动显示以及测量结果的线性化。除此之外，便携式甲烷检测仪在进行设计时，充分考虑了功耗问题，因为大量采用低功耗设计方法以及低功耗元器件，因此该检测设备具有重量轻、方便携带、体积小等优点。其中非常关键的一点是，该设备具有存储记忆功能，可以定时存储采样值、掉电保存数据，使用电池供电时也能够获得较长（通常大于8个小时）的使用时间。
1工作原理
安全检测人员根据随甲烷检测仪配备的甲烷检测管理系统制定的工作方案，在指定的时间到达指定的地点进行检测工作。在每次检测甲烷时，用输入/输出接口电路接触地址信息钮，与此同时，在控制电路控制下，矿井气体经过甲烷检测电路测定后，将甲烷浓度值存入存储电路，并存储检测时间和地址信息。如果甲烷浓度超限，则通过声光提示电路发出声光报警。所有检测任务完成后，通过仪器输入/输出接口电路传递信息到甲烷检测管理系统。甲烷检测管理系统可根据实际需要对界面进行设置，方便地设定检测地点、时间、检测人员，实现多个检测仪、多人员、多地点管理。
检测仪收集的数据通过系统生成不可更改、删除的数据库，通过判断这些数据，自动判定安全检测人员的任务完成情况。如果有任何漏检、错检及有关检测参数异常时系统会发出预警信号。能够自动生成用户所需的有关统计报表和曲线，并提供处理参考意见，供安全管理人员参考以便决策。可以记录管理人员对报表的处理意见。可以分析、处理、显示、查询、打印、记录全部检测数据及过程参数。
2硬件构成
本文所提的新型便携式甲烷检测仪由三个部分构成：第一，信息存储、输入、输出接口功能部分，该部分可以利用连续显示数字的方式来显示所测得的甲烷含量，同时也能够利用声光报警设备检测甲烷含量；第二，确定检测位置的不可拆除地址信息按钮；第三，对甲烷检测结果进行管理的软件。
1）信息存储、输入、输出接口电路与时钟电路。存储设备的主要功能是对检测时间、检测地点、检测人员、甲烷浓度等各项参数进行记录和存储，也能够对检测人员是否按时到达检测地点、检测仪器操作是否正常等全部操作过程进行记录，不允许对检测参数进行更改，在最大程度上确保由于人为失误导致的检测结果失真；输入/输出接口电路能够和计算机进行连接，允许信息的双向（输入/输出）流动，同时，该接口可以连接地址信息钮，进而读取相应的检测地址参数；时钟电路主要功能就是记录检测时间。
2）不可拆除地址信息钮是记录检测地点地址的既可写入、又可读取、带有不锈钢外壳的本质安全器件。通过在井下一些需要检测的区域安设定点不可拆除信息钮，可以促使检测人员在规定的时间内按要求去相应的地点进行甲烷检测工作。
3）甲烷检测管理系统，包括计划任务管理（制定检测方案、配发检测任务）、数据处理和汇总、生成任意检测时间段的报表和建议处理措施等模块。
3使用方法
本文所提及的新型便携式甲烷检测仪不允许随意更改或者调整设备的检测地点、检测时间以及检测人员识别码等工作参数，这些参数全部由掌握口令设定权限的专人负责，利用甲烷检测管理系统进行设置。如果需要对现有设备进行相应的更改，则系统会记录和存储全部的操作环节、操作步骤以及原有设置，为确保设备多参数性的可靠性提供了有力的技术支持和保障。
相关管理人员利用甲烷检测管理系统设置和指定每次检测之前的检测任务，管理系统则会根据相应的程序和标准来自动生成检测甲烷任务的派工单；待任务完毕之后，系统则要对任务的执行情况进行核对，保证每次的检测任务均具有较高的准确性和严密性，防止出现模糊性与随意性。
系统制定的相关检测方案需要安全检测人员认真落实和执行，认真完成系统已经下达的在指定时间、指定地点的制定工作任务，该任务点采集的检测数据将自动记录并存储在便携式检测仪的内部。
经过实践验证显示，本文所提及的新型便携式甲烷检测仪器具有防爆性能好、低功耗、高精度、高稳定性、直观性、操作方便等优点。
参考文献
[1]李永春.C8051F005在甲烷传感器中的应用[J].科技情报开发与经济,2007,14.
[2]于春侠,李启瑞.基于μPSD3200的甲烷检测仪的研究与实现[J],工矿自动化,2006,3.
[3]宋元文,孙祖眉.可记忆智能甲烷检测仪的研制和工业试验[J].煤炭科学技术,2006,2.
[4]程勇,王勉華.新型高可靠性甲烷传感器设计[J].仪表技术与传感器,2005,2.
[5]周元华.甲烷传感器的智能化设计[J].机械与电子,2007,9.