文档介绍：74
(第 42卷第 1期)
设计
开发
智能光干涉甲烷传感器的设计
于
1
1 1
1 1
2
( 1. 煤炭科学研究总院沈阳研究院, 辽宁大连 116013; 2. 辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺 113001)
摘要: 智能光干涉甲烷传感器具有许多其他传感器无可比拟的优点, 如灵敏度高、响应速度快、
动态范围大、防电磁干扰, 不易中毒, 特别适用于环境恶劣的矿井下, 尤其是含硫化物高的矿井检
测瓦斯。详细介绍了该智能光干涉甲烷传感器的原理、硬件结构、软件流程、以及生产应用中一
些常见问题和解决方法。
关键词: 光干涉; 甲烷; 温度补偿
中图分类号: TD76
文献标志码: B
文章编号: 1003- 496X ( 2011) 01- 0074- 04
瓦斯事故是煤矿安全的主要威胁之一。 CH 4 是
矿井瓦斯的主要成分, 约占 83% ~ 89% , 通常认为
CH 4 就是矿井瓦斯。为了预防瓦斯事故发生, 确保
矿井的生产安全, 实现煤炭工业向机械化和自动化
方向发展, 研制响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力
强的高可靠性甲烷传感器具有及其重要的意义及应
用价值, 而智能光干涉甲烷传感器完全具有这些优
点。
1 基本原理
智能光干涉甲烷传感器是应用光干涉原理, 将
甲烷浓度的变化转化为光程的变化, 从干涉条纹的
位移变化量上测知甲烷浓度。光路原理如图 1所
示。
图 1 光路原理图
光源( LED )发出的光线 A 经过凸透镜后, 照射
到平面镜上。光线在平面镜上的 O 点同时发生反
射(反射光线 A1 )和折射(折射光线 A2 )现象。光线
A 反射形成的光线 A1 经过标准气室, 经过三角棱镜
全反射后形成光线 B2, B 2 经过气样气室以及补偿器
玻璃后照射至平面镜; 光线 A 折射形成的光线 A2
经过气样气室, 并经过三角棱镜的全反射形成光线
B1, B 1 经过补偿器后, 照射至平面镜。 B 1 经平面镜
反射与 B2 经平面镜折射汇聚于 O 点形成返回光线
B。光线在 CDS处形成明暗相间的干涉条纹, 通过
CDS将干涉条纹的变化量转化为电信号传至处理
器。
由于平面镜以及三角棱镜的光学特性的匹配问
题, 使干涉条纹经常出现和希望得到的条纹大相径
庭的情况, 而这种情况发生的几率又很大, 于是需要
多次调换三角棱镜或平面镜来进行再次调试, 这样
不仅加大了工作量, 同时由于多次替换镜片对镜片
的损坏情况也时有发生。而光路补偿器的引进即为
了解决这个问题。这里补偿器起到至关重要的作
用, 光路补偿器是由两片形状完全相同, 光学性质十
分接近的玻璃制成。基于干涉原理, 通过调整两片
玻璃间的微小夹角, 起到调整干涉条纹形状的作用。
2 硬件设计
电路设计本着灵敏可靠, 高稳定性, 高抗干扰能
力, 低功耗, 方便使用、调试的特点进行设计。电路
由稳压电源、CDS、光源、运方、AD、温度芯片、以及
显示、报警、频率输出, 以及串行 232接口等部分组
成如图 2所示。
图 2 电路结构图
洋, 李
鑫, 崔宏明, 左
岩, 李鑫宝, 冉凡立
设计