基于光声光谱煤矿瓦斯检测系统的研究及应用

发布时间：2021-11-28 17:57

　　煤矿瓦斯事故是我国煤矿安全生产的头号大敌。我国能源结构呈现富煤少油的特点，且煤矿地质构造复杂，高瓦斯矿井所占比重大，造成了我国煤炭瓦斯事故呈现长期、不可避免、易发而严峻的形势。煤矿瓦斯防治工作是我国安全生产的重中之重。煤矿瓦斯监测及瓦斯事故预测预警是保障我国煤矿安全生产的重要有效手段，也一直是能源领域专家学者研究的重要课题。本文通过对光声光谱气体检测原理的系统研究，深入分析并建立了基于光声光谱的煤矿瓦斯检测系统，提出一种瓦斯爆炸预报警的新思路，并对其进行了实验验证。主要研究内容如下：通过对光声光谱气体检测原理深入系统的研究，分析光声光谱检测煤矿瓦斯浓度的可行性。针对煤矿瓦斯成分的特点，利用HITRAN和HITEMP数据库，通过对甲烷以及矿井环境气体中水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮等吸收谱线的比较分析，选择1653.79nm吸收谱线进行甲烷的光声信号探测。通过对光声信号产生机理和光声腔内声场分布深入的研究，论证了光声信号与光声腔结构及其工作模式的内在联系，指出光声信号与一阶纵向圆柱形谐振式光声腔结构尺寸间的关系，为设计新型光声腔提供了理论依据。在充分考虑... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 煤矿瓦斯事故的严重性
        1.1.2 煤矿瓦斯事故的广泛性
        1.1.3 课题研究意义
    1.2 煤矿瓦斯监测技术及研究现状
        1.2.1 煤矿瓦斯检测技术
        1.2.2 煤矿瓦斯预测预警技术的研究现状
    1.3 光声光谱甲烷检测技术的发展及研究现状
    1.4 课题研究的主要内容
第2章 光声光谱气体检测系统基本理论
    2.1 引言
    2.2 气体光声光谱检测技术理论
        2.2.1 光的吸收
        2.2.2 理想条件下声的激发
        2.2.3 实际光声腔的内部损耗机制分析
    2.3 波长调制与二次谐波检测技术
        2.3.1 波长调制技术
        2.3.2 谐波检测原理
    2.4 本章小结
第3章 新型光声腔设计
    3.1 引言
    3.2 非谐振式光声腔
    3.3 谐振式光声腔
        3.3.1 谐振式光声腔的基本结构
        3.3.2 标准圆柱形光声腔
        3.3.3 谐振式光声腔提高光声信号的方法
    3.4 声波传播的理论分析
        3.4.1 声速的计算
        3.4.2 声波在两根不同截面的管中传播
        3.4.3 声波在末端封闭的管中传播
    3.5 光声腔设计
        3.5.1 光声腔设计原则
        3.5.2 光声腔的参数分析
        3.5.3 长度可调 T 形一阶纵向反馈谐振式光声腔
    3.6 本章小结
第4章 光声光谱甲烷检测系统建立及实验分析
    4.1 引言
    4.2 甲烷分子吸收谱线分析
        4.2.1 HITRAN 数据库
        4.2.2 甲烷吸收谱线分析
        4.2.3 矿井其他气体吸收谱线及对甲烷影响分析
    4.3 光声光谱气体浓度检测系统建立
        4.3.1 激光器的选择
        4.3.2 微音器的选择
        4.3.3 配气系统
        4.3.4 系统噪声分析
    4.4 实验结果及数据分析
        4.4.1 光声腔性能测试
        4.4.2 系统检测灵敏度测试
        4.4.3 缓冲气体对实验的影响
        4.4.4 温度对实验的影响
        4.4.5 其他因素对实验的影响
    4.5 本章小结
第5章 煤矿瓦斯爆炸预报警中的应用研究
    5.1 引言
    5.2 瓦斯爆炸条件及其影响因素分析
        5.2.1 瓦斯爆炸条件分析
        5.2.2 瓦斯爆炸界限影响因素分析
    5.3 煤矿瓦斯爆炸预报警模型的设计研究
        5.3.1 神经网络模式识别在预报警系统中的应用研究
        5.3.2 煤矿瓦斯爆炸预报警网络的 MATLAB 实现及实验分析
    5.4 煤矿瓦斯监测应用于瓦斯爆炸预报警系统的实验研究
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿瓦斯气体的光声光谱检测研究[J]. 宋绍楼,范永锋,丁永峰.  传感器与微系统. 2013(05)
[2]基于物联网的煤矿瓦斯爆炸动态安全预警系统的设计研究[J]. 刘香兰,赵旭生,董桂刚.  煤炭工程. 2012(09)
[3]煤自然发火对瓦斯爆炸的影响[J]. 丁广友,陈舸,陈孟伯.  煤矿安全. 2012(09)
[4]障碍物对巷道瓦斯爆炸传播影响数值模拟研究[J]. 邓飞,刘后明,伍中建.  中国矿山工程. 2012(04)
[5]基于混淆矩阵和集成学习的分类方法研究[J]. 孔英会,景美丽.  计算机工程与科学. 2012(06)
[6]水平管道内障碍物数量对瓦斯爆炸过程的影响研究[J]. 尉存娟,谭迎新,袁宏甦.  中国安全科学学报. 2012(06)
[7]我国煤矿“十一五”期间安全生产状况及对策研究[J]. 谢雄刚,黄存捍,余照阳.  矿业安全与环保. 2012(03)
[8]煤矿井下掘进工作面瓦斯监测和控制技术[J]. 田志轩.  科技传播. 2011(11)
[9]可调谐半导体激光吸收光谱甲烷浓度监测系统[J]. 蒋亚龙,蔡霆力,祝玉泉.  电子测量与仪器学报. 2011(03)
[10]高灵敏度小型化红外光声气体传感系统[J]. 李俊,纪新明,周嘉,包宗明,黄宜平.  传感器与微系统. 2011(02)

博士论文
[1]基于可调谐光纤激光器的痕量气体光声光谱检测技术研究[D]. 彭勇.大连理工大学 2011
[2]光声光谱微量气体检测技术及其应用研究[D]. 张望.大连理工大学 2010



本文编号：3524886