基于光纤传感的煤矿瓦斯监测系统设计

发布时间：2021-12-12 07:15

　　瓦斯是煤矿重大自然灾害发生的根源之一,瓦斯爆炸严重威胁到煤矿作业人员的生命安全,影响煤矿的正常生产。实时准确地监测煤矿瓦斯气体浓度对保障安全生产具有十分重要的意义。本论文针对国家煤矿对瓦斯监测的具体要求以及煤矿瓦斯监测的现状,研究设计了基于光纤传感的井下瓦斯监测系统。监控系统包括瓦斯传感器、监控分站、传输接口、中心计算机、网络交换机等设备。在本设计的过程中,充分利用了传感器、通信、嵌入式单片机、计算机软件编程等各方面的知识,完成了煤矿安全生产监测系统对瓦斯浓度的实时采集和管理。论文的主要工作如下：（1）将工业以太网技术和光纤传感技术结合起来,构建基于光纤的环状冗余网络,将其应用延伸到煤矿井下。系统主干采用工业环型光纤以太网（Ethernet）,以光缆为介质传输,以工业级交换机为核心设备,通过工业环网节点交换机与现场各监测分站连接,建立了稳定、安全、可靠的传输链路。（2）重点对瓦斯传感器进行设计,基于气体光谱吸收原理和可调谐半导体激光吸收光谱技术,设计出了性能优越的光纤传感器。在设计过程中合理地划分功能模块来进行,完成了各模块的硬件设计和总体的软件设计。对传感器的壳体和气室的结构做了防水... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 监测系统的发展
        1.2.2 监控系统存在的问题
    1.3 系统的设计要求
        1.3.1 设计要求
        1.3.2 硬件设计准则
        1.3.3 软件设计准则
第二章 监测系统的方案及论证
    2.1 煤矿实时监测系统方案
    2.2 方案的对比与选择
    2.3 系统的设计及实施
    2.4 系统通讯传输的协议设计
        2.4.1 通讯协议结构
        2.4.2 基于RS485总线的通讯
第三章 瓦斯传感器的设计
    3.1 瓦斯传感器的设计
    3.2 光源及光电探测器的选择
    3.3 光源驱动部分
    3.4 光源恒温部分
    3.5 光电转换部分的设计
    3.6 放大电路设计
        3.6.1 锁相放大器基本结构
        3.6.2 锁相放大器原理
        3.6.3 MLT04模拟乘法器
        3.6.4 倍频电路
        3.6.5 低通滤波电路
    3.7 红外遥控
    3.8 控制模块及算法的设计
    3.9 显示与声光报警
    3.10 系统软件设计
第四章 监控分站的设计
    4.1 监控分站的工作原理
    4.2 监控分站的功能设计
    4.3 监控分站的硬件设计
        4.3.1 中央存储器简介
        4.3.2 存储器模块
        4.3.3 触摸屏输入模块
        4.3.4 LCD显示模块
        4.3.5 电源、晶振及复位电路
    4.4 监控分站的软件实现
        4.4.1 系统流程
        4.4.2 数据采集程序流程图
        4.4.3 LCD的驱动程序
        4.4.4 触摸屏驱动程序
第五章 监控中心计算机软件的设计
    5.1 监控中心计算机软件的内容
    5.2 主控软件的设计开发
        5.2.1 软件开发环境和工具的的选择
        5.2.2 MSComm控件的属性和应用
        5.2.3 数据库简介
    5.3 软件主要结构模块设计
        5.3.1 参数维护模块
        5.3.2 数据信息的显示
        5.3.3 报警显示
第六章 实验与测试
    6.1 瓦斯传感器实验测试
        6.1.1 基本误差、稳定性实验
        6.1.2 响应时间测试
        6.1.3 声强和可见性实验
    6.2 分站及系统整体实验
    6.3 总结与展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于工业以太网的瓦斯监控系统设计[J]. 李树刚,徐竟天,黄金星.  中国安全生产科学技术. 2010(02)
[2]煤矿安全监控系统研究[J]. 桑海泉.  中国安全生产科学技术. 2009(06)
[3]煤矿井下移动式设备瓦斯监控关键技术设备的研究[J]. 梁鹏,黄金波,王德伟,张尚坤.  矿山机械. 2008(12)
[4]提高可调谐激光光谱气体检测精度的研究[J]. 邓广福,刘光达,周志坚.  激光与红外. 2008(05)
[5]基于VB6.0的瓦斯监测报警界面的设计[J]. 李战胜,吴成钢,周杰,汪慧.  工矿自动化. 2008(02)
[6]一种便携式气体检测仪的电源设计[J]. 胡栋铭,余愚,孙海山.  仪器仪表与分析监测. 2007(03)
[7]基于工业以太网的煤矿综合自动化系统[J]. 曹茂虹,徐钊,杨芬,孙焱.  煤矿机电. 2007(02)
[8]RS-485总线在煤矿安全监控系统应用中的可靠性设计[J]. 林雪峰,刘胜,李柏均.  矿业安全与环保. 2006(S1)
[9]煤矿安全监控系统统一通信协议研究[J]. 华钢,杨佳,李锦涛.  煤炭科学技术. 2006(07)
[10]仪表本安防爆技术及其在化工现场的应用[J]. 崔巍,孙式伟,朱迎春.  可编程控制器与工厂自动化. 2006(03)

硕士论文
[1]煤矿瓦斯光纤传感检测仪的研制[D]. 赵磊.武汉理工大学 2009
[2]智能井下分站的研究与实现[D]. 张鹏.山东大学 2008
[3]红外吸收型煤矿甲烷检测仪的研制[D]. 刘敏.大连理工大学 2006
[4]基于工业以太环网的煤矿实时监测系统[D]. 张宇.北京工业大学 2006
[5]分布式煤矿现场集成监控系统的研究开发[D]. 赵晶晶.重庆大学 2004
[6]瓦斯监控系统的研制[D]. 安敏.重庆大学 2002



本文编号：3536240