礦井煤炭自燃紅外火源探測(cè)的研制與應(yīng)用論證報(bào)告

1、兗州煤業(yè)股份有限公司安全監(jiān)察部?jī)贾菝簶I(yè)股份有限公司安全監(jiān)察部山山 東東 科科 技技 大大 學(xué)學(xué)濟(jì)濟(jì) 寧寧 二二 號(hào)號(hào) 煤煤 礦礦2003.5.221l紅外探測(cè)技術(shù)新穎，近距離隱蔽火源點(diǎn)位置的反演理紅外探測(cè)技術(shù)新穎，近距離隱蔽火源點(diǎn)位置的反演理論先進(jìn)，具有顯著的創(chuàng)新性和較強(qiáng)的實(shí)用性；論先進(jìn)，具有顯著的創(chuàng)新性和較強(qiáng)的實(shí)用性； l紅外探測(cè)儀測(cè)定準(zhǔn)確、精度高、能存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，可紅外探測(cè)儀測(cè)定準(zhǔn)確、精度高、能存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，可在井下使用在井下使用l該產(chǎn)品的的應(yīng)用可該產(chǎn)品的的應(yīng)用可有效地解決兗礦集團(tuán)的防滅火紅外有效地解決兗礦集團(tuán)的防滅火紅外探測(cè)設(shè)備的技術(shù)問題，全面掌握紅外火源探測(cè)技術(shù)。探測(cè)設(shè)備的技術(shù)問題，全

2、面掌握紅外火源探測(cè)技術(shù)。2l根據(jù)兗州礦區(qū)煤層自燃發(fā)火的實(shí)際情況，研制適用于根據(jù)兗州礦區(qū)煤層自燃發(fā)火的實(shí)際情況，研制適用于 該兗州礦區(qū)的本質(zhì)安全型紅外井下火源探測(cè)儀該兗州礦區(qū)的本質(zhì)安全型紅外井下火源探測(cè)儀. .3l探測(cè)范圍：深度探測(cè)范圍：深度10m10m以內(nèi)以內(nèi) ；l煤層自燃最低探測(cè)溫度：煤層自燃最低探測(cè)溫度：70 70 ；l探測(cè)準(zhǔn)確率：探測(cè)探測(cè)準(zhǔn)確率：探測(cè)2525次的準(zhǔn)確率在次的準(zhǔn)確率在8080以上以上 ；l探測(cè)縱向誤差探測(cè)縱向誤差3m 3m ；l礦用本質(zhì)安全型：最高開路電壓：礦用本質(zhì)安全型：最高開路電壓：6v6v；最大短路電流：；最大短路電流：25mA25mA；l精度：精度： 場(chǎng)場(chǎng) 強(qiáng)強(qiáng) 擋

3、：擋： 分辨率為：分辨率為： 0.5J 度度 擋：擋：-30-30500500，精度，精度1%1%或或11響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：250250毫秒毫秒發(fā)發(fā) 射射 率：預(yù)置率：預(yù)置 0.95 ( 0.95 (可調(diào)可調(diào)0.3-1.0)0.3-1.0)D:S: D:S: 大于大于60:160:1 使用環(huán)境：溫度：使用環(huán)境：溫度： 0 04040 濕濕 度：度： 96%96% 大氣壓力：大氣壓力： 0.81.1105Pa 4l與井上計(jì)算機(jī)在井上進(jìn)行通訊，整個(gè)系統(tǒng)能輸出火源與井上計(jì)算機(jī)在井上進(jìn)行通訊，整個(gè)系統(tǒng)能輸出火源探測(cè)點(diǎn)位置、時(shí)間溫度、紅外場(chǎng)強(qiáng)等數(shù)據(jù)報(bào)表曲線。探測(cè)點(diǎn)位置、時(shí)間溫度、紅外場(chǎng)強(qiáng)等數(shù)據(jù)報(bào)表曲線

4、。l存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)數(shù)：存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)數(shù)：2000個(gè)個(gè) 。5la.a.探測(cè)儀的礦山應(yīng)用環(huán)境與分析探測(cè)儀的礦山應(yīng)用環(huán)境與分析lb.b.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；lc.c.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)；ld.d.探測(cè)儀與計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)；探測(cè)儀與計(jì)算機(jī)的接口設(shè)計(jì)；le.e.探測(cè)儀的本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)及防爆檢驗(yàn)探測(cè)儀的本質(zhì)安全電路設(shè)計(jì)及防爆檢驗(yàn) 。 (1) (1)在繼續(xù)對(duì)紅外火源探測(cè)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，采用該技術(shù)研在繼續(xù)對(duì)紅外火源探測(cè)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，采用該技術(shù)研制一套礦用本質(zhì)安全型用于井下煤炭自燃紅外火源探測(cè)儀制一套礦用本質(zhì)安全型用于井下煤炭自燃紅外火源探測(cè)儀( (系系統(tǒng)統(tǒng)) )。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1 16l紅外井

5、下火源探測(cè)儀系統(tǒng)組成圖紅外井下火源探測(cè)儀系統(tǒng)組成圖數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)7 該系統(tǒng)主要由礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄、井上數(shù)該系統(tǒng)主要由礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄、井上數(shù)據(jù)處理兩部分構(gòu)成。據(jù)處理兩部分構(gòu)成。 a.礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)由溫度場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試單礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)由溫度場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄單元構(gòu)成；元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄單元構(gòu)成； b.井上計(jì)算機(jī)與紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀在井上通過進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，井上計(jì)算機(jī)與紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀在井上通過進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，傳送數(shù)信息；傳送數(shù)信息； c. .紅外井下火源探測(cè)軟件。紅外井下火源探測(cè)軟件。在原軟件基礎(chǔ)上

6、進(jìn)行升級(jí)和完善，其主在原軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)和完善，其主要是對(duì)紅外探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)、計(jì)算、查詢、打印、分析與要是對(duì)紅外探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)、計(jì)算、查詢、打印、分析與判斷，是紅外探測(cè)數(shù)據(jù)整理與火源位置反演的專用軟件，可打印各判斷，是紅外探測(cè)數(shù)據(jù)整理與火源位置反演的專用軟件，可打印各設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、曲線報(bào)表。可顯示各子系統(tǒng)模擬圖及數(shù)據(jù)、曲線。設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、曲線報(bào)表?？娠@示各子系統(tǒng)模擬圖及數(shù)據(jù)、曲線。豐富的繪圖功能，能繪制巷道探測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)圖、平面圖和立體圖；豐富的繪圖功能，能繪制巷道探測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)圖、平面圖和立體圖；根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行分析，給出火源探測(cè)結(jié)果的分析報(bào)告，其根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行分

7、析，給出火源探測(cè)結(jié)果的分析報(bào)告，其內(nèi)容包括：易氧化區(qū)域的位置和范圍。自燃火源的位置和范圍。自內(nèi)容包括：易氧化區(qū)域的位置和范圍。自燃火源的位置和范圍。自燃的程度。燃的程度。 8l礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) 整機(jī)采用本質(zhì)安全型電路、低電壓和低功耗設(shè)計(jì)，整機(jī)采用本質(zhì)安全型電路、低電壓和低功耗設(shè)計(jì)，盡量減少感性和容性儲(chǔ)能元件的使用；電路板采用盡量減少感性和容性儲(chǔ)能元件的使用；電路板采用SMTSMT表面貼工藝，既減小了體積，又保障了硬件電路的可表面貼工藝，既減小了體積，又保障了硬件電路的可靠性；靠性； a. a.信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路 負(fù)責(zé)接收經(jīng)放大器

8、傳來的有關(guān)溫度的電信號(hào)，完負(fù)責(zé)接收經(jīng)放大器傳來的有關(guān)溫度的電信號(hào)，完成模擬成模擬/ /數(shù)字轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過接口電路，數(shù)字轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過接口電路，傳送到傳送到CPUCPU；其中；其中A/DA/D芯片采用芯片采用1010位位ICIC，分辨率為，分辨率為10241024，溫度分辨率可達(dá)溫度分辨率可達(dá)0.50.5度度 ( (測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍-30+500)-30+500)；9l礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) b.CPU b.CPU 采用采用 MCS-51MCS-51系列系列8 8位單片機(jī)，時(shí)鐘頻率為位單片機(jī)，時(shí)鐘頻率為10MHZ10M

9、HZ，程序容量程序容量32K32K，是儀器的核心器件；，是儀器的核心器件；CPUCPU接收鍵盤的操接收鍵盤的操作，按照程序要求，自動(dòng)完成各種數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和智作，按照程序要求，自動(dòng)完成各種數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和智能控制，將運(yùn)算結(jié)果通過能控制，將運(yùn)算結(jié)果通過LCDLCD顯示出來，同時(shí)將有關(guān)數(shù)顯示出來，同時(shí)將有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄；同時(shí)，據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)記錄；同時(shí)，CPUCPU還設(shè)計(jì)有與外界計(jì)算機(jī)的還設(shè)計(jì)有與外界計(jì)算機(jī)的通訊協(xié)議，在確認(rèn)協(xié)議正確后，將有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)或通訊協(xié)議，在確認(rèn)協(xié)議正確后，將有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)或者狀態(tài)，上傳至外界計(jì)算機(jī)；者狀態(tài)，上傳至外界計(jì)算機(jī)；10l礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安

10、全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) c.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 采用串行接口的采用串行接口的E2PROME2PROM芯片，具有掉電保護(hù)功能，芯片，具有掉電保護(hù)功能，存儲(chǔ)容量為存儲(chǔ)容量為64K64K（視情況可進(jìn)一步擴(kuò)展），在（視情況可進(jìn)一步擴(kuò)展），在CPUCPU的控的控制之下，可以完成對(duì)測(cè)量事件的時(shí)間、位置、順序、制之下，可以完成對(duì)測(cè)量事件的時(shí)間、位置、順序、測(cè)量值等大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄；同樣，在測(cè)量值等大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和記錄；同樣，在CPUCPU的控制的控制之下，也可以按照要求將測(cè)量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饨缰拢部梢园凑找髮y(cè)量的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饨绲挠?jì)算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)傳輸通信；的計(jì)算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)傳

11、輸通信； d.數(shù)據(jù)輸出單元數(shù)據(jù)輸出單元 以串口通信形式完成與外界計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信，以串口通信形式完成與外界計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信，在系統(tǒng)分析軟件中實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的智能化處理；該接在系統(tǒng)分析軟件中實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的智能化處理；該接口采用口采用RS232RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，并且具有光電隔離設(shè)計(jì)，通用標(biāo)準(zhǔn)接口，并且具有光電隔離設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)性強(qiáng);11l礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) e.鍵盤單元鍵盤單元 鍵盤單元是儀器的命令輸入接口；它采用表面薄鍵盤單元是儀器的命令輸入接口；它采用表面薄膜按鍵，設(shè)計(jì)為膜按鍵，設(shè)計(jì)為5V5V直流電壓，回路電流很?。ㄐ∮谥绷麟妷海芈冯?/p>

12、流很?。ㄐ∮?00uA100uA），操作安全可靠；），操作安全可靠； f.顯示單元顯示單元 采用采用128*64點(diǎn)陣帶背光的點(diǎn)陣帶背光的LCD，可以顯示數(shù)據(jù)，可以顯示數(shù)據(jù)，背光功能可以使儀器在各種環(huán)境下工作；背光功能可以使儀器在各種環(huán)境下工作；12l礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) g.電源單元電源單元 儀器的電源電路采用高效率的儀器的電源電路采用高效率的DC/DC模塊設(shè)計(jì)，模塊設(shè)計(jì)，完成不同工作電源的分別輸出，并且具有很好的穩(wěn)壓完成不同工作電源的分別輸出，并且具有很好的穩(wěn)壓特性和自我保護(hù)功能（比如：欠壓自動(dòng)關(guān)機(jī)功能）；特性和自我保護(hù)功能（比如：欠壓

13、自動(dòng)關(guān)機(jī)功能）；儀器的電池采用可充電鋰電，容量為儀器的電池采用可充電鋰電，容量為1400mAh，結(jié)合，結(jié)合整機(jī)的低功耗設(shè)計(jì)，可以確保儀器的連續(xù)工作時(shí)間不整機(jī)的低功耗設(shè)計(jì)，可以確保儀器的連續(xù)工作時(shí)間不低于低于8小時(shí)；電路原理如下圖小時(shí)；電路原理如下圖2 13l電路原理圖電路原理圖 14l關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) a.紅外井下火源探測(cè)技術(shù)；紅外井下火源探測(cè)技術(shù)； b.礦用本質(zhì)安全型電路設(shè)計(jì)礦用本質(zhì)安全型電路設(shè)計(jì); ; c.井下外數(shù)據(jù)的檢測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸技術(shù)。井下外數(shù)據(jù)的檢測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸技術(shù)。 15l研究開發(fā)路線圖研究開發(fā)路線圖 礦山環(huán)境分析整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接 口 設(shè) 計(jì) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)型式試驗(yàn)防爆試驗(yàn)驗(yàn)收16l1

14、.在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)兗州礦區(qū)的實(shí)際情況，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)兗州礦區(qū)的實(shí)際情況，在研究紅外火源探測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行紅外井下火源在研究紅外火源探測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行紅外井下火源探測(cè)儀的設(shè)計(jì)。探測(cè)儀的設(shè)計(jì)。l2.進(jìn)行項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，根據(jù)礦用本質(zhì)安全型紅外井進(jìn)行項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，根據(jù)礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀的電氣原理，通過計(jì)算設(shè)計(jì)出達(dá)到下數(shù)據(jù)采集記錄儀的電氣原理，通過計(jì)算設(shè)計(jì)出達(dá)到其檢測(cè)與存儲(chǔ)功能的礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采其檢測(cè)與存儲(chǔ)功能的礦用本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀的本質(zhì)安全型電路、所需本質(zhì)安全型電源及集記錄儀的本質(zhì)安全型電路、所需本質(zhì)安全型電源及相關(guān)技術(shù)參數(shù)；相關(guān)技

15、術(shù)參數(shù)；l3.進(jìn)行本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀的電氣原進(jìn)行本質(zhì)安全型紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀的電氣原理模擬試驗(yàn)，檢驗(yàn)其能不能達(dá)到技術(shù)要求理模擬試驗(yàn)，檢驗(yàn)其能不能達(dá)到技術(shù)要求。17l4.根據(jù)電氣原理模擬試驗(yàn)結(jié)果，修改電器原理圖紙。根據(jù)電氣原理模擬試驗(yàn)結(jié)果，修改電器原理圖紙。一要保證其性能要求，二要達(dá)到一要保證其性能要求，二要達(dá)到GB3836.4GB3836.4本質(zhì)安全型本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的要求。電氣設(shè)備的要求。l5.進(jìn)行整套系統(tǒng)的電氣模擬試驗(yàn)，達(dá)到使用要求后，進(jìn)行整套系統(tǒng)的電氣模擬試驗(yàn)，達(dá)到使用要求后，重新修改圖紙，設(shè)計(jì)出礦用本質(zhì)安全型外殼，并準(zhǔn)備重新修改圖紙，設(shè)計(jì)出礦用本質(zhì)安全型外殼，并準(zhǔn)備

16、好相關(guān)資料，到國(guó)家指定的防爆檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖好相關(guān)資料，到國(guó)家指定的防爆檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行圖紙送審。紙送審。l6.圖紙送審合格后，按照通過檢驗(yàn)合格的圖紙加工樣圖紙送審合格后，按照通過檢驗(yàn)合格的圖紙加工樣機(jī)，并對(duì)合格樣機(jī)到國(guó)家指定的檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相機(jī)，并對(duì)合格樣機(jī)到國(guó)家指定的檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的型式試驗(yàn)和電氣性能試驗(yàn)關(guān)的型式試驗(yàn)和電氣性能試驗(yàn)(12(12天的濕熱試驗(yàn)、高低天的濕熱試驗(yàn)、高低溫電氣性能、絕緣性能、外殼機(jī)械性能、外殼阻燃抗溫電氣性能、絕緣性能、外殼機(jī)械性能、外殼阻燃抗靜電性能等靜電性能等) )。18l7.型式試驗(yàn)通過后，進(jìn)行防爆檢驗(yàn)的本質(zhì)安全性試驗(yàn)，型式試驗(yàn)通過后，進(jìn)行防爆檢驗(yàn)的

17、本質(zhì)安全性試驗(yàn)，取得防爆合格證。取得防爆合格證。l8.同時(shí)根據(jù)煤礦井下紅外火源探測(cè)技術(shù)同時(shí)根據(jù)煤礦井下紅外火源探測(cè)技術(shù), 完善紅外井下完善紅外井下火源探測(cè)軟件，更加適合現(xiàn)場(chǎng)情況。并從以下幾方面火源探測(cè)軟件，更加適合現(xiàn)場(chǎng)情況。并從以下幾方面考慮：考慮： (1)該系統(tǒng)采用目前流行的模塊集成方式，可視化，面該系統(tǒng)采用目前流行的模塊集成方式，可視化，面向?qū)ο?，界面友好，使用方便，滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求；向?qū)ο?，界面友好，使用方便，滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求； (2)系統(tǒng)功能全。能完成從紅外探測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、系統(tǒng)功能全。能完成從紅外探測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、整理、繪圖到反演計(jì)算的整個(gè)紅外探測(cè)數(shù)據(jù)的處理過整理、繪圖到

18、反演計(jì)算的整個(gè)紅外探測(cè)數(shù)據(jù)的處理過程。紅外探測(cè)數(shù)據(jù)庫易于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)；程。紅外探測(cè)數(shù)據(jù)庫易于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)；19 (3) (3)豐富的繪圖功能，能繪制巷道探測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)圖、平豐富的繪圖功能，能繪制巷道探測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)圖、平面圖和立體圖；面圖和立體圖； (4) (4)可靠的計(jì)算功能，能方便的給出反演火源的位置、可靠的計(jì)算功能，能方便的給出反演火源的位置、深度與火源的近似溫度；該系統(tǒng)的開發(fā)工具為深度與火源的近似溫度；該系統(tǒng)的開發(fā)工具為VFVF、C+C+和和MatlabMatlab，該系統(tǒng)的操作環(huán)境為，該系統(tǒng)的操作環(huán)境為Windows9XWindows9X。l9.取得防爆合格證后，在

19、濟(jì)寧二號(hào)煤礦進(jìn)行工業(yè)性試取得防爆合格證后，在濟(jì)寧二號(hào)煤礦進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)問題及時(shí)解決，進(jìn)一步完善礦用本質(zhì)安全型紅外井驗(yàn)問題及時(shí)解決，進(jìn)一步完善礦用本質(zhì)安全型紅外井下火源探測(cè)儀系統(tǒng)。下火源探測(cè)儀系統(tǒng)。l10.試驗(yàn)期間，收集資料，寫好相關(guān)技術(shù)文件，為項(xiàng)目試驗(yàn)期間，收集資料，寫好相關(guān)技術(shù)文件，為項(xiàng)目驗(yàn)收做好驗(yàn)收通過后。驗(yàn)收做好驗(yàn)收通過后。20l礦用本質(zhì)安全型紅外井下火源探測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本著實(shí)用、安全礦用本質(zhì)安全型紅外井下火源探測(cè)儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本著實(shí)用、安全可靠的原則開展工作，力求在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)上與關(guān)鍵元器件可靠的原則開展工作，力求在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)上與關(guān)鍵元器件選型上對(duì)系統(tǒng)的成功形成強(qiáng)有力的支持，并

20、在兼顧較高性能價(jià)格選型上對(duì)系統(tǒng)的成功形成強(qiáng)有力的支持，并在兼顧較高性能價(jià)格比的前提下，充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用性與易維護(hù)性。下面就本系統(tǒng)比的前提下，充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用性與易維護(hù)性。下面就本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與元器件的選型等方面作可行性與可靠性分析。的整體設(shè)計(jì)與元器件的選型等方面作可行性與可靠性分析。1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于本系統(tǒng)特點(diǎn)是保持檢測(cè)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理上的相對(duì)獨(dú)立。由于本系統(tǒng)特點(diǎn)是保持檢測(cè)、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理上的相對(duì)獨(dú)立。紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀直接采集數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。井紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀直接采集數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。井上通過上通過RS232口與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)傳輸

21、，井上計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理口與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)傳輸，井上計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，這種分開時(shí)的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)更加可靠。它界面明確，操作方數(shù)據(jù)，這種分開時(shí)的結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)更加可靠。它界面明確，操作方便，便于維護(hù)便，便于維護(hù) . 21l2.軟硬件設(shè)計(jì)與選型軟硬件設(shè)計(jì)與選型 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)是保證系統(tǒng)性能與功能的前提條件，硬件系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)是保證系統(tǒng)性能與功能的前提條件，硬件是構(gòu)成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要求技術(shù)先進(jìn)，適合現(xiàn)場(chǎng)條件。軟件設(shè)計(jì)工是構(gòu)成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要求技術(shù)先進(jìn)，適合現(xiàn)場(chǎng)條件。軟件設(shè)計(jì)工作量大，要滿足系統(tǒng)各項(xiàng)要求。下面就主要設(shè)備及元器件的選型作量大，要滿足系統(tǒng)各項(xiàng)要求。下面就主要設(shè)備及元器件的選型及軟件的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行簡(jiǎn)述

22、。及軟件的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行簡(jiǎn)述。 (1)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī) 可使用普通計(jì)算機(jī)可使用普通計(jì)算機(jī) 。 (2)紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀紅外井下數(shù)據(jù)采集記錄儀 采用單片機(jī)作為控制核心。能適應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件，現(xiàn)場(chǎng)采用單片機(jī)作為控制核心。能適應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有RS232通訊端口，便于在井上井通訊端口，便于在井上井上與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。上與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。 22l軟硬件設(shè)計(jì)與選型軟硬件設(shè)計(jì)與選型 (3)紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 本儀器系統(tǒng)使用的紅外傳感器檢測(cè)精度高，性

23、能本儀器系統(tǒng)使用的紅外傳感器檢測(cè)精度高，性能可靠，壽命長(zhǎng)?？煽?，壽命長(zhǎng)。 選擇紅外測(cè)溫儀可以分為三個(gè)方面：性能指標(biāo)方選擇紅外測(cè)溫儀可以分為三個(gè)方面：性能指標(biāo)方面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、面，如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間等；環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗響應(yīng)時(shí)間等；環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等；其它選擇方面，如口、顯示和輸出、保護(hù)附件等；其它選擇方面，如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等，也對(duì)測(cè)溫使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等，也對(duì)測(cè)溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。 除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和測(cè)溫儀所

24、在的環(huán)境條除此之外，還應(yīng)考慮目標(biāo)和測(cè)溫儀所在的環(huán)境條件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對(duì)性能指標(biāo)的件，如溫度、氣氛、污染和干擾等因素對(duì)性能指標(biāo)的影響及修正方法。影響及修正方法。23l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 a.測(cè)溫范圍測(cè)溫范圍 測(cè)溫范圍是紅外測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。測(cè)溫范圍是紅外測(cè)溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。每個(gè)型號(hào)的紅外測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因每個(gè)型號(hào)的紅外測(cè)溫儀都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此，用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既此，用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全，既不要過窄，也不要過寬。一般來說，測(cè)溫范圍越窄，不要過窄，也不要過寬。一般來說，測(cè)溫范圍越窄，監(jiān)

25、控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，精度可靠性容易解監(jiān)控溫度的輸出信號(hào)分辨率越高，精度可靠性容易解決。對(duì)于礦井測(cè)溫，一般在低溫區(qū)，選用波長(zhǎng)在決。對(duì)于礦井測(cè)溫，一般在低溫區(qū)，選用波長(zhǎng)在8-14微米為宜。微米為宜。24l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 b.目標(biāo)尺寸目標(biāo)尺寸 紅外測(cè)溫儀根據(jù)其原理可分為亮度測(cè)溫儀和輻射紅外測(cè)溫儀根據(jù)其原理可分為亮度測(cè)溫儀和輻射比測(cè)溫儀。對(duì)于亮度測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目比測(cè)溫儀。對(duì)于亮度測(cè)溫儀，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀的視場(chǎng)。在井下測(cè)溫時(shí)，若要測(cè)標(biāo)面積應(yīng)充滿測(cè)溫儀的視場(chǎng)。在井下測(cè)溫時(shí)，若要測(cè)面或點(diǎn)，要注意這一問題。面或點(diǎn)，要注意這一問題。 如圖下所示，建議被

26、測(cè)目標(biāo)尺寸超過視場(chǎng)如圖下所示，建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過視場(chǎng)50%為為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，背景輻射就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng)，背景輻射就會(huì)進(jìn)入測(cè)溫儀的視場(chǎng)，會(huì)干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。儀的視場(chǎng)，會(huì)干擾測(cè)溫讀數(shù)，造成誤差。25l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 確定目標(biāo)尺寸圖確定目標(biāo)尺寸圖 目標(biāo)大于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng) 紅外測(cè)溫儀目標(biāo)小于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)等于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)最好一般差26l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 c.響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)響應(yīng)時(shí)間表示紅外測(cè)溫儀對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%所需的時(shí)間，它與所需的時(shí)間，

27、它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。在確定響應(yīng)時(shí)間時(shí)，主要根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和關(guān)。在確定響應(yīng)時(shí)間時(shí)，主要根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和目標(biāo)的溫度變化速度。當(dāng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的或快速加熱的目目標(biāo)的溫度變化速度。當(dāng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的或快速加熱的目標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠標(biāo)時(shí)，要選用快速響應(yīng)紅外測(cè)溫儀，否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng)，降低測(cè)量精度然而，并不是所有應(yīng)用都的信號(hào)響應(yīng)，降低測(cè)量精度然而，并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測(cè)溫儀，對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過要求快速響應(yīng)的紅外測(cè)溫儀，對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí)，或現(xiàn)有控制設(shè)備的速度受到限制

28、時(shí)，程存在熱慣性時(shí)，或現(xiàn)有控制設(shè)備的速度受到限制時(shí)，測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以防寬要求了。因此，紅外測(cè)測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以防寬要求了。因此，紅外測(cè)溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。 27l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 d.光學(xué)分辨率光學(xué)分辨率 光學(xué)分辨率是測(cè)溫儀距目標(biāo)之間的距離光學(xué)分辨率是測(cè)溫儀距目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光與測(cè)量光斑直徑斑直徑S的比值，其比值在的比值，其比值在2:1-300:1之間。選擇之間。選擇D:S取取決于目標(biāo)尺寸與測(cè)溫儀到目標(biāo)的距離。光學(xué)分辨率越?jīng)Q于目標(biāo)尺寸與測(cè)溫儀到目標(biāo)的距離。光學(xué)分辨率越高，測(cè)溫儀成本就越高。在井下

29、使用時(shí)，單純進(jìn)行煤高，測(cè)溫儀成本就越高。在井下使用時(shí)，單純進(jìn)行煤巷探測(cè)時(shí)，光學(xué)分辨率在巷探測(cè)時(shí)，光學(xué)分辨率在8:1-20:1之間即可，考慮到采之間即可，考慮到采空區(qū)等其他區(qū)域，光學(xué)分辨率在空區(qū)等其他區(qū)域，光學(xué)分辨率在30:1-75:1之間為宜。之間為宜。 28l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 e.信號(hào)處理功能信號(hào)處理功能 測(cè)量離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，測(cè)量離散過程（如零件生產(chǎn)）和連續(xù)過程不同，要求紅外測(cè)溫儀有信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值要求紅外測(cè)溫儀有信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。保持、平均值）。 f.環(huán)境條件考慮環(huán)境條件考慮 測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很

30、大影響，測(cè)溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響，主要考慮具有溫度補(bǔ)償功能。主要考慮具有溫度補(bǔ)償功能。 29l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 g.操作簡(jiǎn)單，使用方便操作簡(jiǎn)單，使用方便 紅外測(cè)溫儀應(yīng)該是直觀的，操作簡(jiǎn)單，易于用戶紅外測(cè)溫儀應(yīng)該是直觀的，操作簡(jiǎn)單，易于用戶操作人員使用，其中便攜式紅外測(cè)溫儀是一種集測(cè)溫操作人員使用，其中便攜式紅外測(cè)溫儀是一種集測(cè)溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由人攜帶進(jìn)行測(cè)溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由人攜帶進(jìn)行測(cè)溫的儀器。的儀器。 目前，紅外測(cè)溫儀產(chǎn)品已形成系列化、規(guī)格化。目前，紅外測(cè)溫儀產(chǎn)品已形成系列化、規(guī)格化。主要有美國(guó)主要有美國(guó)Raytek公司、英國(guó)公

31、司、英國(guó)Land公司、瑞典公司、瑞典AGA公公司、日本航空、西安儀器儀表廠等公司與廠家生產(chǎn)紅司、日本航空、西安儀器儀表廠等公司與廠家生產(chǎn)紅外測(cè)溫儀。從價(jià)格、精度、靈敏度、防爆性、操作簡(jiǎn)外測(cè)溫儀。從價(jià)格、精度、靈敏度、防爆性、操作簡(jiǎn)單性等方面綜合考慮，擬從以下幾種測(cè)溫儀中選擇單性等方面綜合考慮，擬從以下幾種測(cè)溫儀中選擇：30l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 a.美國(guó)美國(guó)Raytek公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的ST6型紅外測(cè)溫儀型紅外測(cè)溫儀 精度：場(chǎng)強(qiáng)擋精度：場(chǎng)強(qiáng)擋 分辨率為：分辨率為： 0.5J 溫度擋：溫度擋： -18400，精度，精度2%或或2 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：500毫秒毫秒; D:S: 8:

32、1 使用環(huán)境：溫度：使用環(huán)境：溫度： 040 濕度：濕度： 96% 大氣壓力：大氣壓力： 0.81.1105Pa 采用手工記數(shù)記錄，無輸出。采用手工記數(shù)記錄，無輸出。31l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 b.美國(guó)美國(guó)Raytek公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的Raynger Mx型紅外測(cè)溫儀型紅外測(cè)溫儀 美國(guó)美國(guó)Raytek公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的Raynger Mx型紅外測(cè)溫儀是當(dāng)今市場(chǎng)型紅外測(cè)溫儀是當(dāng)今市場(chǎng)上唯一帶環(huán)形測(cè)光瞄準(zhǔn)的高性能測(cè)溫儀上唯一帶環(huán)形測(cè)光瞄準(zhǔn)的高性能測(cè)溫儀Mx提供最大提供最大/最小最小/差值差值/平平均值計(jì)算，并內(nèi)置均值計(jì)算，并內(nèi)置30種常用材料的輻射系數(shù)。種常用材料的輻射系數(shù)。 精度

33、：場(chǎng)強(qiáng)擋精度：場(chǎng)強(qiáng)擋 分辨率為：分辨率為： 0.5J 溫度擋：溫度擋： -30500，精度，精度1%或或1 響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：250毫秒毫秒; 重復(fù)性：精度重復(fù)性：精度1%或或1 分辨率：分辨率：0.1D:S: 60:1 使用環(huán)境：溫度：使用環(huán)境：溫度： 040； 濕度：濕度： 96% 大氣壓力：大氣壓力： 0.81.1105Pa 距離系數(shù)大，精度高，響應(yīng)時(shí)間短。距離系數(shù)大，精度高，響應(yīng)時(shí)間短。 32l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 它們和真實(shí)溫度之間的關(guān)系是線形關(guān)系，根據(jù)探測(cè)數(shù)它們和真實(shí)溫度之間的關(guān)系是線形關(guān)系，根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)，可得出如下回歸關(guān)系。據(jù)，可得出如下回歸關(guān)系。攝氏溫度：攝氏溫度

34、：華氏溫度：華氏溫度：攝氏與華氏輻射單位量：攝氏與華氏輻射單位量：式中：式中：E2、E3、E2、E3-分別為攝氏和華氏溫度下的輻分別為攝氏和華氏溫度下的輻射單位量。射單位量。EE5932 1 .11972.1225.60835. 632攝攝tEtE38.1829 .2245.763 .1232攝攝tEtE33l紅外測(cè)溫儀的選擇紅外測(cè)溫儀的選擇 3.從煤巷近距離自然火源的探測(cè)工藝上保證其可靠性從煤巷近距離自然火源的探測(cè)工藝上保證其可靠性 a.紅外探測(cè)區(qū)域原始溫度的確定紅外探測(cè)區(qū)域原始溫度的確定 在不同的開采水平在不同的開采水平,測(cè)取煤層的原始溫度和地溫梯度。做為探測(cè)取煤層的原始溫度和地溫梯度。做

35、為探測(cè)的基礎(chǔ)對(duì)比數(shù)據(jù)，因此，對(duì)兗州礦區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地溫測(cè)定，測(cè)的基礎(chǔ)對(duì)比數(shù)據(jù)，因此，對(duì)兗州礦區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地溫測(cè)定，詳細(xì)數(shù)據(jù)見本章第詳細(xì)數(shù)據(jù)見本章第4部分部分。 b. 探測(cè)點(diǎn)的布置原則探測(cè)點(diǎn)的布置原則 探測(cè)點(diǎn)在巷道橫向和縱向上的布置如圖探測(cè)點(diǎn)在巷道橫向和縱向上的布置如圖5。一般情況下，我。一般情況下，我們把縱向方向的布置稱為測(cè)站，橫斷面上布置測(cè)點(diǎn)。在巷道兩幫、們把縱向方向的布置稱為測(cè)站，橫斷面上布置測(cè)點(diǎn)。在巷道兩幫、頂、底板各布置頂、底板各布置3-4個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行探測(cè)，若出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，可按實(shí)個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行探測(cè)，若出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，可按實(shí)際增加測(cè)點(diǎn)數(shù)目至際增加測(cè)點(diǎn)數(shù)目至6-10個(gè)測(cè)點(diǎn)。要更詳盡的探測(cè)煤巷

36、煤層的自燃個(gè)測(cè)點(diǎn)。要更詳盡的探測(cè)煤巷煤層的自燃狀態(tài)，以便形成探測(cè)區(qū)域，而不是單一的探測(cè)點(diǎn)，狀態(tài)，以便形成探測(cè)區(qū)域，而不是單一的探測(cè)點(diǎn)，1m2測(cè)點(diǎn)數(shù)可測(cè)點(diǎn)數(shù)可控制在控制在100-150個(gè)之間，這樣就與紅外熱成像儀探測(cè)相似。巷道測(cè)個(gè)之間，這樣就與紅外熱成像儀探測(cè)相似。巷道測(cè)站間距視實(shí)際情況而定，一般為站間距視實(shí)際情況而定，一般為4-5米，若有特殊情況，測(cè)點(diǎn)間距米，若有特殊情況，測(cè)點(diǎn)間距縮短為縮短為2-3米。對(duì)巷道要連續(xù)的探測(cè)，每周測(cè)米。對(duì)巷道要連續(xù)的探測(cè)，每周測(cè)1-2次，測(cè)點(diǎn)一定要次，測(cè)點(diǎn)一定要對(duì)應(yīng)；并要注意環(huán)境的變化情況。對(duì)應(yīng)；并要注意環(huán)境的變化情況。34l煤巷紅外探測(cè)點(diǎn)布置圖煤巷紅外探測(cè)點(diǎn)布置圖右?guī)妥髱晚敯鍣M向頂板測(cè)站底板縱向35l3.3.從煤巷近距離自然火源的探測(cè)工藝上保證其可靠性從煤巷近距離自然火