煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种灵敏度高、选择性多、稳定性和可靠性高的煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置。监测装置包括煤自燃多路束管采气与智能控制单元、煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元、防爆外壳；对气体进行抽取和采样的煤自燃多路束管采气与智能控制单元将气体通入三个依次连接的气体吸收池；煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元包括O2气体激光光谱系统、近红外波长其他气体激光光谱系统和C2H6气体激光光谱系统，上述光谱系统将采集的数据传输到多路数据采集卡进行信号处理和存储，并将浓度测量结果在工控机进行显示。本实用新型专利技术主要用于煤矿中煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测。

【技术实现步骤摘要】
煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置
本技术涉及矿井煤自燃隐蔽火源探测技术，特别涉及一种煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置。
技术介绍
煤火灾害遍布世界各地，已成为全球性灾难，煤自燃火灾是威胁煤矿安全生产的五大灾害之一。中国以烟煤和褐煤为主，90％以上的煤层自燃倾向性为易自燃(I类)或自燃(II类)，煤炭开采过程中，煤层自燃火灾十分严重，每年因煤自燃封闭采煤工作面100多个。煤层自燃多次引起瓦斯燃烧和爆炸，酿成重大的人员伤亡事故。由于煤自然发火形成环境的复杂性、高温火源的隐蔽性，导致在煤层开采过程中，采空区煤自然发火的程度、时间和范围预判难度极大；在煤自燃火区治理过程中，高温区位置判定、灭火后效果考察，以及复燃条件确定等都是判定煤自燃的重要因素。现有的煤自燃特征信息检测分析技术难以满足煤自燃机理和预判技术研究的需要。煤自燃过程中，氧化和热解同时产生常量、微量和痕量指标气体，如CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等，目前，常用矿井气体分析仪器灵敏度较低、选择性少、稳定性和可靠性较低，无法满足煤自燃多组分指标气体快速高灵敏度检测的需求。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有的矿井气体分析仪器灵敏度较低、选择性少、稳定性和可靠性较低的问题，而提供一种灵敏度高、选择性多、稳定性和可靠性高的可动态监测的煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置。本技术所提供的煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置，包括煤自燃多路束管采气与智能控制单元、煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元、防爆外壳；煤自燃多路束管采气与智能控制单元包括多路抽气系统、吹扫气体系统、校准气体系统、控制装置和电动微型负压泵，抽气系统、吹扫气体系统和校准气体系统均包括依次连接的滤尘器、滤水器、阻火器、压力传感器、流量传感器和电磁阀，电磁阀均与电动微型负压泵连接，控制装置用于控制电动微型负压泵和电磁阀，对气体进行抽取和排放；抽气系统的前端设置有抽气通道、吹扫气体系统的前端设置有自动吹扫通道，自动吹扫通道的前端设置有自动反吹装置，校准气体系统的前端设置有自动校准通道，电动微型负压泵后端设有出气孔，控制装置通过信号线接入工控机；煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元包括O2气体激光光谱系统、近红外波长气体激光光谱系统和C2H6气体激光光谱系统；O2气体激光光谱系统包括依次设置的VCSEL激光驱动器、O2激光器、气体吸收池一、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；近红外波长气体激光光谱系统包括依次设置的DFB激光驱动器、近红外DFB气体激光器、光纤分路器、气体吸收池二、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器，数字锁相放大器通过RS485电路与分时复用控制模块连接，C2H6气体激光光谱系统包括依次设置的ICL激光驱动器、C2H6气体激光器、气体吸收池三、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；电动微型负压泵后端的出气孔与气体吸收池一连接，气体吸收池一、气体吸收池二、气体吸收池三的进出口依次串联连接，上述数字锁相放大器将多路数据传输给工控机。上述技术方案中，近红外波长气体激光光谱系统优选为CH4气体激光光谱系统、CO气体激光光谱系统、CO2气体激光光谱系统、C2H4气体激光光谱系统和C2H2气体激光光谱系统。自动反吹装置优选包括依次设置的气动球阀、防爆电磁阀、空气过滤器和PLC连锁控制器。为了使气体的探测灵敏性更高，O2气体激光光谱系统的激光器优选为760nm的VCSELO2激光器，光电探测器优选为200-1100nm的光电探测器；C2H6气体激光光谱系统的气体激光器优选为3360nm的C2H6气体激光器，光电探测器优选为1500-4800nm的光电探测器；近红外波长其他气体激光光谱系统的光电探测器优选为800-1800nm的光电探测器。为了使监测装置的选择多样性，抽气系统为八路，吹扫气体系统为一路，校准气体系统为一路。为了提高装置的检测灵敏度，气体吸收池一、气体吸收池二、气体吸收池三的出光端分别设置有Si探测器、InGaAs探测器以及中红外PbSe探测器。本技术的有益效果是：1、本技术的煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置具有非接触、快速、高效、高选择性、高灵敏性及实时在线监测等优点，且能实时探测多种气体的痕量变化；采用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现煤自燃多组分指标气体的高灵敏度动态检测，同时痕量检测多组分指标气体，根据氧化气体产物的构成、浓度及其变化速率等特性，作为煤自燃早期隐患识别与预警的判据，降低误报率和漏报率，为完善煤自燃预测技术体系提供坚实的理论基础，也有利于推动煤火灾害防控理论与技术的发展。因此，煤自燃多组分指标气体TDLAS痕量检测技术，对实现煤自燃火灾的早期预测与科学救灾决策及确保救灾安全，具有重要的实际意义。2、根据可调谐半导体激光器的窄线宽特性，通过分时锯齿扫描技术及无源光开关技术实现煤自燃多组分指标气体分子多波长的同时探测，利用指标气体分子的吸收谱线反演浓度，达到最佳探测灵敏度；3、在传统Herriott、White吸收池基础上，设计的高稳定性的小容积长光程高反膜气体吸收池，提高了痕量气体的检测灵敏度，有效增加了气体分子吸收路径，提高探测精度，降低动态检测的下限；4、将该技术直接应用在井下，避免了束管系统因管道太长漏气、堵管产生的误差，解决了痕量指标气体吸附于管内无法检测的问题，可实时获取采空区束管监测点气体浓度，实现煤自然发火程度的判定。5、精确、实时、一体化、在线、非接触煤自燃多组分指标气体检测装置。可调谐半导体激光吸收光谱分析(TDLAS)技术是实现高灵敏气体痕量检测的新型激光光谱方法，由于分子光谱的“指纹”特征，该方法不受其它气体的干扰，这一特性与其它方法相比有明显的优势，具有非接触、快速、高效、高选择性、高灵敏性及实时在线监测等优点，主要用于实时检测煤自燃过程中所释放出的O2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等气体浓度的痕量变化，及时掌握煤自然发火的程度，实现煤自燃的早期预报。附图说明图1本技术的监控系统结构示意图；图2本技术的结构示意图；图3本技术煤自燃多路束管采气与智能控制单元的结构示意图；图4本技术煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元的结构示意图。具体实施方式如图1、图2、图3、图4所示，煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置，包括煤自燃多路束管采气与智能控制单元、煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元、防爆外壳；煤自燃多路束管采气与智能控制单元包括八路抽气系统、一路吹扫气体系统、一路校准气体系统、控制装置和电动微型负压泵；抽气系统、吹扫气体系统和校准气体系统均包括依次连接的滤尘器、滤水器、阻火器、压力传感器、流量传感器和电磁阀，电磁阀均与电动微型负压泵连接，控制装置用于控制电动微型负压泵和电磁阀，对气体进行抽取和排放；抽气系统的前端设置有抽气通道、吹扫气体系统的前端设置有抽气自动吹扫通道，抽气自动吹扫通道的前端设置有自动反吹装置，校准气体系统前端设置有自动校准通道，电动微型负压泵后端设有出气孔，控制装置通过信号线接入工控机。煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元包括760nm波长的O2气体激光光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置，其特征在于：包括煤自燃多路束管采气与智能控制单元、煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元、防爆外壳；煤自燃多路束管采气与智能控制单元包括多路抽气系统、吹扫气体系统、校准气体系统、控制装置和电动微型负压泵，抽气系统、吹扫气体系统和校准气体系统均包括依次连接的滤尘器、滤水器、阻火器、压力传感器、流量传感器和电磁阀，电磁阀均与电动微型负压泵连接，控制装置用于控制电动微型负压泵和电磁阀，对气体进行抽取和排放；抽气系统的前端设置有抽气通道、吹扫气体系统的前端设置有自动吹扫通道，自动吹扫通道的前端设置有自动反吹装置，校准气体系统的前端设置有自动校准通道，电动微型负压泵后端设有出气孔，控制装置通过信号线接入工控机；煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元包括O2气体激光光谱系统、近红外波长气体激光光谱系统和C2H6气体激光光谱系统；O2气体激光光谱系统包括依次设置的VCSEL激光驱动器、O2激光器、气体吸收池一、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；近红外波长气体激光光谱系统包括依次设置的DFB激光驱动器、近红外DFB气体激光器、光纤分路器、气体吸收池二、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器，数字锁相放大器通过RS485电路与分时复用控制模块连接，C2H6气体激光光谱系统包括依次设置的ICL激光驱动器、C2H6气体激光器、气体吸收池三、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；电动微型负压泵后端的出气孔与气体吸收池一连接，气体吸收池一、气体吸收池二、气体吸收池三的进出口依次串联连接，上述数字锁相放大器将多路数据传输给工控机。...

【技术特征摘要】
1.一种煤自燃多组分指标气体激光光谱动态监测装置，其特征在于：包括煤自燃多路束管采气与智能控制单元、煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元、防爆外壳；煤自燃多路束管采气与智能控制单元包括多路抽气系统、吹扫气体系统、校准气体系统、控制装置和电动微型负压泵，抽气系统、吹扫气体系统和校准气体系统均包括依次连接的滤尘器、滤水器、阻火器、压力传感器、流量传感器和电磁阀，电磁阀均与电动微型负压泵连接，控制装置用于控制电动微型负压泵和电磁阀，对气体进行抽取和排放；抽气系统的前端设置有抽气通道、吹扫气体系统的前端设置有自动吹扫通道，自动吹扫通道的前端设置有自动反吹装置，校准气体系统的前端设置有自动校准通道，电动微型负压泵后端设有出气孔，控制装置通过信号线接入工控机；煤自燃多组分指标气体激光光谱光路与检测单元包括O2气体激光光谱系统、近红外波长气体激光光谱系统和C2H6气体激光光谱系统；O2气体激光光谱系统包括依次设置的VCSEL激光驱动器、O2激光器、气体吸收池一、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；近红外波长气体激光光谱系统包括依次设置的DFB激光驱动器、近红外DFB气体激光器、光纤分路器、气体吸收池二、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器，数字锁相放大器通过RS485电路与分时复用控制模块连接，C2H6气体激光光谱系统包括依次设置的ICL激光驱动器、C2H6气体激光器、气体吸收池三、光电探测器、前置放大器和数字锁相放大器；电动微型负压泵后端的出气孔与气体吸收池一连接，气体吸收池一、气体吸收池二、气体吸收池三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，西安捷锐消防科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61