一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，涉及仪器科学与技术、控制科学、仪器仪表在线分析技术领域，包括自动进气系统、光谱测量系统、工控机控制系统、数据传输分析系统；自动进气系统用于采集采样点气体；光谱测量系统用于对采样点的样气进行红外光谱测量；工控机控制系统用于对自动进气系统和所述光谱测量系统中的电器元件和阀体进行自动控制，并获取红外光谱的测量数据；数据传输分析系统与工控机控制系统电性连接，并对接收的红外光谱数据进行分析、反馈，本发明专利技术能够实现对井下不同采样点气体的自动采样，通过获取样气的光谱、温度压力数据，实现对井下气体的实时监测与动态显示，能够对井下气体浓度进行快速、准确的分析。准确的分析。准确的分析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统


[0001]本专利技术涉及仪器科学与技术、控制科学、仪器仪表在线分析
，更具体的说是涉及一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统。

技术介绍

[0002]煤矿气体具有必需性、致灾性、预警性特点，准确可靠分析煤矿气体的成分和浓度可以及时的对煤矿安全隐患进行早期预警，进而为救援工作提供及时准确的环境爆炸危险性信息，从根本上防范继发性及次生灾害事故，对保障煤矿安全生产具有重要的理论和现实意义。
[0003]煤矿灾害预警中，常用一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、乙烯、乙炔、丙烯等气体的浓度以及产气速率来对煤炭自燃发火的进程进行预测。煤矿灾害发生后，对封闭的矿井进行管理与启封需要对一氧化碳、乙烯以及乙炔气体进行检测。煤矿发生瓦斯爆炸后，产生的有毒气体有一氧化碳、乙烯以及乙烷等。井下常用六氟化硫作为示踪气体来检查矿井内的通风状况。因此，煤炭自燃发火特征气体的种类有一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、丙烯、六氟化硫、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷以及异丁烷。
[0004]随着制造业与计算机技术的逐步发展，气体检测方法与设备得到了迅速的发展。当前对气体进行定量分析主要以传感器法、色谱分析法和光谱分析法为主。传感器分析技术通常体积小、成本较低，可以检测多种井下环境气体，但普遍存在检测范围窄、测量精度不高、稳定性差、需要定期标校等问题；特别是传感器测量精度受气体交叉干扰和受环境温度影响较大。气相色谱分析技术具有灵敏度高、分离度好、精度高的优点，已经成为煤自然发火标志气体定量分析普遍采用的方法，广泛用于束管监测系统、地面实验室和矿山救援指挥系统中，但是存在分析周期长、需要定期校准更换色谱柱、操作烦琐、需要载气、分析周期长，不能直接应用到煤矿井下爆炸危险环境的缺点，无法适应灾变时期抢险救灾的快速分析。
[0005]相对于其他分析方法，红外光谱分析法对气体进行定量分析时具有分析速度快、分析种类多、运行成本低、操作简单，无污染、可在易燃易爆环境下工作等优点，可实现对煤矿气体的快速、准确分析。
[0006]因此，如何提供一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，旨在解决上述技术问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，包括自动进气系统、光谱测量系统、工控机控制系统、数据传输分析系统；
[0010]所述自动进气系统用于采集采样点气体；
[0011]所述光谱测量系统用于对所述采样点的样气进行红外光谱测量；
[0012]所述工控机控制系统用于对所述自动进气系统和所述光谱测量系统中的电器元件和阀体进行自动控制，并获取所述红外光谱的测量数据；
[0013]所述数据传输分析系统与所述工控机控制系统电性连接，并对接收的所述红外光谱数据进行分析、反馈。
[0014]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述采样点的数量为多个，所述自动进气系统包括束管分线箱、泵体和阀组；所述束管分线箱与多个所述采样点连通，所述泵体和所述阀组将所述采样点的样气流经所述束管分线箱输送至所述光谱测量系统中。
[0015]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述泵体和所述阀组均与所述工控机控制系统电性连接。
[0016]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述光谱测量系统包括背景气体、气体池和红外光谱仪，所述气体池的进气口分别与所述背景气体和所述样气连通，出气口连通的管道中安装有温度压力传感器，所述红外光谱仪用于对所述气体池内部的所述背景气体和所述样气进行红外光谱测量，所述红外光谱仪和所述温度压力传感器均与所述工控机控制系统电性连接；所述气体池双锥形气体池。
[0017]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述背景气体为氮气或氦气等对称性分子气体，浓度为100％。。
[0018]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述自动进气系统还包括除尘除湿装置，所述除尘除湿装置的进口端与所述束管分线箱的出气口连通，出口端与所述气体池的进气口连通，所述除尘除湿装置与所述工控机控制系统电性连接。
[0019]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述工控机控制系统包括工控机，以及与所述工控机电性连接的驱动单元。
[0020]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述工控机获取的所述红外光谱数据转换为吸光度光谱根据式(1)确定：
[0021][0022]式中，Meas为测量的背景气体光谱，Back为测量的采样点样气光谱。
[0023]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，所述吸光度光谱为目标气体浓度，所述工控机获取所述温度压力传感器的温度压力数据，并进行温度压力数据补偿，补偿公式根据式(2)确定：
[0024][0025]式中：
[0026]T1为扫描采样点样气温度传感器获取的气体池附近的温度；
[0027]T2为标定试验时温度传感器获取的气体池附近的温度；
[0028]P1为扫描采样点样气压力传感器获取的气体池附近的气体压力；
[0029]P2为标定试验时压力传感器获取的气体池附近的气体压力；
[0030]c
′
为温度压力补偿后的目标气体的浓度
[0031]优选的，在上述一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统中，还包括供电系统。
[0032]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，本专利技术包括自动进气系统、红外光谱测量系统、工控机控制系统及数据传输分析系统，实现了对井下不同采样点气体的自动采样，通过获取样本的光谱、温度压力数据，利用工控机的控制与数据分析能力实现对井下气体的实时监测与动态显示，能够对井下气体浓度进行快速、准确的分析，对保障井下安全作业具有重大的意义。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0034]图1附图为本专利技术提供的基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统的结构示意图；
[0035]图2附图为本专利技术提供的自动进气系统的结构示意图；
[0036]图3附图为本专利技术提供的红外光谱测量系统的结构示意图；
[0037]图4附图为本专利技术提供的供电系统的结构示意图；
[0038]图5附图为本专利技术提供的基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统的运行流程图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，其特征在于，包括自动进气系统(1)、光谱测量系统(2)、工控机控制系统(3)、数据传输分析系统(4)；所述自动进气系统(1)用于采集采样点(5)气体；所述光谱测量系统(2)用于对所述采样点(5)的样气进行红外光谱测量；所述工控机控制系统(3)用于对所述自动进气系统(1)和所述光谱测量系统(2)中的电器元件和阀体进行自动控制，并获取所述红外光谱的测量数据；所述数据传输分析系统(4)与所述工控机控制系统(3)电性连接，并对接收的所述红外光谱数据进行分析、反馈。2.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，其特征在于，所述采样点(5)的数量为多个，所述自动进气系统(1)包括束管分线箱(11)、泵体(12)和阀组(13)；所述束管分线箱(11)与多个所述采样点(5)连通，所述泵体(12)和所述阀组(13)将所述采样点(5)的样气流经所述束管分线箱(11)输送至所述光谱测量系统(2)中。3.根据权利要求2所述的一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，其特征在于，所述泵体(12)和所述阀组(13)均与所述工控机控制系统(3)电性连接。4.根据权利要求2所述的一种基于红外光谱的煤矿气体在线分析系统，其特征在于，所述光谱测量系统(2)包括背景气体(21)、气体池(22)和红外光谱仪(23)，所述气体池(22)的进气口分别与所述背景气体(21)和所述样气连通，出气口连通的管道中安装有温度压力传感器(24)，所述红外光谱仪(23)用于对所述气体池(22)内部的所述背景气体(21)和所述样气进行红外光谱测量，所述红外光谱仪(23)和所述温度压力传感器(24)均与所述工控机控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，汤晓君，仝昂鑫，史洪洋，李林，马天力，王司令，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：