1、安全監測監控系統中傳感器的應用問題監測監控系統中傳感器的應用問題xxx自動化 09020906050xxx摘要對煤礦井下危險源進行實時監測和預警，是煤礦最早關注的項目。眾所周知，傳感器的性能是煤礦監測監控系統能否正確反映被測環境和設備參數的關鍵。如今，與監測監控系統配接的傳感器已成為礦井瓦斯綜合治理和災害預測的關鍵技術裝備并越來越受到使用單位和研究人員的普遍重視。關鍵詞：監測監控系統；甲烷；氣體傳感器abstractto the coal mine underground hazards for real-time monitoring and earlywarning, is the fir

2、st coal mine on the project. as is known to all, theperformance of the sensor is mine monitoring system can correctly reflect themeasured environment and equipment parameters of the key. nowadays, andmonitoring system adaptor sensor has become mine gas comprehensivemanagement and hazard prediction o

3、f key technology and equipment andmore and more be use the unit and the researchers is paid great attention to.keywords: monitoring and supervision system, methane, gas sensor1綜述我國監測監控技術應用較晚，80年代初，從外國引進了一批安全監控系統，裝備了部分煤礦；在引進的同時，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，先后研制出k系列監控系統，在我國煤礦己大量使用。實踐表明，安全監控系統為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的

4、作用。但由于當時相當一部分監控系統由于技術水平低、功能和擴展性能差、現場維修維護和技術服務跟不上等原因，均己淘汰或者停產。因此造成相當一部分礦井無法繼續正常使用已裝備的系統。特別是近年來由于老系統服務年限將至，己無繼續維修維護的必要，系統血臨更新改造的機遇。而在這個過程中瓦斯傳感器技術成為了發展的瓶頸。2現狀闡述目前，對甲烷的檢測方法主要有載體催化法、半導體氣敏傳感器法、吸收型光纖傳感器法、電化學法以及紅外光譜法。在深入調研（圖書館相關書籍及網絡資源）后，筆者結合所選報的研宄生階段專業，提出傳感器在安全監測監控系統中應用存在的以下問題：2.1某些傳感器（如瓦斯傳感器）的穩定性還不能滿足用戶的需

5、要傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監測監控系統能正確反映被測環境和設備參數的關鍵技術和產品。目前國內開發生產的傳感器與國外同類產品相比還有很大差距，據統計，國產安全檢測用甲烷傳感器幾乎全部采用載體催化元件，然而，長期以來我國載體催化元件一直存在使用壽命短、工作穩定性差和調校期頻繁的缺點，嚴重制約著礦井瓦斯的正常檢測，與國外同類傳感器比較差距較大。此外還有抗高濃沖擊性能差，抗中毒性能差，載體催化元件制作工藝水低，元件一致性差等問題。2.2現有傳感器及執行機構一般采用星形結構與監控分站連接這種結構（除個別系統外），雖然可使用一根多芯電纜既給傳感器及執 行機構供電，又傳遞信號，但由于電纜復用率低，需鋪設

6、大量的電纜，導致系統投資大，維護不便。2.3現有傳感器及執行機構一般需經監控分站接人系統這樣（個別除外），雖然便于監控分站實現就地控制，但當個別傳感器 和執行機構距離監控分站較遠、距離系統電纜較近時，就顯得十分不合理，既不便于系統維護，又增加了系統電纜投資。2.4很難實現傳感器及執行機構的電纜多路復用現有傳感器輸出信號為模擬信號（頻率型、電流型和電壓型）和開關量信號，采用模擬信號和開關量信號2.5現有傳感器的電路均針對某一種傳感元件設計僅能實現標校、顯示、聲光報警等基本功能，不能實現同一電路可以 配接不同傳感器（如監測甲烷濃度的元件，監測溫度的元件等）的功能，不 便于用戶維護。2.6現有傳感器

7、不能實現多參數監測若研制多參數傳感器，如甲烷和風速二參數傳感器，既能測出監測點甲烷濃度，又可測出監測點風速，便于通風調度;一氧化碳和溫度二參數傳感器，既能測出監測點的一氧化碳濃度，又可測出監測點的溫度，便于監測白然發火情況。這樣，可以減少傳感器的數量，降低設備成本，便于安裝與維護。2.7井下信息傳輸設備物理接口協議不規范井下信息傳輸設備物理接口協議不規范也是制約用戶進一步補套和擴充系統功能的關鍵因素。如icif2000和kj4/kj2000系統，盡管兩種系統 均采用fsk技術，以及信息傳輸波特率均為1200bps或2400bps,但其傳輸信息的調制頻率不同和傳輸信息的收發電壓幅值不同也造成這兩

8、種系統的分站不能兼容。3未來傳感器發展趨勢3.1新材料開發傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，是傳感器技術升級的重要支撐。 近年來，碳納米管在半導體甲烷傳感器方面也得到了應用.valentini等發現 當碳納米管壁出現了拓撲缺陷時，氧分子就會發生化學吸附.吸附的氧分 子作為電子供體對碳納米管進行施主摻雜，其電導型從p型變成n型，而在 釋放氣體狀態下則呈現p型半導體性質.因此，碳納米管制備的敏感材料 在室溫下就可以對甲烷進行檢測.lu等將納米pd沉積在單壁碳納米管上, 在室溫下檢測了 6looppm的甲烷，和傳統的傳感器相比具冇較大優勢.微生物傳感器是一種間接檢測甲烷的方法.它的原理是甲烷氧化菌利

9、用甲烷是一個耗氧的過程,分別采用溶氧電極和氣敏氧電極，利用耗氧量 來間接測定甲焼，已報道的用于甲烷傳感器的微生物有methylosinus richosporium、methylomonas flagellata,初步進行了水域和稻田甲院含量的 測定。趙春貴等發現了一株能利用甲烷的me16菌株，分析初步鑒定me16 菌株是銅綠假單胞菌，并利用電化學方法初步研宂了 me16固定化細胞體 系中不同含量甲烷對溶氧的響應時間以及溶氧變化與甲烷含量的關系，甲 烷含量在016%呈線性關系，以太鋼集團提供的5%標準甲烷氣體為樣品經多次測量，測定結果與樣品含量吻合，重復性好，為礦坑瓦斯氣體微生物甲烷傳感器的進

10、一步研究奠定了基礎。3.2新工藝的采用新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發展新興傳感器聯系特別密切的微細加工技術。該技術又稱微機械加工技術，是近年來隨著集成電路工藝發展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技術，目前己越來越多地用于傳感器領域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學氣體淀積(cvd)、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今己有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內外報道。3.3集成化、多功能化、智能化傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，ccd圖象傳感器就屬于這種情

11、況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償等環節一體化，組裝成一個器件。隨著集成化技術的發展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現，有的已經成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發展快、應用廣。傳感器的多功能化也是其發展方向之一。所謂多功能化的典型實例，美國某大學傳感器研究發展屮心研制的單片硅多維力傳感器可以同時測 量3個線速度、3個離心加速度(角速度)和3個角加速度。主要元件是由4 個正確設計安裝在一個基板上的懸臂梁組成的單片硅結構，9個正確布置在各個懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產成本，減小體積，而且可

12、以有效的提高傳感器的穩定性、可靠性等性能指標。把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數的測量外，還可對這些參數的測量結果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統的整體狀態。由上還可以看出，集成化對固態傳感器帶來了許多新的機會,同時它也是多功能化的基礎。傳感器與微處理機相結合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導體集成化技術把傳感器部分與信號預處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規模集成智能傳感器。可以說智能傳感器是傳感器技術與大規模集成電路技術相結合的產物，它的實現將取決于傳感技

13、術與半導體集成化工藝水平的提高與發展。這類傳感器具冇多能、高性能、體積小、適宜大批量生產和使用方便等優點,可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。3.4智能材料及生物體材料智能材料是指設計和控制材料的物理、化學、機械、電學等參數，研制出生物體材料所具有的特性或者優于生物體材料性能的人造材料。有人認為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環境的判斷可自適應功能;具備白診斷功能;具備白修復功能;具備白增強功能（或稱時基功能。生物體材料的最突出特點是具有時基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環境并習慣了此環 境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應環境調節其

14、靈敏度。除了生物體材料外，最引人注冃的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發展。4結論綜上所述，在我國煤礦安全事故中，瓦斯爆炸造成的傷亡人數占所有重大事故傷亡人數的50%以上，成為煤礦生產的最大障礙。礦井中瓦斯的主要成分是甲烷，約占83%89%。瓦斯超限就意味著事故，所以及時檢測甲烷的產生源、泄露源及濃度，對工礦安全運行、人身安全及環境保護有著十分重要的作用。研制一種低成本、高靈敏度、選擇性好，并且小型、低耗、集成的瓦斯傳感器，才能夠實時、在線的對礦井中瓦斯氣體進行監測，有效的控制和減少瓦斯重人事故的發生，確保礦井的正常生產和礦工的生命安全。參考文獻1 趙春貴，鄭軍，溫廣明，等.一株甲烷利用菌的分離及其在甲烷氣體測定中的應用d.微生物學報,2008, 48(