礦用傳感器簡(jiǎn)介

1、第二節(jié)第二節(jié) 礦用傳感器簡(jiǎn)介礦用傳感器簡(jiǎn)介 采掘機(jī)械化方面采掘機(jī)械化方面 隨著綜采機(jī)械化的發(fā)展，目前綜采程度已達(dá)隨著綜采機(jī)械化的發(fā)展，目前綜采程度已達(dá)43%43%以上，以上，電牽引采煤面已投入使用。綜采設(shè)備電氣控制與檢測(cè)較普電牽引采煤面已投入使用。綜采設(shè)備電氣控制與檢測(cè)較普遍采用電壓、電流檢測(cè)。少數(shù)遍采用電壓、電流檢測(cè)。少數(shù)采煤機(jī)采煤機(jī)具備速度、功率、油具備速度、功率、油溫的傳感器及其檢側(cè)器。溫的傳感器及其檢側(cè)器。礦用傳感器現(xiàn)狀礦用傳感器現(xiàn)狀 礦山固定設(shè)備方面礦山固定設(shè)備方面 提升安全運(yùn)行，以微機(jī)為核心的提升機(jī)后備保護(hù)裝置的開發(fā)提升安全運(yùn)行，以微機(jī)為核心的提升機(jī)后備保護(hù)裝置的開發(fā)得到迅速發(fā)展，

2、提升機(jī)控制使用了行程位置傳感器、提升機(jī)深度得到迅速發(fā)展，提升機(jī)控制使用了行程位置傳感器、提升機(jī)深度指示器、提升機(jī)過(guò)卷保護(hù)器、電壓、電流變送器、功率變送器、指示器、提升機(jī)過(guò)卷保護(hù)器、電壓、電流變送器、功率變送器、防爆磁性開關(guān)等。防爆磁性開關(guān)等。 風(fēng)機(jī)、水泵微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已投入使風(fēng)機(jī)、水泵微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已投入使用。用。 目前使用的傳感器有目前使用的傳感器有: :電壓、電流功率變送器、負(fù)壓、風(fēng)速、電壓、電流功率變送器、負(fù)壓、風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、水泵效率檢測(cè)、水倉(cāng)水位、壓力、二級(jí)排氣溫度定點(diǎn)式、轉(zhuǎn)速、水泵效率檢測(cè)、水倉(cāng)水位、壓力、二級(jí)排氣溫度定點(diǎn)式、風(fēng)包定點(diǎn)、軸承定點(diǎn)式

3、溫度、自動(dòng)風(fēng)門傳感器等。風(fēng)包定點(diǎn)、軸承定點(diǎn)式溫度、自動(dòng)風(fēng)門傳感器等。礦用傳感器現(xiàn)狀礦用傳感器現(xiàn)狀 煤礦電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)方面煤礦電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)方面 目前使用的傳感器有目前使用的傳感器有:電壓、電流變送器、有功功電壓、電流變送器、有功功率變送器、功率因數(shù)傳感器。率變送器、功率因數(shù)傳感器。礦用傳感器現(xiàn)狀礦用傳感器現(xiàn)狀礦井環(huán)境、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)方面礦井環(huán)境、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)方面 傳感器是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化必不可少的部份。監(jiān)傳感器是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化必不可少的部份。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器齊全程度及系列產(chǎn)品已具備相當(dāng)水平，井下測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器齊全程度及系列產(chǎn)品已具備相當(dāng)水平，井下機(jī)電

4、設(shè)備開機(jī)電設(shè)備開/ /停檢測(cè)，由稱重傳感器、測(cè)速傳感器等組成的礦用停檢測(cè)，由稱重傳感器、測(cè)速傳感器等組成的礦用微機(jī)皮帶秤，監(jiān)測(cè)料倉(cāng)料位的超聲波料位計(jì)，本安電容液位計(jì)，微機(jī)皮帶秤，監(jiān)測(cè)料倉(cāng)料位的超聲波料位計(jì)，本安電容液位計(jì)，使用于機(jī)電設(shè)備外殼溫度檢測(cè)的溫度傳感器、環(huán)境溫度、高低濃使用于機(jī)電設(shè)備外殼溫度檢測(cè)的溫度傳感器、環(huán)境溫度、高低濃度瓦斯、水壓、超聲風(fēng)速、供電狀態(tài)、饋電開關(guān)、超聲計(jì)數(shù)、一度瓦斯、水壓、超聲風(fēng)速、供電狀態(tài)、饋電開關(guān)、超聲計(jì)數(shù)、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、負(fù)壓、煙霧、風(fēng)門開關(guān)等幾十種傳感氧化碳、二氧化碳、氧氣、負(fù)壓、煙霧、風(fēng)門開關(guān)等幾十種傳感器。器。礦用傳感器現(xiàn)狀礦用傳感器現(xiàn)狀礦并運(yùn)

5、輸自動(dòng)化方面礦并運(yùn)輸自動(dòng)化方面 我國(guó)井下主煤運(yùn)輸還是以軌道運(yùn)輸為主，礦用電機(jī)車行車安全檢我國(guó)井下主煤運(yùn)輸還是以軌道運(yùn)輸為主，礦用電機(jī)車行車安全檢測(cè)裝置中使用了速度、里程累計(jì)、電池容量、電池電壓、超速報(bào)警、測(cè)裝置中使用了速度、里程累計(jì)、電池容量、電池電壓、超速報(bào)警、架線電壓監(jiān)測(cè)等傳感器。架線電壓監(jiān)測(cè)等傳感器。 8080年代以后，隨著工作面產(chǎn)量日益增加，在一些大中型礦井中主年代以后，隨著工作面產(chǎn)量日益增加，在一些大中型礦井中主煤運(yùn)輸逐步被膠帶輸送機(jī)所代替，備有打滑、跑偏、斷帶、縱撕、煤運(yùn)輸逐步被膠帶輸送機(jī)所代替，備有打滑、跑偏、斷帶、縱撕、物料探測(cè)、堆煤、煙霧、溫度物料探測(cè)、堆煤、煙霧、溫度( (

6、軸承、環(huán)境軸承、環(huán)境) )、速度、防塵灑水、滅、速度、防塵灑水、滅火灑水等門類齊全的保護(hù)裝置，真空開關(guān)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、沿線緊急火灑水等門類齊全的保護(hù)裝置，真空開關(guān)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、沿線緊急閉鎖保護(hù)、電機(jī)電流檢測(cè)等功能，選配有超聲料位計(jì)、電子膠帶秤閉鎖保護(hù)、電機(jī)電流檢測(cè)等功能，選配有超聲料位計(jì)、電子膠帶秤或核子膠帶秤等設(shè)備，并有多種故障保護(hù)功能。每種傳感器都有相或核子膠帶秤等設(shè)備，并有多種故障保護(hù)功能。每種傳感器都有相應(yīng)的開關(guān)量或模擬量輸出，使系統(tǒng)功能更加完善。應(yīng)的開關(guān)量或模擬量輸出，使系統(tǒng)功能更加完善。礦用傳感器現(xiàn)狀礦用傳感器現(xiàn)狀 傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)，而礦用傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦自動(dòng)

7、化技術(shù)的基礎(chǔ)，而礦用傳感器的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)煤礦自動(dòng)化發(fā)展的需要。傳感器的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)煤礦自動(dòng)化發(fā)展的需要。當(dāng)今世界，由于微電子學(xué)和微處理機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今世界，由于微電子學(xué)和微處理機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，用微電子集成芯片組成的電子計(jì)算機(jī)、以微型機(jī)為中用微電子集成芯片組成的電子計(jì)算機(jī)、以微型機(jī)為中心的工業(yè)過(guò)程控制、以分布式測(cè)量組成的多機(jī)系統(tǒng)以心的工業(yè)過(guò)程控制、以分布式測(cè)量組成的多機(jī)系統(tǒng)以及區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，已在各行各業(yè)領(lǐng)風(fēng)騷。及區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，已在各行各業(yè)領(lǐng)風(fēng)騷。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 舉例舉例 采煤機(jī)機(jī)組位置檢測(cè)傳感器，采用微機(jī)芯片后，不僅可采煤機(jī)機(jī)組位置檢測(cè)傳感器

8、，采用微機(jī)芯片后，不僅可檢測(cè)機(jī)組位置，還可顯示走行方向、走行速度、每班的檢測(cè)機(jī)組位置，還可顯示走行方向、走行速度、每班的割煤量等；割煤量等； 膠帶電子秤除單一顯示累計(jì)運(yùn)輸量外，還可顯示瞬時(shí)運(yùn)膠帶電子秤除單一顯示累計(jì)運(yùn)輸量外，還可顯示瞬時(shí)運(yùn)量、最大運(yùn)量、平均運(yùn)量，自動(dòng)校正自重減少計(jì)量誤差；量、最大運(yùn)量、平均運(yùn)量，自動(dòng)校正自重減少計(jì)量誤差； 煤倉(cāng)超聲波料位計(jì)增加，排除干擾信號(hào)、進(jìn)行各種參數(shù)的修正，煤倉(cāng)超聲波料位計(jì)增加，排除干擾信號(hào)、進(jìn)行各種參數(shù)的修正，并可自動(dòng)報(bào)警，一臺(tái)主機(jī)可帶多個(gè)探頭等功能；并可自動(dòng)報(bào)警，一臺(tái)主機(jī)可帶多個(gè)探頭等功能； 提升機(jī)的行程位置傳感器不但顯示箕斗的位置，還可計(jì)算出箕斗提升機(jī)

9、的行程位置傳感器不但顯示箕斗的位置，還可計(jì)算出箕斗的運(yùn)行速度，根據(jù)給定的速度運(yùn)行圖，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度以達(dá)到的運(yùn)行速度，根據(jù)給定的速度運(yùn)行圖，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度以達(dá)到縮短運(yùn)行周期，提高運(yùn)量并能自動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)確停車的效果?？s短運(yùn)行周期，提高運(yùn)量并能自動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)確停車的效果。 電參數(shù)智能化傳感器不僅可測(cè)出電流、電壓、有功功率、無(wú)功功電參數(shù)智能化傳感器不僅可測(cè)出電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率，還可提供短路、過(guò)載，斷相以及相位保護(hù)等；即使是一臺(tái)簡(jiǎn)率，還可提供短路、過(guò)載，斷相以及相位保護(hù)等；即使是一臺(tái)簡(jiǎn)單的速度傳感器，智能化后便可測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期、累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)并且大大單的速度傳感器，智能化后便可測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期、累計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)并且大大

10、擴(kuò)展了測(cè)量范圍。擴(kuò)展了測(cè)量范圍。 礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 礦用傳感器應(yīng)提供新品、產(chǎn)品系列化、高功能、智能化礦用傳感器應(yīng)提供新品、產(chǎn)品系列化、高功能、智能化等來(lái)滿足發(fā)展的需要，與煤礦重要的機(jī)電設(shè)備有機(jī)結(jié)合等來(lái)滿足發(fā)展的需要，與煤礦重要的機(jī)電設(shè)備有機(jī)結(jié)合形成新一代的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。形成新一代的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。 例如：例如： 采煤機(jī)，配雙向傾抖度、煤巖分界、油量、油壓、油采煤機(jī)，配雙向傾抖度、煤巖分界、油量、油壓、油溫、軸承溫度、電流、電壓、振動(dòng)等，并與微機(jī)組成健溫、軸承溫度、電流、電壓、振動(dòng)等，并與微機(jī)組成健康檢測(cè)及故障診斷使采煤機(jī)更新?lián)Q代。同樣對(duì)液壓支架、康檢測(cè)及故障診斷使采煤機(jī)更新?lián)Q

11、代。同樣對(duì)液壓支架、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行開發(fā)，使工作面順槽控制得以實(shí)運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行開發(fā)，使工作面順槽控制得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)。 礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 機(jī)器人開發(fā)機(jī)器人開發(fā) 煤炭工業(yè)是多種技術(shù)綜合應(yīng)用的行業(yè)，工種多且作業(yè)復(fù)雜，可煤炭工業(yè)是多種技術(shù)綜合應(yīng)用的行業(yè)，工種多且作業(yè)復(fù)雜，可供選擇機(jī)器人作為開發(fā)的目標(biāo)產(chǎn)品，其選擇范圍寬，自由度大，如供選擇機(jī)器人作為開發(fā)的目標(biāo)產(chǎn)品，其選擇范圍寬，自由度大，如掘進(jìn)、采煤、鑿巖、支護(hù)噴漿、水采、消防、救災(zāi)等機(jī)器人。掘進(jìn)、采煤、鑿巖、支護(hù)噴漿、水采、消防、救災(zāi)等機(jī)器人。 機(jī)器人開發(fā)特點(diǎn)不表現(xiàn)在機(jī)械本身，而主要是完善的傳感器及機(jī)器人開發(fā)特點(diǎn)不表現(xiàn)在機(jī)械本身，而

12、主要是完善的傳感器及完整的軟硬件，實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人采煤要研制在規(guī)律和不穩(wěn)定煤層中制完整的軟硬件，實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人采煤要研制在規(guī)律和不穩(wěn)定煤層中制導(dǎo)機(jī)器的傳感器。導(dǎo)機(jī)器的傳感器。 機(jī)器人內(nèi)部傳感器是用于檢測(cè)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境，需要使用各門機(jī)器人內(nèi)部傳感器是用于檢測(cè)對(duì)象和作業(yè)環(huán)境，需要使用各門類各品種傳感器、如加速度、速度、線位移、角位移等內(nèi)部傳感器，類各品種傳感器、如加速度、速度、線位移、角位移等內(nèi)部傳感器，視覺(jué)、聽覺(jué)等非接觸外部傳感器，接觸、壓覺(jué)、滑覺(jué)、硬覺(jué)等接觸視覺(jué)、聽覺(jué)等非接觸外部傳感器，接觸、壓覺(jué)、滑覺(jué)、硬覺(jué)等接觸外部傳感器。外部傳感器。 礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 高精度、微型化、集成化、數(shù)字化

13、、智能高精度、微型化、集成化、數(shù)字化、智能化，已成為發(fā)展傳感器技術(shù)總的途徑和趨化，已成為發(fā)展傳感器技術(shù)總的途徑和趨勢(shì)。勢(shì)。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 高精度高精度 為了提高煤礦環(huán)境的測(cè)控精度，必須使傳感器的精度盡可能地高，例如CO傳感器，希望測(cè)試精度能優(yōu)于士l，風(fēng)速傳感器的精度要求優(yōu)于2。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 微型化微型化 微型化傳感器主要由硅材料構(gòu)成微型化傳感器主要由硅材料構(gòu)成, , 具有體積小、重具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。其核心量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。其核心技術(shù)是研究微電子和微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)技術(shù)是研究微電子和微機(jī)械加工與封裝

14、技術(shù)的巧妙結(jié)合合, , 期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。它對(duì)于經(jīng)常變換作業(yè)場(chǎng)所的煤炭企業(yè)，易于型系統(tǒng)。它對(duì)于經(jīng)常變換作業(yè)場(chǎng)所的煤炭企業(yè)，易于搬遷、移動(dòng)，更具特殊意義。搬遷、移動(dòng)，更具特殊意義。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 集成化集成化 兩個(gè)含義：第一是將傳感器與放大器、檢測(cè)電路等集兩個(gè)含義：第一是將傳感器與放大器、檢測(cè)電路等集成在同一芯片上成在同一芯片上 既減小體積，又增加抗干擾能力。第二既減小體積，又增加抗干擾能力。第二是將同一類傳感器集成在同一芯片上構(gòu)成多功能傳感器，是將同一類傳感器集成在同一芯片上構(gòu)成多功能傳感器，它可以同時(shí)測(cè)量

15、煤壁、頂?shù)装宓缺砻鏍顩r。它可以同時(shí)測(cè)量煤壁、頂?shù)装宓缺砻鏍顩r。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 數(shù)字化數(shù)字化 數(shù)字化對(duì)數(shù)字式傳感器的研究是很重要的，它可以數(shù)字化對(duì)數(shù)字式傳感器的研究是很重要的，它可以使傳感器直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。使傳感器直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。 礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 智能化智能化 定義：指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存定義：指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。 這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的

16、綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來(lái)探測(cè)壓力參數(shù)，能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來(lái)探測(cè)壓力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。 采用這種技術(shù)時(shí)可以方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的采用這種技術(shù)時(shí)可以方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺敵鲂盘?hào)進(jìn)行放大、測(cè)量誤差，硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺敵鲂盘?hào)進(jìn)行放大、處理和存儲(chǔ)外，還執(zhí)行與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。

17、處理和存儲(chǔ)外，還執(zhí)行與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。礦用傳感器發(fā)展礦用傳感器發(fā)展 熱導(dǎo)法熱導(dǎo)法 光干涉法光干涉法 紅外光譜系數(shù)法紅外光譜系數(shù)法 超聲波測(cè)量法超聲波測(cè)量法 氣敏半導(dǎo)體法氣敏半導(dǎo)體法 熱載體熱載體 催化元件催化元件檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法 原理原理 熱導(dǎo)率是組成混合氣體的成分及各成分所占百分比的熱導(dǎo)率是組成混合氣體的成分及各成分所占百分比的函數(shù)。因此，測(cè)出氣體的熱導(dǎo)率就可以確定混合氣體的成函數(shù)。因此，測(cè)出氣體的熱導(dǎo)率就可以確定混合氣體的成分。按此原理就可測(cè)量井下氣體中分。按此原理就可測(cè)量井下氣體中CHCH4 4的含量。的含量。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法熱熱導(dǎo)法導(dǎo)法 缺

18、點(diǎn)缺點(diǎn) （1 1）待測(cè)氣體的熱導(dǎo)率與空氣的熱導(dǎo)率相差越遠(yuǎn)，）待測(cè)氣體的熱導(dǎo)率與空氣的熱導(dǎo)率相差越遠(yuǎn)，得到的信號(hào)就越強(qiáng)。得到的信號(hào)就越強(qiáng)。 瓦斯的熱導(dǎo)率近似為空氣熱導(dǎo)率的瓦斯的熱導(dǎo)率近似為空氣熱導(dǎo)率的1.31.3倍，兩者懸倍，兩者懸殊不大，因此用熱導(dǎo)法測(cè)量低濃度瓦斯，傳感器輸出殊不大，因此用熱導(dǎo)法測(cè)量低濃度瓦斯，傳感器輸出的信號(hào)很小，測(cè)量誤差相應(yīng)增加。的信號(hào)很小，測(cè)量誤差相應(yīng)增加。 （2 2）熱導(dǎo)儀器的零點(diǎn)漂移嚴(yán)重，也不適宜測(cè)量低）熱導(dǎo)儀器的零點(diǎn)漂移嚴(yán)重，也不適宜測(cè)量低濃度瓦斯。濃度瓦斯。 一般情況下，熱導(dǎo)儀器常與載體催化型儀器配套一般情況下，熱導(dǎo)儀器常與載體催化型儀器配套使用，用來(lái)測(cè)量使用，用

19、來(lái)測(cè)量% %100% CH100% CH4 4的高濃度瓦斯。的高濃度瓦斯。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法熱熱導(dǎo)法導(dǎo)法 原理原理 利用瓦斯與空氣對(duì)利用瓦斯與空氣對(duì)光線的折射率不同而光線的折射率不同而制成。制成。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法光干涉光干涉法法由光源由光源1 1發(fā)出的光，發(fā)出的光，經(jīng)聚光鏡經(jīng)聚光鏡2 2和狹縫和狹縫3 3到達(dá)到達(dá)平面鏡平面鏡4 4，并經(jīng)其反射，并經(jīng)其反射與折射形成兩束光，分與折射形成兩束光，分別通過(guò)空氣室別通過(guò)空氣室5 5和甲烷和甲烷室室6 6，再經(jīng)折射棱鏡，再經(jīng)折射棱鏡7 7折折射后，兩束光經(jīng)平面鏡射后，兩束光經(jīng)平面鏡4 4反射，一同進(jìn)入反射反射，一同進(jìn)

20、入反射棱鏡棱鏡8 8，再反射給望遠(yuǎn)，再反射給望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)鏡系統(tǒng)9 9。在物鏡的焦。在物鏡的焦平面上產(chǎn)生干涉條紋。平面上產(chǎn)生干涉條紋。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法光干涉光干涉法法 當(dāng)甲烷室與空氣室同時(shí)充入空氣時(shí)，兩束光所經(jīng)過(guò)的當(dāng)甲烷室與空氣室同時(shí)充入空氣時(shí)，兩束光所經(jīng)過(guò)的光程相同，則干涉條紋不產(chǎn)生移動(dòng)。如改變?cè)诩淄槭夜獬滔嗤瑒t干涉條紋不產(chǎn)生移動(dòng)。如改變?cè)诩淄槭抑械臍怏w成分、溫度或壓力，則因折射率改變，光程中的氣體成分、溫度或壓力，則因折射率改變，光程也隨之改變，干涉條紋便會(huì)發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)兩室溫度和也隨之改變，干涉條紋便會(huì)發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)兩室溫度和壓力相等時(shí)，干涉條紋的移動(dòng)量與甲烷濃度成正比。壓

21、力相等時(shí)，干涉條紋的移動(dòng)量與甲烷濃度成正比。測(cè)量這個(gè)移動(dòng)量，便可測(cè)定空氣中的甲烷含量。測(cè)量這個(gè)移動(dòng)量，便可測(cè)定空氣中的甲烷含量。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法光干涉光干涉法法 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 安全可靠、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍廣（安全可靠、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍廣（0 010%10%），成為我國(guó)礦），成為我國(guó)礦井安全檢查員必備的儀器之一。井安全檢查員必備的儀器之一。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 很難把光干涉信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，無(wú)法與監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)很難把光干涉信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，無(wú)法與監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，只能用于個(gè)人攜帶；實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，只能用于個(gè)人攜帶； 當(dāng)待測(cè)氣體中其他成分氣體的百分比變化時(shí)，光干涉條紋位置當(dāng)待測(cè)氣體

22、中其他成分氣體的百分比變化時(shí)，光干涉條紋位置也會(huì)變化，形成較大的測(cè)量誤差。也會(huì)變化，形成較大的測(cè)量誤差。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法光干涉光干涉法法 原理原理 每種氣體對(duì)紅外區(qū)域的光波都一個(gè)或多個(gè)吸收譜線，每種氣體對(duì)紅外區(qū)域的光波都一個(gè)或多個(gè)吸收譜線，甲烷的吸收譜線是甲烷的吸收譜線是3.393.39mm，用氦氖激光器可以獲得穩(wěn)定，用氦氖激光器可以獲得穩(wěn)定的的3.393.39紅外激光。當(dāng)激光穿過(guò)瓦斯氣體時(shí)，將被瓦斯吸紅外激光。當(dāng)激光穿過(guò)瓦斯氣體時(shí)，將被瓦斯吸收，使光強(qiáng)度減弱，根據(jù)光強(qiáng)度的變化情況就可反映出瓦收，使光強(qiáng)度減弱，根據(jù)光強(qiáng)度的變化情況就可反映出瓦斯含量。斯含量。檢測(cè)瓦斯含量的方

23、法檢測(cè)瓦斯含量的方法紅外光紅外光譜系數(shù)法譜系數(shù)法 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 激光瓦斯測(cè)量?jī)x器有很高的靈敏度和選擇性，受氣體激光瓦斯測(cè)量?jī)x器有很高的靈敏度和選擇性，受氣體中其他氣體成分變化的影響小，測(cè)量的準(zhǔn)確度高。中其他氣體成分變化的影響小，測(cè)量的準(zhǔn)確度高。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 只適用于實(shí)驗(yàn)室使用。因?yàn)榧す夤茈妷汉芨?，設(shè)備復(fù)只適用于實(shí)驗(yàn)室使用。因?yàn)榧す夤茈妷汉芨?，設(shè)備復(fù)雜，在井下使用有一定的困難。雜，在井下使用有一定的困難。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法紅外光紅外光譜系數(shù)法譜系數(shù)法 原理原理 根據(jù)超聲波在不同氣體中傳播的速度不同的原理制成。根據(jù)超聲波在不同氣體中傳播的速度不同的原理制成。 在常溫常壓下，聲波在氣體中

24、傳播的速度為在常溫常壓下，聲波在氣體中傳播的速度為k常數(shù)；常數(shù)；m氣體的分子量氣體的分子量mkv1 標(biāo)準(zhǔn)氣體的分子量是標(biāo)準(zhǔn)氣體的分子量是2929，CHCH4 4的分子量是的分子量是1616，根據(jù)超聲，根據(jù)超聲波穿過(guò)氣樣后速度的變化就可測(cè)出氣樣中瓦斯的含量。波穿過(guò)氣樣后速度的變化就可測(cè)出氣樣中瓦斯的含量。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法超聲波超聲波測(cè)量法測(cè)量法 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 對(duì)低濃度瓦斯不靈敏。對(duì)低濃度瓦斯不靈敏。 因此，這類儀器主要在瓦斯抽放管道或高濃度瓦斯檢測(cè)因此，這類儀器主要在瓦斯抽放管道或高濃度瓦斯檢測(cè)中使用。中使用。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法超聲波超聲波測(cè)量法測(cè)量法 原理原理

25、 某些金屬氧化物（如某些金屬氧化物（如SiOSiO2 2及及ZnOZnO等）在等）在600600左右的溫度下，吸附不左右的溫度下，吸附不同的氣體后電阻發(fā)生變化，利用這一原理可實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)量。同的氣體后電阻發(fā)生變化，利用這一原理可實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)量。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 制造簡(jiǎn)單，使用方便制造簡(jiǎn)單，使用方便 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 元件的穩(wěn)定性和選擇性差，對(duì)氣體的分辨力弱。元件的穩(wěn)定性和選擇性差，對(duì)氣體的分辨力弱。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法氣敏半氣敏半導(dǎo)體導(dǎo)體 原理原理 元件內(nèi)部以鉑絲為核心，外部以氧化鋁為載體，載體元件內(nèi)部以鉑絲為核心，外部以氧化鋁為載體，載體上涂有催化劑，當(dāng)鉑絲通過(guò)一定的電流且元件處于

26、含有瓦上涂有催化劑，當(dāng)鉑絲通過(guò)一定的電流且元件處于含有瓦斯的氣體中時(shí)，表面會(huì)產(chǎn)生無(wú)焰燃燒，使鉑絲因溫度升高斯的氣體中時(shí)，表面會(huì)產(chǎn)生無(wú)焰燃燒，使鉑絲因溫度升高而增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的檢測(cè)。而增加，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的檢測(cè)。 目前，低濃度甲烷傳感器均采用這種方法。目前，低濃度甲烷傳感器均采用這種方法。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法熱載體熱載體催化元件催化元件 幾個(gè)概念幾個(gè)概念 白元件：因氧化鋁呈白色，習(xí)慣上稱為白元件；白元件：因氧化鋁呈白色，習(xí)慣上稱為白元件； 黑元件：載體上涂以由活性組分鈀、鉑配制而成的催化黑元件：載體上涂以由活性組分鈀、鉑配制而成的催化劑，由于催化劑呈棕黑色，習(xí)慣上稱之為黑元件。劑，

27、由于催化劑呈棕黑色，習(xí)慣上稱之為黑元件。 沒(méi)有涂催化劑的元件稱之為補(bǔ)償元件或載體元件。沒(méi)有涂催化劑的元件稱之為補(bǔ)償元件或載體元件。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法熱載體熱載體催化元件催化元件 鉑絲催化元件的特點(diǎn)鉑絲催化元件的特點(diǎn) 既是催化劑，又是加熱器，同時(shí)又是感溫元件。既是催化劑，又是加熱器，同時(shí)又是感溫元件。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；穩(wěn)定性好；受硫化物中毒影響小。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；穩(wěn)定性好；受硫化物中毒影響小。 缺點(diǎn)：催化活性低，工作溫度缺點(diǎn)：催化活性低，工作溫度9009001000,1000,升華嚴(yán)重，電升華嚴(yán)重，電阻增加，零點(diǎn)漂移，壽命短。阻增加，零點(diǎn)漂移，壽命短。檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯

28、含量的方法熱載體熱載體催化元件催化元件載體催化元件結(jié)構(gòu)載體催化元件結(jié)構(gòu)鉑絲：加熱，感溫鉑絲：加熱，感溫載體：固定鉑絲，附載載體：固定鉑絲，附載催化劑，傳熱催化劑，傳熱催化劑：催化劑：Pt,Pd,ThPt,Pd,Th催化催化作用，降低甲烷燃燒溫作用，降低甲烷燃燒溫度（度（300300400 400 ）；）；對(duì)靈敏度、穩(wěn)定性、功對(duì)靈敏度、穩(wěn)定性、功耗、壽命有很大改善。耗、壽命有很大改善。黑元件：黑元件：工作元件白元件：白元件：補(bǔ)償元件檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法熱載體熱載體催化元件催化元件檢測(cè)瓦斯含量的方法檢測(cè)瓦斯含量的方法性能比性能比較較2-1 什么是傳感器？其作用是什么？什么是傳感器？

29、其作用是什么？2-2 傳感器主要由哪些部分組成？各部分傳感器主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？的作用是什么？2-3 傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有哪些？傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)主要有哪些？光纖瓦斯傳感器性能比較性能比較實(shí)例1：相位調(diào)制型光纖壓力傳感器光纖傳感器是以光為媒介傳輸信息，以光纖傳感器是以光為媒介傳輸信息，以光纖為傳感元件，對(duì)壓力或溫度的檢測(cè)光纖為傳感元件，對(duì)壓力或溫度的檢測(cè)是通過(guò)干涉條紋與光電檢測(cè)電路配合來(lái)是通過(guò)干涉條紋與光電檢測(cè)電路配合來(lái)完成的。完成的。氦氖激光器發(fā)出的激光經(jīng)透鏡集聚于光耦合器氦氖激光器發(fā)出的激光經(jīng)透鏡集聚于光耦合器中中, ,經(jīng)光耦合器分成兩路光束分別由參考光纖和經(jīng)光

30、耦合器分成兩路光束分別由參考光纖和測(cè)量光纖傳輸，并在終端光耦合器輸出端面形測(cè)量光纖傳輸，并在終端光耦合器輸出端面形成干涉條紋，經(jīng)透鏡成像于探測(cè)器光敏面上。成干涉條紋，經(jīng)透鏡成像于探測(cè)器光敏面上。參考光纖的光程保持不變，而測(cè)量光纖的光程參考光纖的光程保持不變，而測(cè)量光纖的光程隨壓力隨壓力p p的變化而改變。的變化而改變。相位調(diào)制型光纖傳感器參考光纖的光程保持不變參考光纖的光程保持不變, , 而測(cè)量光纖的光程隨壓力而測(cè)量光纖的光程隨壓力p p的的變化而改變。變化而改變。在壓力腔上安裝彈性圓筒在壓力腔上安裝彈性圓筒，在圓筒上繞多圈光纖在圓筒上繞多圈光纖( (約約40405050匝匝) )，構(gòu)成構(gòu)成壓

31、力傳感光纖壓力傳感光纖。在壓力的作用下彈性圓筒的直。在壓力的作用下彈性圓筒的直徑發(fā)生變化徑發(fā)生變化，導(dǎo)致光纖的長(zhǎng)度、直徑和折射率的變化導(dǎo)致光纖的長(zhǎng)度、直徑和折射率的變化，最最終影響光程的變化。顯然終影響光程的變化。顯然，壓力增加時(shí)光程增加壓力增加時(shí)光程增加，反之光反之光程減小。程減小。相位調(diào)制型光纖傳感器 設(shè)兩路光纖的光程差為設(shè)兩路光纖的光程差為，由光程差由光程差導(dǎo)致兩路光波的相位導(dǎo)致兩路光波的相位差差為為 式中式中= = 632632. .8nm8nm，為氦氖激光的波長(zhǎng)；，為氦氖激光的波長(zhǎng)；=SpSp，S S為壓力傳感光纖的轉(zhuǎn)換系數(shù)為壓力傳感光纖的轉(zhuǎn)換系數(shù), ,與傳感光纖的長(zhǎng)度、折射率和橫截

32、面與傳感光纖的長(zhǎng)度、折射率和橫截面積變化有關(guān)。上式說(shuō)明了相位調(diào)制的積變化有關(guān)。上式說(shuō)明了相位調(diào)制的原理。原理。相位調(diào)制型光纖傳感器 干涉條紋的光強(qiáng)干涉條紋的光強(qiáng)I I與相位差與相位差（即光程（即光程差與壓力）的關(guān)系為差與壓力）的關(guān)系為式中式中，I I0 0為平均光強(qiáng)；為平均光強(qiáng)；K K為干涉條紋對(duì)比度。為干涉條紋對(duì)比度。由上式由上式可知：可知：當(dāng)當(dāng)=n( (n = n = 0 0，1 1，2 2，3)3)時(shí)，其干涉光強(qiáng)最大時(shí)，其干涉光強(qiáng)最大為亮條紋；為亮條紋；當(dāng)當(dāng)=(2(2n n +1)+1)/2(/2(n = n = 0 0，1 1，2 2，3)3)時(shí)，干涉時(shí)，干涉光強(qiáng)最小為暗條紋；光強(qiáng)最小

33、為暗條紋；光程差光程差每變化一個(gè)波長(zhǎng)每變化一個(gè)波長(zhǎng)，即壓力，即壓力p p每變化每變化p p= =/ /S S時(shí)，干涉條紋將亮暗相間的變化一次，其光強(qiáng)變化近時(shí)，干涉條紋將亮暗相間的變化一次，其光強(qiáng)變化近似于正弦波。似于正弦波。相位調(diào)制型光纖傳感器u可見，被測(cè)壓力是用干涉條紋作為一把可見，被測(cè)壓力是用干涉條紋作為一把尺子進(jìn)行度量的。尺子進(jìn)行度量的。 若檢測(cè)干涉條紋變化次數(shù)為若檢測(cè)干涉條紋變化次數(shù)為N ,N ,則壓則壓力變化為力變化為式中，式中，q = q = / /S S為光纖壓力傳感器的量化單位。為光纖壓力傳感器的量化單位。相位調(diào)制型光纖傳感器 兩路光波在終端光耦合器處產(chǎn)生干涉條紋，干兩路光波在

34、終端光耦合器處產(chǎn)生干涉條紋，干涉條紋某一點(diǎn)由透鏡經(jīng)狹縫成像于探測(cè)器的光涉條紋某一點(diǎn)由透鏡經(jīng)狹縫成像于探測(cè)器的光敏面上。其干涉條紋的光強(qiáng)分布與信號(hào)檢測(cè)反敏面上。其干涉條紋的光強(qiáng)分布與信號(hào)檢測(cè)反映在此仿真圖。映在此仿真圖。 干涉條紋的亮暗交替變化，相當(dāng)于干涉條紋在干涉條紋的亮暗交替變化，相當(dāng)于干涉條紋在移動(dòng)，光電探測(cè)器輸出的光電信號(hào)的變化波形移動(dòng)，光電探測(cè)器輸出的光電信號(hào)的變化波形與光強(qiáng)變化波形相同。光電探測(cè)器輸出的光電與光強(qiáng)變化波形相同。光電探測(cè)器輸出的光電信號(hào)經(jīng)放大與整形電路后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)。一個(gè)信號(hào)經(jīng)放大與整形電路后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)。一個(gè)脈沖方波對(duì)應(yīng)一個(gè)干涉條紋。脈沖方波對(duì)應(yīng)一個(gè)干涉條紋。 根據(jù)根

35、據(jù)pp= =nqnq，只要檢測(cè)脈沖數(shù)目，只要檢測(cè)脈沖數(shù)目N N，就能計(jì)算壓，就能計(jì)算壓力力p p 。相位調(diào)制型光纖傳感器 現(xiàn)在瓦斯檢測(cè)的方法主要有兩種：一現(xiàn)在瓦斯檢測(cè)的方法主要有兩種：一是利用瓦斯氣體的光譜吸收檢測(cè)濃度；是利用瓦斯氣體的光譜吸收檢測(cè)濃度；二是利用瓦斯?jié)舛群驼凵渎实年P(guān)系用二是利用瓦斯?jié)舛群驼凵渎实年P(guān)系用干涉法測(cè)折射率。干涉法測(cè)折射率。實(shí)例2：光纖瓦斯傳感器 單波長(zhǎng)吸收比較型單波長(zhǎng)吸收比較型 吸收法的基本原理均是基于光譜吸收吸收法的基本原理均是基于光譜吸收, , 不同的物質(zhì)具不同的物質(zhì)具有不同特征吸收譜線。單波長(zhǎng)吸收比較型屬吸收光譜型傳有不同特征吸收譜線。單波長(zhǎng)吸收比較型屬吸收光譜

36、型傳感器，根據(jù)感器，根據(jù)Lambert Lambert 定律定律: : I I= = I I0 0e e-uc-ucL L 其中，其中，I I 、I I0 0 為吸收后和吸收前射線強(qiáng)度，為吸收后和吸收前射線強(qiáng)度，u u為吸收為吸收系數(shù)，系數(shù)，L L 為介質(zhì)厚度，為介質(zhì)厚度，c c 為介質(zhì)的濃度。為介質(zhì)的濃度。 從上式看出，根據(jù)透射和入射光強(qiáng)之比?？梢缘弥?dú)鈴纳鲜娇闯?，根?jù)透射和入射光強(qiáng)之比。可以得知?dú)怏w的濃度。體的濃度。 單波長(zhǎng)吸收比較型原理圖單波長(zhǎng)吸收比較型原理圖 選擇合適波長(zhǎng)的光源。脈沖發(fā)生器使激光器發(fā)出選擇合適波長(zhǎng)的光源。脈沖發(fā)生器使激光器發(fā)出脈沖光，或采用快速斬波器將連續(xù)光轉(zhuǎn)變成脈沖脈

37、沖光，或采用快速斬波器將連續(xù)光轉(zhuǎn)變成脈沖光光( (斬波頻率為數(shù)斬波頻率為數(shù)kHz)kHz)，經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖，并，經(jīng)透鏡耦合進(jìn)入光纖，并傳輸?shù)竭h(yuǎn)處放置的待測(cè)氣體吸收盒傳輸?shù)竭h(yuǎn)處放置的待測(cè)氣體吸收盒, , 由氣體吸收由氣體吸收盒輸出的光經(jīng)接收光纖傳回。干涉濾光片選取瓦盒輸出的光經(jīng)接收光纖傳回。干涉濾光片選取瓦斯吸收率最強(qiáng)的譜線，由檢測(cè)器接收，經(jīng)鎖相放斯吸收率最強(qiáng)的譜線，由檢測(cè)器接收，經(jīng)鎖相放大器后送入計(jì)算機(jī)處理，根據(jù)強(qiáng)度的變化測(cè)量瓦大器后送入計(jì)算機(jī)處理，根據(jù)強(qiáng)度的變化測(cè)量瓦斯?jié)舛?。斯?jié)舛取５诘?節(jié)節(jié) 一氧化碳傳感器一氧化碳傳感器COCO濃度檢測(cè)的意義濃度檢測(cè)的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量

38、的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視，液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來(lái)了方便，也改越重視，液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來(lái)了方便，也改善了城市的環(huán)境，但同時(shí)也給人們帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)，其中一氧善了城市的環(huán)境，但同時(shí)也給人們帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)，其中一氧化碳是最主要的危險(xiǎn)源?；际亲钪饕奈ｋU(xiǎn)源。一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，由于它與人體內(nèi)的血紅蛋白有一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味的氣體，由于它與人體內(nèi)的血紅蛋白有高度的親和力，所以當(dāng)它被吸入人體后，會(huì)爭(zhēng)奪體內(nèi)血液中的氧高度的親和力，所以當(dāng)它被吸入人體后，會(huì)爭(zhēng)奪體內(nèi)血液中的氧形成一氧化碳血紅蛋白，使動(dòng)

39、脈壁缺氧、水腫，阻礙血流通暢，形成一氧化碳血紅蛋白，使動(dòng)脈壁缺氧、水腫，阻礙血流通暢，使人發(fā)生疲倦、氣短、惡心和頭暈眼花等不良癥狀，體內(nèi)吸入過(guò)使人發(fā)生疲倦、氣短、惡心和頭暈眼花等不良癥狀，體內(nèi)吸入過(guò)多一氧化碳時(shí)甚至?xí)?dǎo)致人因缺氧而死亡。另?yè)?jù)多一氧化碳時(shí)甚至?xí)?dǎo)致人因缺氧而死亡。另?yè)?jù)科技日?qǐng)?bào)科技日?qǐng)?bào)報(bào)報(bào)道，經(jīng)醫(yī)學(xué)驗(yàn)證，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度達(dá)到道，經(jīng)醫(yī)學(xué)驗(yàn)證，當(dāng)空氣中一氧化碳濃度達(dá)到35ppm35ppm時(shí)，就會(huì)對(duì)時(shí)，就會(huì)對(duì)兒童智商造成損害。兒童智商造成損害。 同時(shí)，一氧化碳也是一種易燃易爆的危險(xiǎn)氣體，是煤同時(shí)，一氧化碳也是一種易燃易爆的危險(xiǎn)氣體，是煤礦井下是否發(fā)生自燃火災(zāi)的重要標(biāo)志之一。其在空氣礦

40、井下是否發(fā)生自燃火災(zāi)的重要標(biāo)志之一。其在空氣中的閥限值（指在空氣中允許存在的最低濃度為中的閥限值（指在空氣中允許存在的最低濃度為50501010-6-6，爆炸極限為，爆炸極限為12.5%12.5%74%74%。 因此，不論是在煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)因此，不論是在煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)COCO傳感器還傳感器還是對(duì)室內(nèi)及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行是對(duì)室內(nèi)及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行COCO濃度監(jiān)測(cè)和報(bào)警，都成為濃度監(jiān)測(cè)和報(bào)警，都成為保障群眾生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)必不可少的保障群眾生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)必不可少的工作。工作。COCO濃度檢測(cè)的意義濃度檢測(cè)的意義 目前達(dá)到實(shí)用化水準(zhǔn)的目前達(dá)到實(shí)用化水準(zhǔn)的COCO傳感器

41、主要分為金傳感器主要分為金屬氧化物半導(dǎo)體屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)(MOS)型、電化學(xué)固體電解質(zhì)型和型、電化學(xué)固體電解質(zhì)型和電化學(xué)固體高分子電解質(zhì)型等三種類型。其他，電化學(xué)固體高分子電解質(zhì)型等三種類型。其他，如觸媒燃燒型、場(chǎng)效應(yīng)晶體管型及石英晶體諧振如觸媒燃燒型、場(chǎng)效應(yīng)晶體管型及石英晶體諧振型等類型使用較少。型等類型使用較少。COCO傳感器分類傳感器分類金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)(MOS)型型左圖為左圖為MOSMOS傳感器的結(jié)傳感器的結(jié)構(gòu)，包括陶瓷基體、敏構(gòu)，包括陶瓷基體、敏感材料層、加熱器及測(cè)感材料層、加熱器及測(cè)量電極等。其中敏感材量電極等。其中敏感材料采用金屬氧化物粉體料采用

42、金屬氧化物粉體構(gòu)成，如構(gòu)成，如SnOSnO2 2、FeFe2 2O O3 3、氧化銦氧化銦InIn2 2O O3 3、氧化鎢、氧化鎢WOWO3 3、氧化銀、氧化銀AgAg2 2O O等。等。CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理 缺點(diǎn)缺點(diǎn) MOSMOS傳感器已廣泛應(yīng)用于傳感器已廣泛應(yīng)用于COCO的探測(cè)。這種類型的傳感器易受其他的探測(cè)。這種類型的傳感器易受其他還原性氣體如還原性氣體如H2H2、NONO、揮發(fā)性有機(jī)物等的干擾。、揮發(fā)性有機(jī)物等的干擾。 改進(jìn)方法改進(jìn)方法 為了提高選擇性，常采取摻入金屬如銠為了提高選擇性，常采取摻入金屬如銠(Rh)(Rh)、釕、釕(Ru)(Ru)或氧化物如或氧化物如氧化

43、釷（氧化釷（ThO2ThO2）、氧化銻）、氧化銻(SbO3)(SbO3)及氧化鉍及氧化鉍(BiO3)(BiO3)和利用厚、薄膜技術(shù)和利用厚、薄膜技術(shù)制備制備SnO2SnO2敏感層，也有采用氧化鉬（敏感層，也有采用氧化鉬（(MoO3)(MoO3)為敏感材料，再摻雜其他為敏感材料，再摻雜其他金屬觸媒等方法來(lái)提高對(duì)金屬觸媒等方法來(lái)提高對(duì)COCO的選擇性。的選擇性。 金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)(MOS)型型CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理適用范圍適用范圍MOSMOS氣體傳感器具有耐熱性、耐蝕性強(qiáng)，材料成本低廉，元件制氣體傳感器具有耐熱性、耐蝕性強(qiáng)

44、，材料成本低廉，元件制作工藝簡(jiǎn)單，再加上易于與微處理電路組合制成氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或作工藝簡(jiǎn)單，再加上易于與微處理電路組合制成氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或制作成便攜式監(jiān)測(cè)器等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)生產(chǎn)環(huán)制作成便攜式監(jiān)測(cè)器等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中有毒氣體及可燃性、爆炸性氣體的監(jiān)測(cè)。境中有毒氣體及可燃性、爆炸性氣體的監(jiān)測(cè)。金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)(MOS)型型電化學(xué)固體電解質(zhì)型電化學(xué)固體電解質(zhì)型 CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理固體電解質(zhì)型傳感固體電解質(zhì)型傳感器主要以無(wú)機(jī)鹽類器主要以無(wú)機(jī)鹽類如氧化鋯如氧化鋯ZrO2ZrO2、氧、氧化釔化釔Y203Y203、K2CO3K2

45、CO3、氟化鑭氟化鑭LaF3LaF3等為固等為固體電解質(zhì)，加上陰、體電解質(zhì)，加上陰、陽(yáng)極材料組合而成。陽(yáng)極材料組合而成。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 由于無(wú)機(jī)鹽類固體電解質(zhì)在低溫下的電導(dǎo)率極低；且利用電位差由于無(wú)機(jī)鹽類固體電解質(zhì)在低溫下的電導(dǎo)率極低；且利用電位差原理工作；對(duì)于微小溫度的變化并不靈敏，此外還易受其他氣體干擾，原理工作；對(duì)于微小溫度的變化并不靈敏，此外還易受其他氣體干擾，因此并不適合在復(fù)雜場(chǎng)所檢測(cè)因此并不適合在復(fù)雜場(chǎng)所檢測(cè)COCO。 電化學(xué)固體電解質(zhì)型電化學(xué)固體電解質(zhì)型 CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理化學(xué)固態(tài)高分子電解質(zhì)型化學(xué)固態(tài)高分子電解質(zhì)型CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理電化學(xué)固態(tài)高分

46、子電電化學(xué)固態(tài)高分子電解質(zhì)傳感器的感測(cè)原解質(zhì)傳感器的感測(cè)原理與固體電解質(zhì)型類理與固體電解質(zhì)型類似，它利用高分子中似，它利用高分子中的官能基來(lái)傳導(dǎo)離子，的官能基來(lái)傳導(dǎo)離子，可在室溫下工作?？稍谑覝叵鹿ぷ?。 由于高分子可按照設(shè)計(jì)需要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方法由于高分子可按照設(shè)計(jì)需要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的方法( (如枝如枝接、嵌人、交聯(lián)、聚合等接、嵌人、交聯(lián)、聚合等) )進(jìn)行改性，且可常溫工作，因進(jìn)行改性，且可常溫工作，因此該類傳感器目前倍受關(guān)注。此該類傳感器目前倍受關(guān)注。 這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣體傳感器，能檢測(cè)爆炸點(diǎn)以下高濃度這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣體傳感器，能檢測(cè)爆炸點(diǎn)以下高濃度的可燃性氣體，其輸出信號(hào)與氣體濃度成線

47、性關(guān)系，是一種非常的可燃性氣體，其輸出信號(hào)與氣體濃度成線性關(guān)系，是一種非常適合于可燃性氣體適合于可燃性氣體( (如氫氣、天然氣、液化石油氣、酒精等可燃如氫氣、天然氣、液化石油氣、酒精等可燃且易揮發(fā)的有機(jī)溶劑且易揮發(fā)的有機(jī)溶劑) )檢測(cè)的傳感器。檢測(cè)的傳感器。 觸媒燃燒型觸媒燃燒型CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：主要由兩部分組成，一為感測(cè)元件，一為溫度補(bǔ)償元件。主要由兩部分組成，一為感測(cè)元件，一為溫度補(bǔ)償元件。原理：在敏感元件的兩端施加電壓，并以原理：在敏感元件的兩端施加電壓，并以200200400mA400mA的電流使傳的電流使傳感器保持氣體能在催化劑表面燃燒的工作溫度感器保持

48、氣體能在催化劑表面燃燒的工作溫度(300(300400)400)，通，通入可燃性氣體，氣體接觸到傳感器表面的觸媒層而產(chǎn)生氧化反應(yīng)入可燃性氣體，氣體接觸到傳感器表面的觸媒層而產(chǎn)生氧化反應(yīng)放出熱量?？扇夹晕镔|(zhì)的氧化反應(yīng)在觸媒的催化作用下反應(yīng)速率放出熱量。可燃性物質(zhì)的氧化反應(yīng)在觸媒的催化作用下反應(yīng)速率激增，使激增，使PtPt絲的溫度升高，即引起電阻增大，電流下降，此時(shí)元絲的溫度升高，即引起電阻增大，電流下降，此時(shí)元件電橋的輸出端電壓上升，且電壓的大小與感測(cè)氣體的濃度成正件電橋的輸出端電壓上升，且電壓的大小與感測(cè)氣體的濃度成正比。利用此關(guān)系可達(dá)到檢測(cè)比。利用此關(guān)系可達(dá)到檢測(cè)COCO氣體濃度的目的。氣體

49、濃度的目的。 CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管COCO傳感器可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)體管傳感器可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)體管(J-FET)(J-FET)與絕緣柵與絕緣柵極晶體管極晶體管(FET)(FET)或稱金屬氧化物一硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管或稱金屬氧化物一硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)(MOSFET)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管型場(chǎng)效應(yīng)晶體管型CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理根據(jù)以上原理，若有氣體吸附在絕緣層上，并且在絕緣層下的半導(dǎo)體根據(jù)以上原理，若有氣體吸附在絕緣層上，并且在絕緣層下的半導(dǎo)體中產(chǎn)生一電子堆集形成空穴區(qū)時(shí)，則會(huì)影響到電子在通道中的阻力，中產(chǎn)生一電子堆集形成空穴區(qū)時(shí)，則會(huì)影響到電子在通

50、道中的阻力，通過(guò)電路設(shè)計(jì)維持電流不變，則柵極電壓的變化與氣體濃度成一函數(shù)通過(guò)電路設(shè)計(jì)維持電流不變，則柵極電壓的變化與氣體濃度成一函數(shù)關(guān)系，便可達(dá)到檢測(cè)氣體濃度的目的。最新的實(shí)驗(yàn)成果表明，在關(guān)系，便可達(dá)到檢測(cè)氣體濃度的目的。最新的實(shí)驗(yàn)成果表明，在MOSMOS元件的金屬柵表面添加某種氣敏膜，也可以提高元件的金屬柵表面添加某種氣敏膜，也可以提高M(jìn)OSFETMOSFET傳感器對(duì)待定傳感器對(duì)待定氣體的靈敏度。氣體的靈敏度。 石英晶體型石英晶體型 左圖為石英晶體型左圖為石英晶體型COCO傳感傳感器，若在石英晶體上淀積器，若在石英晶體上淀積一層敏感性物質(zhì)，則吸附一層敏感性物質(zhì)，則吸附在敏感材料表面上待測(cè)氣在敏感材料表面上待測(cè)氣體的吸附量與空氣中待測(cè)體的吸附量與空氣中待測(cè)的氣體濃度有關(guān)。利用此的氣體濃度有關(guān)。利用此方式可以通過(guò)測(cè)定諧振頻方式可以通過(guò)測(cè)定諧振頻率的變化來(lái)量測(cè)待測(cè)氣體率的變化來(lái)量測(cè)待測(cè)氣體的濃度。的濃度。 CO傳感器分類及原理傳感器分類及原理表表1 1 主要的氣體敏感元件材料的特性主要的氣體敏感元件材料的特性COCO傳感器分類傳感器分類表表1 1 主要的氣體敏感元件材料的特性主要的