矿道用氨气浓度测量系统设计文献综述
2020-04-14 21:34:57
矿产资源一直是社会经济发展的重要基础物质,矿业对于中国经济建设的贡献和影响都很巨大。中国是矿产资源大国,也是矿业大国,而矿业的安全性，是中国矿业发展的一个重要前提和保证。影响矿道安全的因素众多，其中对于氨气可能引发的安全事故也是不容忽视的。
氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，对空气的相对密度为0.6，易溶于水。当空气中的氨气体积分数达到30%时遇火源有爆炸性。氨气可以吸收皮肤组织中的水分,使组织蛋白变性,组织脂肪皂化,破坏细胞膜结构,对皮肤组织具有腐蚀和刺激作用。人类处于氨气含量为700mg/m3 的环境中持续30min即中毒,而当浓度达到1750~4000mg/m3 则可危及生命。其主要来源与矿道中的火灾、爆炸作业以及部分岩层中氨气的涌出。《煤矿安全规程》规定，矿道空气中氨气的体积分数不得超过0.004%。
随着气体检测报警仪器的发展，气体检测检测报警仪一直不断更新。根据检测对象可分为：氧气检测仪，有毒气体检测报警仪等；从仪器的结构和使用方法上则可划分为半固定悬挂式，个人便携式，智能式和组合式等。
世界各国也都有矿用氨气检测报警系统，例如：德国的MZNOS系统，法国的TF200系统，波兰的DNA6400系统和英国的Senturion-200等。其中有代表性的有美国MSA公司的系统和德国BEBRO公司生产的PROMOS系统。
我国的检测技术起步于上世纪80年代，先后从欧美等国家引进数十套型号不同的安全监测系统。经过消化吸收，先后研制了KJ66，KJ70,KJ80,KJ90,KJ92等型号不同的安全监控系统，并在我国给个矿道取得了广泛的应用。但是我国的矿道依然面临这众多问题。例如兼容性差，诊断能力不好，智能化程度不高。所使用的敏感元件灵敏度不高，稳定性差，使用寿命低等问题。这些问题严重制约这矿业安全监控系统的发展。因此，需要在原来的氨气检测仪器基础上对其改进，提升，使其性能更加灵敏，更加稳定。
而且国内对氨的量值溯源和标准体系的建立起步较晚,因此,对目前市场上在用的各种氨气体分析仪、报警器的管理和监控还存在一定的问题。而对于矿业等作业场所，一般采氨气传感器的检测报警器。按传感器类型的不同可分为红外氨气检测仪、半导体氨气检测仪和电化学氨气检测仪3种。其中 美国的华瑞、德国的西门子、英国的哈奇等厂家生产的红外氨气检测仪的质量得到了市场的认可。美国的英思科、霍尼韦尔及日本的费加罗等国外的厂家生产的半导体氨气检测仪在市场中较流行。德国的德尔格、美国的华瑞和梅思安、法国的奥德姆等厂家生产的电化学氨气检测仪较受欢迎。
2. 研究的基本内容与方案
{title}通过查阅各类参考文献和资料，设计了基于51单片机的矿道用氨气浓度测量系统，其体积小，功耗低，抗干扰能力强。本设计的的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施如下：
1.矿道用氨气浓度测量系统的总体设计：本次设计的任务是设计一个基于氨气传感器的氨气浓度测量系统，实现浓度值的显示，以及当氨气超过一定浓度时，能过及时报警。
2.矿道用氨气浓度测量系统的硬件设计：包括单片机控制电路，传感器电路，信号放大电路，AD转换电路，显示电路和报警电路。
3.矿道用氨气浓度测量系统的软件设计：根据系统的设计原理，实现氨气的数据采集，处理，显示。分别对主程序和子程序进行编程。
4.进行系统调试和仿真。对矿道用氨气浓度测量整个系统进行调试，测试起功能。利用仿真软件进行系统仿真。
本设计拟采用电化学式的氨气传感器，利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的点位，这样，通过待测电流的大小就可以确定待测气体的浓度。氨体通过传感器的电信号由ad转换电路转换为数字量，并且显示，再由系统判断，超限时报警。
| [1] 陈杰 黄鸿.传感器与检测技术，高等教育出版社,2002 [5] 刘崇进，郑大防 气体传感器的发展概况和发展方向[M]，电子工业出版社，2004.5 [6] 张蓬，蒋亮，孙与林 Protel DXP电路设计入门与应用，机械工业出版社，2005.6 [7] 周爱军 基于proteus仿真的51单片机应用，北京理工大学出版社有限责任公司，2018 [9] 李丽荣，张常全，郑建红 51单片机应用设计，北京理工大学出版社，2012 [10]周润景，徐宏伟，丁莉 单片机电路设计、分析与制作，机械工业出版社，2010 [11]罗鹏 氨气电化学传感器的研究[D].南京师范大学，2008 [12]张伟.单片机自动控制系统的可靠性分析[J/OL].集成电路应用,2019(03):54-55[2019-03-11].https://doi.org/10.19339/j.issn.1674-2583.2019.03.017. [14]Devi, A.,Gnanavel, G.,Antoni gracy, G.. MCS-51 microcontroller based industrial automation and control system using CAN protocol[P]. Communications and Signal Processing (ICCSP), 2014 International Conference on,2014. |
矿产资源一直是社会经济发展的重要基础物质,矿业对于中国经济建设的贡献和影响都很巨大。中国是矿产资源大国,也是矿业大国,而矿业的安全性，是中国矿业发展的一个重要前提和保证。影响矿道安全的因素众多，其中对于氨气可能引发的安全事故也是不容忽视的。
氨气是一种无色、有浓烈臭味的气体，对空气的相对密度为0.6，易溶于水。当空气中的氨气体积分数达到30%时遇火源有爆炸性。氨气可以吸收皮肤组织中的水分,使组织蛋白变性,组织脂肪皂化,破坏细胞膜结构,对皮肤组织具有腐蚀和刺激作用。人类处于氨气含量为700mg/m3 的环境中持续30min即中毒,而当浓度达到1750~4000mg/m3 则可危及生命。其主要来源与矿道中的火灾、爆炸作业以及部分岩层中氨气的涌出。《煤矿安全规程》规定，矿道空气中氨气的体积分数不得超过0.004%。
随着气体检测报警仪器的发展，气体检测检测报警仪一直不断更新。根据检测对象可分为：氧气检测仪，有毒气体检测报警仪等；从仪器的结构和使用方法上则可划分为半固定悬挂式，个人便携式，智能式和组合式等。
世界各国也都有矿用氨气检测报警系统，例如：德国的MZNOS系统，法国的TF200系统，波兰的DNA6400系统和英国的Senturion-200等。其中有代表性的有美国MSA公司的系统和德国BEBRO公司生产的PROMOS系统。
我国的检测技术起步于上世纪80年代，先后从欧美等国家引进数十套型号不同的安全监测系统。经过消化吸收，先后研制了KJ66，KJ70,KJ80,KJ90,KJ92等型号不同的安全监控系统，并在我国给个矿道取得了广泛的应用。但是我国的矿道依然面临这众多问题。例如兼容性差，诊断能力不好，智能化程度不高。所使用的敏感元件灵敏度不高，稳定性差，使用寿命低等问题。这些问题严重制约这矿业安全监控系统的发展。因此，需要在原来的氨气检测仪器基础上对其改进，提升，使其性能更加灵敏，更加稳定。
而且国内对氨的量值溯源和标准体系的建立起步较晚,因此,对目前市场上在用的各种氨气体分析仪、报警器的管理和监控还存在一定的问题。而对于矿业等作业场所，一般采氨气传感器的检测报警器。按传感器类型的不同可分为红外氨气检测仪、半导体氨气检测仪和电化学氨气检测仪3种。其中 美国的华瑞、德国的西门子、英国的哈奇等厂家生产的红外氨气检测仪的质量得到了市场的认可。美国的英思科、霍尼韦尔及日本的费加罗等国外的厂家生产的半导体氨气检测仪在市场中较流行。德国的德尔格、美国的华瑞和梅思安、法国的奥德姆等厂家生产的电化学氨气检测仪较受欢迎。
2. 研究的基本内容与方案
{title}通过查阅各类参考文献和资料，设计了基于51单片机的矿道用氨气浓度测量系统，其体积小，功耗低，抗干扰能力强。本设计的的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施如下：
1.矿道用氨气浓度测量系统的总体设计：本次设计的任务是设计一个基于氨气传感器的氨气浓度测量系统，实现浓度值的显示，以及当氨气超过一定浓度时，能过及时报警。
2.矿道用氨气浓度测量系统的硬件设计：包括单片机控制电路，传感器电路，信号放大电路，AD转换电路，显示电路和报警电路。
3.矿道用氨气浓度测量系统的软件设计：根据系统的设计原理，实现氨气的数据采集，处理，显示。分别对主程序和子程序进行编程。
4.进行系统调试和仿真。对矿道用氨气浓度测量整个系统进行调试，测试起功能。利用仿真软件进行系统仿真。
本设计拟采用电化学式的氨气传感器，利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的点位，这样，通过待测电流的大小就可以确定待测气体的浓度。氨体通过传感器的电信号由ad转换电路转换为数字量，并且显示，再由系统判断，超限时报警。
