分布式多点激光甲烷检测系统研究.pdf

第 4 3卷 第 1 O期 2 0 1 7 年 1 O月 工矿 自 动化 I n dus t r y an d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 1 0 Oc t ． 2 O 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 0 0 0 6 5 0 5 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 7 ． 1 0 ． 0 1 3 分布式多点激光甲烷检测系统研究 谭 凯h ， 郭 清华h 。 ， 张远征 。 ， 苟怡 1 ． 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆4 0 0 0 3 9 ； 2 ． 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆4 0 0 0 3 7 摘 要 针 对传 统 甲烷检 测 系统存 在 的 易受环 境影 响 、 检 测精 度低 、 稳 定性 差等 问题 ， 基 于可调谐 半 导体 激 光 吸收 光谱 技 术和 空分 复 用技 术 ， 设 计 了一种 分布 式 多点激 光 甲烷检 测 系统 。该 系统 采 用波 长 1 6 5 3 ． 7 n m 的分布 式反馈 半 导体激 光 器作 为光 源 ； 利 用谐 波检 测 法得 到 二 次谐 波 和一 次谐 波信 号 幅值 比来反 演 甲烷 浓 度 ； 采 用 1分 8光 分束 器 ， 并结合 参 考 气室 实现 多个测 点 甲烷浓 度 的 实时检 测 。在 实验 室环 境 下对该 系统进 行 了测试 ， 结果表明该 系统 测量准确性 高、 稳定性好， 可实现 1 0 k m 范围内测 点的有效覆 盖， 在 2 ． O O ～ 8 5 ． 0 甲烷 浓度 范 围 内， 系统测 量误 差 小于 2 。 关 键 词 激 光 甲烷检 测 ； 分 布 式 多点激 光检 测 ；甲烷 检 测 ；可调谐 半 导体 激光 吸收 光谱 中图分类 号 TD 7 1 2 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 9 2 7 1 4 4 8 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 9 2 7 ． 1 4 4 8 ． 0 1 3 ． h t ml Re s e a r c h o f d i s t r i bu t e d mu l t i p o i nt l a s e r me t h a n e de t e c t i o n s ys t e m TAN Ka i 一， GUO Qi n g h u a 一， ZHANG Yu a n z h e n g 一， GOU Yi 1． CCTEG Cho ng qi n g Re s e a r c h I ns t i t u t e，Cho ng q i ng 4 0 00 3 9，Chi n a；2． St a t e Ke y La bo r a t o r y f o r Ga s Di s a s t e r Mo n i t o r i n g a n d Eme r g e n c y Te c h n o l o g y ，C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 7，Ch i n a Abs t r a c t Fo r p r o bl e m s of b e i n g e a s i l y a f f e c t e d by e n vi r o n m e n t ， l o w de t e c t i o n d e c i s i o n a n d po o r s t a b i l i t y i n t r a d i t i o na l m e t ha ne de t e c t i o n s y s t e m ，a d i s t r i bu t e d m u l t i po i n t l a s e r me t h a ne d e t e c t i o n s y s t e m wa s d e s i g n e d b a s e d o n t u n a b l e d i o d e l a s e r a b s o r p t i o n s p e c t r o s c o p y t e c h n o l o g y a n d s p a c e d i v i s i o n m ul t i p l e xi ng t e c hn ol o gy．The s y s t e m a d o pt s di s t r i bu t e d f e e d ba c k s e mi c on du c t or l a s e r wi t h wa v e l e n gt h o f 1 6 5 3． 7 nm a s l i g ht s o ur c e，us e s r a t i o o f t h e s e c o nd h a r m o ni c a n d t h e f i r s t h a r m o n i c go t t e n by ha r mo ni c d e t e c t i o n t o i n v e r t me t h a n e c o n c e n t r a t i o n，a n d e mp l o y s 1 ／ 8 b e a m s p l i t t e r a n d r e f e r e n c e a i r c h a mb e r t o r e a l i z e r e a l t i me m ul t i p oi n t m e t ha n e c o nc e n t r a t i o n d e t e c t i on．The s ys t e m ha s be e n t e s t e d i n l a b o r a t o r y． The t e s t r e s ul t s s ho w t ha t t he s y s t e m ha s h i gh a c c ur a c y a nd g o od s t a bi l i t y，c a n r e a l i z e m o ni t or i n g po i nt s wi t hi n 1 0 km e f f e c t i ve l y c o ve r e d，a n d me a s ur e m e n t e r r o r i s l e s s t ha n 2 whe n me t ha ne c o nc e n t r a t i o n i s 2． 0 0 一 85． 0 ． Ke y wo r d sl a s e r me t ha ne d e t e c t i on； di s t r i bu t e d m ul t i p oi nt l a s e r de t e c t i on； m e t ha n e de t e c t i o n； t un a bl e di o d e l a s e r a bs or p t i o n s p e c t r os c o py 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 1 0 4 ； 修 回 日期 2 0 1 7 - 0 8 - 2 2 ； 责任编辑 盛男。 基金项 目 国家重点研发计划专项资助项 目 2 0 1 6 YF C 0 8 0 1 4 0 5 。 作者简介 谭凯 1 9 7 7 一 ， 男 ， 重庆人 ， 工程师 ， 从事煤矿检测用仪器仪表研发工作 ， E - ma il 5 4 0 0 3 2 5 q q ． c o rn。 引用格式 谭凯 ， 郭清华 ， 张远征 ， 等． 分布式多点激光 甲烷检测系统研究口] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 O 6 5 6 9 ． TAN Ka i ， GUO Qi n g h u a ， Z HANG Yu a n z h e n g ， e t a 1 ． Re s e a r c h o f d i s t r i b u t e d mu l t i p o i n t l a s e r me t h a n e d e t e c t i o n s y s t e m[ J ] ． I n d u s t r y a n d M i n e Aut o m a t i o n， 2 O 1 7， 4 3 1 0 6 5 - 6 9 ． 6 6 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 0 引言 在中国煤矿安全事故 中， 瓦斯爆炸伤亡人数 占 所有事故的 5 o 以上。甲烷是易燃易爆气体， 是煤 矿瓦斯的主要成分 。利用可靠 、 实时 的传感装最对 甲烷 浓度 进行 准 确 、 及 时地 检测 非常 重要 ， 是确 保煤 矿安 全 生产 的必要 措施 l 1 ] 。 传统甲烷检测系统 主要采用载体催化、 热释电 和红外原理 。基于载体催化原理的甲烷检测系统存 在易受其他气体影 响、 检测 范围窄、 稳定性差等 问 题 ； 基 于热释 电原 理 的 甲烷 检测 系统 存 在 受 环境 温 度影 响 大 、 检 测精 度 低 、 稳 定 性 差 等 问 题 ； 基 于 红外 原 理 的 甲烷 检测 系 统存 在 易 受 烷 烃 气体 干扰 、 受水 气影 响 大 、 稳 定性 差等 问题 【 2 _ 3 _ 。与传统 甲烷 检 测 系 统 相 比 ， 基 于激光 原 理 的 甲烷 检测 系统 具 有 测 量灵 敏度高 、 稳定性好 、 抗干扰性强等优势 ， 正逐步应用 于 煤矿 、 城市 管 廊 等 环 境 中的 甲烷 浓 度 检 测 _ 4 ] 。但 激 光器 价格 昂贵 ， 很 大 程 度 上 限制 了激 光 甲烷 检测 系 统 的推广 应 用 [ 5 _ 6 ] 。本 文 利 用 可 调谐 半 导 体 激 光 吸 收 光 谱 Tu n a b l e Di o d e L a s e r Ab s o r p t i o n S p e c t r o s c o p y ， TD L AS 技 术 和空 分 复 用 技 术 ， 设 计 了一种 分布 式多 点 激 光 甲烷 检 测 系统 ， 可 实 现 多个 区域位 置 甲烷浓 度 的精确 检测 。 1 系统原 理 1 ． 1 甲烷 在近 红 外 区的光谱 吸收 特性 气体分子的吸收光谱 由电子光谱 、 转动光谱和 振 动光 谱 3部分 组 成 ， 与 分 子 的 跃迁 能 级 结 构 相 联 系_ 7 ] 。 甲烷分 子 有 4个 固有 振 动频 率 [ 7 ] ， 每 个 固有 振 动频 率对 应 1个 光 谱 吸 收 区域 ， 甲烷 分 子 在 近 红 外 区 同时有 许 多 泛 频 带 和联 合 带l 8 州。根 据 美 国高 分 辨率 大 气 光 谱 数 据 库 Hi t r a n ， 在 1个 标 准 大 气 压 、 温度为 2 7℃时 ， 甲烷在近红外区的吸收光谱如 图 1 所 示 。 6 蓄s 3 拯1 皋 l 65 0 l 660 l 6 70 l 6 80 l 6 90 l 70 0 波长／ ri m 图 1 甲烷在 近红外 区的吸收光谱 Fi g．1 Ab s o r pt i o n s pe c t r a o f me t ha ne i n ne a r i nf r a r ed r e gi on 由 图 1可 知 ， 甲烷 对 近 红 外 1 6 5 1 ， 1 6 5 3 ． 7 n m 等波长 的光波具有较高的光谱吸收因数 。1 6 5 1 n m 处光谱吸收因数最大， 但与水气 、 其他烷烃气体 的吸 收光谱重叠 ， 因此选择 1 6 5 3 ． 7 n m作为甲烷检测的 吸收 波长 。 1 ． 2气 体 浓 度 检 测 原 理 T DL AS技 术 基 本 原 理 是 基 于 L a mb e r t B e e r 定律 ， 利用半导体激光器 出射光波频率 随驱动电流 可调的特性 ， 通过谐波检测法进行弱信号提取 ， 对待 测气体浓度等参数进行定量精确检测。 当注入 电流以正弦信号对激光器进行调制时， 激光 器 的光强 和波 长会 产生 同步 变化 。考虑 激光 器 出射光波的光谱分布和气体分子 的吸收特性 ， 相应 的 L a mb e r t B e e r 定律 [ 】 为 r J 一 I e x p { --[ 昭 ～ 。 C Lfl a ] J 1 式中 I 为光波被气体吸收后的出射光强 ； 为光 波波长 ； I 为光波入射至气体 的光强； a为气体吸 收光波的比率； g a --A 。 为吸收线性函数 ； 。 为光波 的中心 波长 ； C为气 体浓 度 ； L为 光 波经过 的光程 长 度 ； 为背 景气体 吸 收 函数 。 被 气体 吸收 后 的光 波通 过光 电探 测器 转换 为 电 信号 ， 利用谐波检测法得到二次谐波和一次谐波信 号幅值 比， 可反演得 到光路 中待测气体浓度l 】 ， 从 而有效消除光源功率波动 、 固有噪声等共模噪声引 起 的系 统误 差l 1 。 △一 C 一 D 2 A 1 a ／ A 2 式 中 A ， A 分 别 为 一 次 谐 波 、 二 次 谐 波 的 信 号 幅 值 ； 7 为标 定常数 ， 由激光 器 的工 作 波 长宽 度 和 调制 深 度决 定 ； K。 为 吸收线 性 函数傅 里 叶展开 的二 次项 系数 ； D 为背景 气体 和噪 声 引入 的误 差 。 1 ． 3 光 波 多点复 用技 术 光 波 多点 复 用 技术 将 光 波耦 合 进 1根 光纤 ， 再 针 对不 同空间分 布或 不 同气体 的测 点 ， 通 过 时间 、 波 长 、 频 率等 特征 量实 现 对 不 同 测 点被 测 量 的信 号 幅 值和空间位置的提取 。根据寻址方式的不同， 将 光 波多 点复 用技术 分 为空分 复用 、 时 分复用 、 频 分复用 等多种 方 式[ 1 ] 。空分 复 用 是利 用 光 分 束器 分 光 ， 结合多个光电探测器对每路 待测光信号进行检测 ； 时分复用是利用光开关分时对每路待测光信号进行 检测 ； 频分 复用 是对 同一 传 输 光路 中 的光 波 信 号 按 调制频率差异进行 分段提取 检测_ 】 。在综合考 虑 性能和现场应用 的基础上 ， 选用空分复用技术 ， 其优 点是空间选址结构和控制过程简单 ， 各支路相对独 Ij■ ■■■ ■■ ■■■ ■ - 5●lI l一 2 皇 一 ■ O tt ● l l I ll - _ - 1 ■ 叭 0 2 0 1 7年 第 1 0期 谭 凯等 分 布式 多点 激光 甲烷检 测 系统研 究 6 7 立无 串扰 ， 复 用 的测 点 数 量 由激光 器 能量 及 光 路 损 耗决定 ， 可实现大量测点的复用。 2 系统组 成 分布式多点激光 甲烷检测系统主要 由分布式激 光 甲烷监测主机、 双芯导光光缆和气体探测模块组 成 ， 如 图 2所 示 。 该 系 统 采 用 DF B Di s t r i b u t e d F e e d b a c k ， 分布式反馈 半导体激光器 ， 根据 Hi t r a n 光谱数据库 ， 设定激 光器 中心波长为 1 6 5 3 。 7 n m， 甲烷 对该 波 长 的光 波 吸 收 率 较 强 ， 可 避 免水 气 和其 他烷烃气体的干扰。激光器在驱动和温控模块控制 下 ， 出射特定光谱 的激光光波 。光波经 1分 8光分 束器后 ， 转换成 8路光波 ， 再经过导光光缆传输至甲 烷测量气室 待测点 。光波被甲烷按 比例吸收后 ， 携带信息 的光波 由测量气室中的光纤准直器耦合进 导光光 缆 ， 并 由光 电检 测模 块 中 的 I n Ga As光 电探 测器将光信号转换 成电信号 ， 再 经过信号处理模块 进行放大 、 滤波、 锁相 、 互相关等处理 ， 得到待测信号 的一 次谐 波 和二 次谐 波 波形 ， 再 经数 值 分 析 反 演 得 到待测 甲烷浓 度 。 为提 高 系 统 稳 定 性 ， 系 统 内置 甲 烷浓度恒定的参考气室作为参考光路 ， 用于 自动锁 定激光器出射光波 的中心波长 ， 并根据解算的参考 气室内甲烷浓度对系统检测值进行实时修正r 1 引， 从 而 实现 系 统免标 校 功能 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 镝 筷 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 图 2 分布式 多点激光甲烷检测系统组成 F i g ． 2 Co mp o s i t i o n o f d i s t r i b u t e d mu l t i ～ p o i n t l a s e r 3 系统 测试 在 实验 室环 境下搭 建 实验 平 台对分 布式 多 点激 光甲烷检测 系统性 能进 行测 试 ， 实验 平 台组成 如 图 3所示 。 采用 L a b VI E W 软件编写系统程序 ， 各模 块间通过程序发送数据流进行通信控制 。激光器驱 动信号由 5 Hz 锯齿波与 1 0 k Hz 正弦波叠加而成 ， 以消除激光器 出射波长的随机噪声 。激光器采用精 密仪器进行恒温控制 ， 控制精度为 0 ． 0 1℃。 L a b V I E W系统程序 数据采集卡激光驱动器 光电检测模块 图 3实 验 平 台 组 成 F i g ． 3 Co mp o s i t i o n o f e x p e r i me n t a l p l a t f o r m 系统各支路相对独立 ， 由于气室长度、 光电探测 器等存在差异， 测试前需对各支路测量气室通人氮 气 和 2 O ． 0 标 准 甲烷 进 行 线 性 标 定 。对 系 统 各 支 路 测 量 气 室 分 别 通 入 0 ． 5 O ， 2 ． 0 0 ％ ， 8 ． 0 0 ， 6 0 ． 0 ， 8 5 ． 0 标 准 甲烷 ， 测 试 数 据 见 表 1 ， 可 看 出 系统最大误差小于 1 。 表 1 分布式多点激光 甲烷检测系统线性测试数据 Ta b l e 1 Li n e a r t e s t d a t a o f d i s t r i b u t e d mu l t i p o i n t l a s e r me t h a n e d e t e c t i o n s y s t e m 为测 试 系统在 长 时 间工 作 条 件下 的性 能 ， 每 天 分别 通 入 2 ． O O ， 2 0 ． 0 ， 6 0 ． 0 的标 准 甲烷 进 行 为期 6 0 d的稳定 性测 试 ， 其 中 1 号 支 路 的测试 结 果 如 图 4所 示 。可看 出测 量 值 波 动 范 围较 小 ， 测 量 误 差均 小于 2 。 为测 试 系统在 现 场 应 用 时 的光 纤 带 载 能 力 ， 在 系统 中接 人 1 0 k m 导 光 光 缆 ， 并 分 别 通 入 2 ． o 0 ， 6 0 ． 0 ％， 8 5 ． 0 ％的标准 甲烷 ， 测试 数据见表 2 ， 可看 出 系统测 量误 差小 于 2 。 4 结语 分 布 式多 点激 光 甲烷 检测 系统 由于激光 光谱单 色性好 ， 只对特定光谱 产生反应 ， 避免 了环境 中水 气 、 粉尘的干扰 ； 采用参考气室对激光器进行稳频 ， 可实现系统 自动校准， 保证 了系统的长期稳定性 ； 采 用 1 分 8光分束器 ， 并结合参 考气室进行 7个测点 甲烷浓 度 的实 时检测 ， 降低 了成 本 。测试 结果 表 明 ， 该系统具有测量精度高、 稳定性好等特点 ， 能够满足 煤矿现场多点甲烷浓度实时检测的需求。 6 8 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 2 ．0 5 20 0 嚣1 ．95 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 5 O 5 5 6 O 测试时间／ d a 2 ． 0 0 ％标准甲烷 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4 0 4 5 5 O 5 5 6 O 测试 时间／ d b 2 0 ． 0 标准 甲烷 61 ．0 、 群 。 0 L 5 _L1 0 5 _一2 0 2 5 3 0 3 5 L4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 1 图 4 分布式 多点 激光 甲烷检测系统长期稳定性测试数据 Fi g． 4 Lo ng - t e r m s t a b i l i t y t e s t da t a o f di s t r i b ut e d mu l t i po i n t l a s e r me t ha ne de t e c t i on s ys t e m 表 2 分布式多点激光 甲烷检测 系统带 载 1 0 k m光缆时测试数 据 d e t e c t i o n s y s t e m wi t h 1 0 k m o p t i c a l c a b l e ％ 参 考文献 R e f e r e n c e s [1 ] [ 2] [3 ] [ 4] 张可可． 光谱 吸收式 光纤 气体 检测 理论 及 技术 研究 [ D ] ． 哈 尔滨 哈尔滨工程大学 ， 2 0 1 2 8 - 2 O ． 卢雨 ， 印新 达 ， 于 本化 ， 等． 基 于 T DL AS的时 分复 用 型 甲烷 多 点 监 测 系 统 [ J ] ．电 子 测 试 ， 2 0 1 4 2 3 42 44． LU Yu， YI N Xi nd a，YU Be nhu a，e t a 1 ．A mul t i p oi nt me t h an e s e n s i n g s y s t e m of t i me d i v i s i on mu l t i p l e x i n g b a s e d o n TD L A S[ J ] ．E l e c t r o n i c Te s t ， 2 0 1 4 2 3 4 2 44 ． 孙世岭 ， 龚 仲强 ， 苟怡 ． 基 于激光 光谱 的高温 0 。 浓 度 检测技术研究 [ J ] ． 煤 矿开采 ， 2 0 1 6 ， 2 1 3 1 3 5 1 3 8 ． S UN S h i l i n g。 GONG Zh o n g q i a n g， GOU Yi ． De t e c t i o n t e c h no l o gy o f hi gh t e mpe r a t ur e Oz c o nc e nt r at i o n b a s e d o n l a s e r s p e c t r o s c o p y [ J] ．C o a l Mi n i n g Te c h n o l o g y， 2 0 1 6 ， 2 1 3 1 3 5 1 3 8 ． 邓广福 ， 刘光达 ， 周志坚． 提高可调谐激光光谱 气体检 测精 度 的 研 究 [ J ] ．激 光 与 红 外 ， 2 0 0 8 ， 3 8 5 [5] [6 ] [7 ] [ 8] [9] E l o ] [ 1 1 ] [ 1 2 3 46 Z 一 46 4． DENG Gu a n g f u， LI U Gu a n g d a ， Z HOU Z h i j i a n ． Re s e a r c h on i mpr ov i n g ga s d e t e c t i on pr e c i s i on ba s e d o n t u n a b l e l a s e r s p e c t r o s c o p y [ J ] ． L a s e r a n d I n f r a r e d ， 2 0 0 8， 3 8 5 4 6 2 4 6 4 ． 赵燕杰 ， 王 昌， 刘 统玉 ， 等． 基于光谱 吸 收的光纤 甲烷 监测 系统 在瓦斯 抽采 中的应 用[ J ] ． 光谱 学 与光谱分 析 ， 2 0 1 0， 3 0 1 0 2 8 5 7 - 2 8 6 0 ． Z HAO Ya n j i e ， W ANG Ch a n g， LI U To n g y u，e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n o f o p t i c a l f i b e r me t h a n e mo n i t o r i n g s ys t e m ba s e d o n s p e c t r a l a bs o r p t i o n i n g a s dr a i n a ge [ J ] ．S p e c t r o s c o p y a n d S p e c t r a l An a l y s i s ，2 0 1 0 ， 3 0 1 0 2 8 5 7 - 2 8 6 0 ． MARCHENK0 D， MAND0N J ， CRI S TES CU S M ， e t a 1 ． Qu a n t u m c a s c a d e l a s e r b a s e d s e n s o r f o r d e t e c t i o n o f e x h a l e d a n d b i o g e n i c n i t r i c o x i d e [ J ] ． App l i e d Ph ys i c s BLa s e r s a nd Op t i c s ， 2 01 3， 1 1 1 3 3 59 36 5． CHANG J u n 。 MA Li a n g z h u， LI U To n g y u ， e t a 1 ． Fi b e r op t i c v i b r a t i o n s e ns or b a s e d o13 o v er - c o up l e d f u s e d c o u p l e r [ C ] ／ ／ F u n d a m e n t a l P r o b l e ms o f Op t o e l e c t r o n i c s a nd Mi c r o e l e c t r o ni c s I I I ， Ha r b i n， 2 007 7 6 79 ． 何炜． 混合波分时分复用无源光网络研究与技术 实现 [ D ] ． 武汉 华 中科技大学 ， 2 0 1 0 2 0 ～ 4 8 ． 刘慧军 ， 陶少华 ， 杨兵 初 ， 等． 基 于光谱 吸收率 积分 的 气体浓 度 测 量 方 法 [ ． 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ， 2 0 1 5 ， 3 5 1 2 3 4 9 0 3 4 9 4 ． LI U Hu ij u n， TAO S h a o h u a ，YANG Bi n g c h u， e t a 1 ． Ga s c o nc e nt r a t i o n me a s ur e me n t b a s e d o n t he i n t e gr al v a l u e o f a b s o r p t a n c e s p e c t r u m[ J ] ． S p e c t r o s c o p y a n d Sp e c t r a l An a l y s i s， 2 01 5， 3 5 12 3 49 0 3 49 4． 刘 瑾 ， 杨海 马， 张菁 ， 等． 基于谐 波检测 技术 的多 点光 纤 乙炔气体传感 器[ J ] ． 仪表技术与传感 器 ， 2 0 0 8 6 6 8 7 O． L I U J i n ， YANG Ha l ma ， ZHANG J i n g， e t a 1 ．Fi b e r o p t i c mu l t i p o i n t g a s s e n s o r f o r a c e t y l e n e b a s e d o n f r e qu e nc y mod ul a t i on ha r moni c de t e c t i o n t e c h ni qu e [ J ] ．I n s t r u me n t Te c h n i q u e a n d S e n s o r ， 2 0 0 8 6 6 8 7 O． CHAO X， J EF FRI ES J B， HANS ON R K． Ab s o r p t i o n s e n s or f o r CO i n c omb us t i o n g a s e s us i ng 2 ．3 um t u n a b l e d i o d e l a s e r s [ J ] ．Me a s u r e me n t S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y， 2 0 0 9， 2 0 1 1 4 2 4 4 ． RI EKER G B，J EFF RI ES J B，HANS ON R K． Ca l i b r a t i o n f r e e wa v e l e ngt h mod ul a t i o n s pe c t r o s c op y f o r me a s ur e me n t s of ga s t e mp e r a t ur e a nd c o n c e n t r a t i o n i n h a r s h e n v i r o n m e n t s[ J ] ．Ap p l i e d Op t i c s ， 2 0 0 9， 4 8 2 9 5 5 4 6 ～ 5 5 6 0 ． 4 2 O 8 6 美＼ 嘟 彝 第 4 3卷 第 1 O期 2 0 1 7年 1 O月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ．1 O Oc t ．2 01 7 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 0 0 0 6 9 0 5 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 7 ． 1 0 ． 0 1 4 基于相位差检测的煤岩混合物煤含量判别方法 韩 楠楠 ， 程 园新 。 ， 刘晓 文 ， 赵 端 ， 王 昕 。 1 ． 中国矿业大学 信息与控制工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 矿山互联网应用技术 国家地方联合工程实验室 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 3 ． 中国矿业大学 物联 网 感知矿山 研究 中心，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对现有煤岩混合物煤含量判别方法存在测量时间长、 误差大等 问题 ， 提 出了一种基 于相位差检 测 的煤岩 混合 物 煤含 量判 别 方 法。通过 实验得 到 了煤岩 混 合 物煤 含 量 与 电容之 间的 关 系， 进 而合理 选 取 相 位差检测电路各参数 ， 通过数值模拟和电路仿真分析相位差和煤含量之 间的关 系。结果表 明， 相位差为正 时 ， 煤含 量低 于煤 炭 可 开采 的最低 煤含 量 阈值 ， 相 位 差 为 负时 ， 煤含 量 高于煤炭 可开 采的 最低煤 含量 阈值 ， 通 过检 测相 位 差正 负能准确 地判 断煤 含 量是 否达 到煤 炭 可开采 的 最低 煤含 量 阈值要 求。 关键 词 煤炭 开 采 ；煤 岩混合 物 ； 煤 含 量 ； 相 位 差 中 图分类 号 T D6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 7 0 9 2 7 1 4 5 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 0 9 2 7 ． 1 4 5 1 ． 0 1 4 ． h t ml Co a l c on t e n t r e c o g ni t i o n me t ho d o f c o a l r o c k mi x t ur e b a s e d o n p h a s e d i f f e r e nc e d e t e c t i o n HA N Na nn a n ， 一， CH ENG Yua n xi n ， 一，LI U Xi a o we n ， ZHA O Dua n ， 一， W ANG Xi n ， ， 。 1． Sc h oo l o f I n f o r m a t i on a n d Co nt r o l En gi n e e r i n g，Chi n a Uni v e r s i t y of M i ni n g a n d Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a ；2． Th e Na t i o n a l a n d Lo c a l J o i n t En g i n e e r i n g La b o r a t o r y o f I nt e r ne t Te c hn ol o g y o n M i ne，Xu z h ou 2 2 1 00 8，Chi na；3． I n t e r ne t o f Thi ng s Pe r c e p t i o n Mi n e Re s e a r c h Ce n t e r ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n