矿用气体传感器远程智能调校系统研究

王素玲

（山西省煤矿节能监测中心，山西太原 030045）

我国是煤炭大国，随着煤炭需求的不断增加，市场对煤矿安全生产提出了更高的要求，然而在煤炭市场价格不断提高的形势下，很多煤矿企业对煤矿安全不重视，一味追求煤矿产量，导致煤矿安全管理缺乏力度，煤矿生产装置不完备，技术化水平以及保障能力有待提高，安全基础亟需增强，生产保障体系的建立健全日益迫切。为了有效地规避这类问题的发生，应该推进煤矿安全监控系统的广泛应用，通过矿用气体传感器不断地加大监测力度，同时应更加积极地通过行之有效的措施调校矿用气体传感器，全面保障井下作业安全性，切实维护工作人员的生命财产安全。

1 智能气体传感器的概念

气体传感器的核心是气敏器件，还包括各种可以成功实现被测气体浓度向电量输出转化的有关装置。现阶段，我国市场上大部分的矿用气体传感器为智能型，与一般的气体传感器不同的是，这种气体传感器还增设了红外线遥控以及智能单元等构件，其系统原理示意图如图1。

图1 智能传感器系统原理示意图

在气敏元件的作用下，检测气体会产生一系列的化学反应，并由此改变内部能量，使电流信号发生改变，由于信号的变化情况异常的微弱[1]，所以一般情况下需要利用信号放大电路来放大信号，同时通过A/D转换功能实现模拟量信号到数字量信号的转化，然后将形成的矩形波信号传递到单片机，对气体浓度值进行精密的检验，通过数码管显示电路得到全面的展示，并由此发出反馈信号。传感器输出信号模式包含频率以及电压或者电流方式，前者具有较高的传输精度，环境适应能力相对突出，具有较好的隔离性，所以其具有无法比拟的优势，一般情况下其应用也相对广泛。

2 传感器调校原理和方法

传感器的调校，即对矿用气体传感器的特性进行评定，对其能否达到有关的标准规范和要求进行判断，并以此为依据来科学合理的校正传感器，具体包含检查其外观、测定以及校正其误差和对测定的时间进行积极的响应等内容。目前我国所采用的安全监控设备中，传感器一般采用遥控校验传感器和手动校验传感器，但是其手段相对比较落后，为了更好地提高安全监控系统的准确性，引进了气体传感器远程智能调校系统。

在选用有关的调校方法、步骤，决定气体传感器检定周期以及确定环境要求的过程中，应该严格按照有关的检定规程展开。气体传感器的调校应该根据其类型的不同选择不同的规程。例如，在调校一氧化碳传感器时，应该选用下列调校方法：首先，应该对相关的标准和环境试验的有关规定进行全面综合的考虑，当没有明确规定时，应该以特定范围的温度、湿度、大气压力为参考条件，并通过有效的措施排除干扰气体对测试造成不良影响的可能性，在检验工作开展之前应该努力的保持仪器运行的稳定性，在试验时杜绝调整状况的发生；其次，应该对试验用的气体不确定度范围进行严格的把握[2]，同时应保障主要仪器的精确度；第三，应仔细的检验仪器的标志以及零部件，减少仪器表面伤痕以及剥落情况存在的可能性，保持紧固件的牢固性以及完好性；第四，在通电并确保传感器工作的稳定性之后，应该参考具体依据对传感器进行三次校准，在零点稳定后，可以以具体的流量规定情况为依据对不同的标准气样进行一定时间的测量，同时应对测量的显示值进行记录，通过三次测量数据的计算求出基本误差。

通过对一氧化碳传感器校正流程的分析可知，记录和计算在传感器的调校工作中扮演着重要的角色，其作用不可或缺。进行调校工作时，由于气体浓度的测量在一定程度上精度较差，精准性很难得到全面的保障，所以一旦发生偏差时，就要开展人工手动调校。校验工作具有较高的劳动强度和较低的安全性，工作效率较低，校验数据的准确性有待进一步的提升。而远程智能调校系统，一方面可以实现远程调校，另一方面也能智能控制气体流量，在存储数据和管理报表方面发挥着重要的作用，所以在一定意义上有利于劳动强度的降低，对调校人员的操作安全性的提升有着重要的积极意义。

3 矿用气体传感器远程智能调校系统设计

3.1 系统开发环境

本文选用的矿用气体传感器远程智能调校系统开发环境为力控组态软件，其组态方式相对灵活多样，开发方法迅捷便利，有利于简化工作流程，促进工作量的大大降低，在控制系统常见问题的解决方面有着重要的作用。组态软件作为一种专用软件，能够在采集数据以及控制过程时，通过对软件工具的合理应用实现资源的优化配置，能够确保软件以及计算机严格按照预先的设置顺利的完成自动化工作，能够切实达到使用者的多元化要求。随着时代的发展，控制系统逐渐实现了封闭模式的高级程度以及自动化的转变，实现了计算机硬件以及软件的有机统一。一般而言，工业控制网络系统主要包含四个层次，具有明显的分布式特征。设备层能够通过不同类型的传感器实现物理信号的转换，控制层能够有效地控制以及监测现场过程，监控层能够对生产过程进行严密的监控，对控制设备进行集中管理，而管理层能够有效地实现数据的查询、统计以及管理[3]。

3.2 系统的需求分析

矿用气体传感器远程智能调校系统的设计是以有关的国家规程为具体依据，其数量以及种类十分的丰富，所以在传感器的调校过程中，为了切实有效地提高传感器的精度以及调校效率，关键就是要以其具体的型号以及种类为依据来全面深入地了解并掌握其调校规程，以切实提高操作的效率和便捷性，大大提高调校效率。一般而言，矿用气体传感器远程智能调校系统功能如下：首先，调校模式的确定应该以调校的目的为依据，传感器种类的选择应该以被检气体为依据；其次，应该通过数据采集单元获取传感器的环境信息和实时数据，及时地传送以及显示数据，使有关的调校人员能够通过计算机对实时状态进行全面的掌握和监测；另外，当被检气体的浓度稳定下来后，应该开展误差分析工作，对红外校正控制流程进行适当的模拟，通过指令的发送进行气体传感器的调校，达到自动闭环控制的目的。

4 总结

总而言之，对矿用气体传感器远程智能调校系统进行深入地研究有着极其重要的意义，这种系统的开发以及广泛应用有利于提高气体传感器调校的自动化水平和效率，还能有效提高传感器的精度，大大减少人力、物力以及时间的不合理耗费，在调校人员操作流程的简化以及工作安全性的提升方面有着突出的作用。所以，应切实发挥调校人员的作用，积极地开展需求分析工作，促进气体传感器调校工作的贯彻落实，不断的开展调研分析和预测，切实地提高设计方案的科学性以及合理性，从而为远程智能调校系统的建立健全奠定坚实的基础。

［1］张雁鹏，田慕琴.矿用气体传感器红外遥控调校［J］.煤矿安全，2013，44（9）：123-125.

［2］田永强，田慕琴.基于FPGA的多路矿用气体传感器智能调校系统［J］.传感器与微系统，2014，33（11）：69-72.

［3］赵耀原，田慕琴，张雁鹏，等.64路矿用气体传感器智能调校检定仪的研究开发［J］.煤炭学报，2014，39（z1）：267-272.