煤層氣含量快速測定儀的研究.pdf

1、煤層氣又被人們稱作瓦斯氣。煤礦瓦斯事故死亡人數占了煤礦災害事故死亡總人數的90％以上。瓦斯抽放是防治煤礦災害事故的根本措施，此外煤層氣作為一種儲量巨大的新興清潔能源，加快煤層氣的產業(yè)化進程不僅可以使我國的煤礦安全生產水平得到很大提高，而且還可以解決我國的能源安全和環(huán)保問題。通過煤層氣含量的快速測定，可以及時準確地掌握煤層的煤層氣關鍵參數為煤礦的安全生產和煤層氣資源的合理開發(fā)利用提供技術保障。為了實現煤層氣含量相關參數的快速測定，本課題的

2、主要工作是煤層氣含量快速測定儀的設計與研究。
　　本文在討論了煤層氣行業(yè)的研究開發(fā)現狀的基礎上，明確了課題的研究任務。在對比了不同煤層氣測定方法的基礎上，確定出測定儀的核心數學模型。通過分析測定儀的功能需求以及應用場合的特殊要求，制定出測定儀軟硬件方案，完成煤層氣含量快速測定儀的設計制作，在此基礎上的對測定儀進行相關的實驗研究和分析。
　　本文首先分析了測定儀的功能要求和工況環(huán)境要求，規(guī)劃出硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的總體方案，進而

3、對軟硬件系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。通過合理優(yōu)化設計電源系統(tǒng)，解決了儀表的防爆問題和電池的續(xù)航能力問題。對于測定儀來說，氣體流量值的準確測量是保證整個測定儀的結果準確的基礎。通過選用具有熱微橋結構的氣體質量流量傳感器解決了此問題，并通過在軟件設計上對傳感器的數據進行合理的溫度和壓力等環(huán)境參數的補償和矯正來保證流量信息的準確可靠。為保證專業(yè)知識背景不很豐富的井下操作人員能方便的操作儀表，在人機交互設計方面上運用了菜單、圖標、容錯控制等方法來實現具有

4、良好的可操作性的人機交互界面的設計。為了使整個軟件系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定并且增強軟件系統(tǒng)的可移植性，在開源的μC/OS-Ⅱ實時的嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境下對測定儀的軟件程序進行設計及移植。為了使測定儀的歷史數據信息便于進一步的分析處理，不再像傳統(tǒng)儀表那樣是一個信息孤島，設計了 USB通信接口和 PC上位機軟件來實現儀表信息與外界的共享。從可靠性的角度分別對硬件設計和軟件設計進行優(yōu)化，從而實現測定儀的可靠性設計。通過軟件仿真的手段明確軟硬件設計優(yōu)化的