1、精選優質文檔-傾情為你奉上機械波在安全工程方面的應用 我國是產煤大國，目前煤炭在我國的一次能源消費中約占70%左右，在我國經濟和社會發展中占有極其重要的地位。.然而我國煤礦死亡人數總量是世界上其他產煤國家死亡總數的3倍，僅2008年全國煤炭行業就共有3215名礦工死于各類礦災。面對這樣嚴峻的安全形勢，我們有必要采取任何可能的措施來保障礦工的生命安全。 隨著我國科學技術水平的提高，以及國家對煤炭安全事故的強烈關注，越來越多的新技術被應用到礦井中，以預防安全事故的發生，其中發展迅速的是紅外傳感技術在煤礦安全中的應用。本文詳細介紹了紅外傳感器在煤礦安全中的研究進展以及各種應用。1.紅外傳感技術原理

2、紅外探測波段在0.76-1000m之間。根據波長又可進一步劃分為近紅外(0.763m)中紅外(36m) 遠紅外(6l5 m)和超遠紅外 (151000m)。紅外線在應用上主要有以下特性：（1）任何物體，只要其溫度高于絕對零度，就會向外輻射電磁波，大部分是紅外輻射。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量越強。（2） 分子振動和晶格振動也會向外輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場。（3） 不同氣體對紅外光有著不同的吸收光譜，氣體的特征光譜吸收強度與該氣體的濃度相關。 根據以上特性，應用紅外傳感器可以制成的熱成像儀、紅外探測器、紅外探傷儀和紅外氣體分析儀等。 2紅外成像技術在煤炭安全中的應用

3、2.1紅外成像儀探測井下隱蔽危險源 在某些情況下，煤礦井下的溫度會出現異常，甚至會引起煤炭的自然現象，而井中有充滿著可燃氣體，這對于礦工來說是非常危險的。因此，有必要快速、準確的確定煤礦溫度異常的區域。采用紅外成像儀能夠實現紅外能量場的二維監測，較迅速地探測溫度異常區域區的位置、范圍和煤柱自燃溫度。 紅外成像技術探測井下危險源的過程如下：通過紅外探測器將煤層的異常紅外輻射的功率信號轉換成電信號后，成像裝置的輸出信號就可以完全一一對應地模擬掃描區域表面溫度的空間分布，經電子系統處理，傳至顯示屏上，得到與檢測區域表面熱分布相應的熱像圖。運用這一方法，能實現對目標區域進行遠距離熱狀態成像和測溫，并對

4、被測區域的狀態進行分析判斷，快速、準確的確定煤礦溫度異常的區域。 2.2 紅外成像儀在礦難救援中的應用 當發生礦難時，越快確定井下是否存在幸存者以及幸存者的位置就能夠為被困者爭取越多的生存機會。研究表明，人體的紅外輻射特性與周圍環境的紅外輻射特性不同，熱成像生命探測儀利用兩者之間的差別，以成像的方式把要搜索的目標與背景分開。人體體溫在 37時，其紅外輻射的中心波長8m一14 m占人體全部輻射能量的46，這種光譜段是設計熱成像生命探測器的一個重要技術依據。 運用一種新型的紅外相位成像技術，可以基本滿足人們對再現現實環境的越來越高的 要求。現有的紅外成像主要利用紅外輻射的幅度信息，而紅外相位熱成像

5、的基本原理是通過對接收目標輻射信號進行分析，建立目標紅外輻射的相位信息算法模型及目標與探測器之間的距離算法模型，獲取目標的距離圖像，然后與二維圖像相結合，得到被探測目標的立體圖像。 3.紅外溫度探測技術在煤礦安全中的應用 紅外熱探測器是基于光輻射與物質相互作用的熱效應制成的器件。熱探測器探測光輻射包括兩個過程，一是吸收光輻射能量后，探測器的溫度升高；二是把溫度升高所引起的物理特性的變化轉化為相應的電信號。熱探測器的主要優點是響應波段寬，響應范圍可以擴展到整個紅外區域，可以在常溫下工作，使用方便。一下介紹紅外溫度探測技術在煤礦安全中的應用。 3.1用于探測機械部件的表面溫度 煤礦膠帶輸送機為連續

6、工作制,運行中容易出現溫度升高的情況,尤其膠帶輸送機機頭部位，甚至可能導致火災。為提高膠帶運輸設備工作的安全可靠性，利用紅外溫度檢測器實時監測運輸設備的表面溫度，以便在必要的情況下采取斷電和灑水等保護措施。紅外測溫儀由光學系統、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統匯集其視場內的目標紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學零件以及位置決定。紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變為相應的電信號,該信號經過放大器和信號處理電路按照儀器內部的算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。 3.2用于在機械作業過程中對人體的感應 煤礦綜掘機在工作過程中，截割頭即“炮頭”可以左右移動旋轉

7、 ，且經常處于前進 、后退狀態 ，快速旋轉的“炮頭”存在著較大的安全隱患，可能誤傷現場的工作人員。通過利用紅外溫度探測技術探測綜掘機附近是否有人體的紅外輻射，使綜掘機的啟動、工作受到人體熱源的控制。 4.紅外探傷技術在煤礦安全中的應用 煤礦滲水往往會導致礦井的塌方，造成嚴重的后果。將紅外探傷技術應用于煤礦中對積水區域的探測，可以有效的對滲水進行提前預防。我們知道，巖層或煤層由于分子振動和晶格振動，每時每刻都會向外輻射紅外電磁波，并形成紅外輻射場。而紅外探測儀的作用就是沿巷道探測紅外輻射場的變化，確定隱伏目標是否存在及其性質。由于紅外輻射場所占的空間總是大于實體，故可通過場的變換提前發現含水區或

8、含水構造。 5.紅外氣體分析技術在煤礦安全中的應用 不同氣體對紅外光有著不同的吸收光譜，氣體的特征光譜吸收強度與該氣體的濃度相關。當紅外輻射通過被測氣體時，其分子對光能的吸收遵循朗伯一比爾(Lamberbeer)定律，如果氣體吸收譜線在入射光譜范圍內，那么光通過氣體以后，在相應譜線處會發生光強的衰減 。朗伯 一比爾定律的公式為 式中；I0()為入射光的強度 ；I()為透射光的強度；L為輻射通過氣體層的厚度；C為被測氣體的濃度；k()為吸收截面，cm·g 1，即每克吸收氣體的吸收系數是波長的函數。 在煤礦中，主要的危險氣體是CH4、CO2等，其對紅外線的吸收。通過采用紅外氣體分析技術，紅外氣體傳感器的結構比以往傳統氣體傳感器大大簡化，儀器功耗也大幅度降低。此類紅外氣體傳感器原理簡單可靠，成本低廉，可實現多組分分析，而且光譜干擾小，通過對溫度和其他影響因素的校正，可以有效提高測量的精度，同時提高了系統檢測靈敏度。 這里綜合闡述了紅外成像技術在探測井下隱蔽危險源以及礦難救援中的應用；紅外溫度探測技術在探測井下機械部件的表面溫度以及人體感應中的應用；紅外探傷技術在探測礦內