CN109239282A - 煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置和方法。通过气溶胶发生器发生的小颗粒来模拟粉尘，再通入甲烷和湿度气来模拟瓦斯和湿度环境，通过内置的风扇搅拌均匀，使球舱内各处的粉尘浓度基本保持一致；通过内置的传感器将粉尘浓度、甲烷浓度、湿度参数等传给STM32单片机，再由单片机将得到的舱体内环境参数传给PC机上显示并控制球舱里面的粉尘浓度、甲烷浓度、湿度。本发明产生粉尘、甲烷、湿度混合的环境，实现了粉尘、甲烷、湿度的耦合，模拟了矿井中的实际情况，为矿井下用的粉尘测量仪、甲烷测量仪在实际使用中的测量准确性提供检验、校验的平台。
Description
技术领域
本发明涉及了一种煤矿井下的模拟及控制装置和方法，尤其是涉及了一种煤矿井下粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置和方法。
背景技术
煤矿井下在生产作业过程中会产生大量的矿尘也称为粉尘，这些粉尘是构成爆炸隐患、成为作业人员职业病和生产环境恶化之源。此外，煤矿瓦斯事故也是煤矿事故中伤亡人数最多的事故，所以粉尘和甲烷的检测是井下环境检测的重要一环。然而目前煤矿井下粉尘浓度和甲烷浓度的检测技术相对落后，且空间狭小环境复杂湿度大，难以将贵重精确的仪器放入井下长时间测量，目前井下大多采用光散射法的手持式粉尘检测仪及催化燃烧法和光学方法的甲烷检测仪，虽然这些仪器很多都把自己的精度写得很高，但现场实测误差非常大，远远高于他们标注的误差。除去仪器本身构造和技术的缺陷，更重要的问题则是煤矿井下这种恶劣的环境会干扰粉尘和甲烷仪器的测量准确性，特别是较高的湿度、悬浮在空中的小液滴，严重影响测尘仪器和甲烷测量仪器的准确性。而很多仪器本身都不能自动去除这些干扰因素的影响，所以目前有很多测尘仪器和甲烷报警检测仪在实际煤矿井下工作时问题重重，测量准确难以保证，从而影响对矿井作业环境安全的判断，存在工作场所环境安全误判的可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置和方法，可稳定发生均匀的粉尘浓度、甲烷浓度和湿度进行实验模拟和控制瓦斯和湿度环境，为井下用于粉尘和甲烷检测的仪器提供一个检验和校准装置，以及对井下影响粉尘和甲烷测量的环境干扰因素的研究。
本发明采用的技术方案是：
一、一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置：
采用一个透明、内壁光滑的球舱作为模拟和控制的发生场所，所述的球舱采用亚克力材料制成。球舱内部装有一个风扇，风扇位于球舱的中心轴上，风扇吹风端朝上；球舱顶部开有进气孔，进气孔连接有喇叭状进气通道，喇叭状进气通道连接气溶胶发生器，通过气溶胶发生器经过喇叭状进气通道产生0.7至15μm粒径范围的颗粒注入球舱中来模拟粉尘；球舱顶部设有用于氮气和甲烷分别进气的进口，纯氮气和甲烷标准气均经各自的气体质量流量控制器从各自的进口通入到球舱内，氮气经气体质量流量控制器后再经纯水加湿处理后通入到球舱内；球舱底部开有出气孔，出气孔连接外部容器，在粉尘、氮气和甲烷通入球舱的同时从出气孔排出气体形成循环；球舱表面开设多个均布的用于安装传感器的采样孔。
所述的风扇安装在风扇架上，风扇架底部通过金属细杆安装，金属细杆底端穿出球舱底部后固定于球舱外的支座上，通过金属细杆上下移动调整风扇的安装高度位置。
所述的气溶胶发生器产生带有颗粒物的气流从球舱顶部的喇叭状进气通道竖直通入，喇叭状进气通道的大端连接气溶胶发生器，小端连接球舱顶部的进气孔。
所述的气溶胶发生器采用振动孔式单分散性气溶胶发生器。
所述的氮气经加湿装置通入到球舱内，加湿装置包括气体质量流量控制器和装有纯水的容器，干净、洁净的氮气通入到气体质量流量控制器的入口，气体质量流量控制器的出口经管道通入到装有纯水的容器内的水面下，装有纯水的容器中水面上的容器壁开有出气口，出气口输出90％RH湿度的氮气通入到球舱顶部内。
所述的传感器包括有粉尘测量仪、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器，粉尘测量仪包括粒径谱传感器和粉尘浓度传感器。
还包括STM32单片机主控芯片和PC机，氮气和甲烷的气体质量流量控制器串联后经485总线连接到PC机，所有传感器的输出端均连接到STM32单片机主控芯片，STM32单片机主控芯片连接有无线发射模块，PC机连接有无线接收模块，无线发射模块和无线接收模块之间连接通信；STM32单片机主控芯片将采集的各个传感器的数据经无线发送到PC机，同时PC机控制氮气和甲烷的气体质量流量控制器的流量大进而控制氮气和甲烷的通入。
所述的气体质量流量控制器采用CS-200数字式流量控制器。
二、一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制方法，然后按照以下方法模拟和控制：
先利用制氮机先向球舱内通入足够时间的氮气清洗，然后同时从球舱顶部向球舱内通入粉尘、加湿氮气和甲烷气；对于粉尘，用气溶胶发生器和喇叭状进气通道将颗粒通过防静电材料的管道以竖直向下吹进球舱内，再通过球舱中间的风扇将颗粒搅匀来模拟矿井下的粉尘环境；对于加湿氮气，纯氮气的气瓶将纯氮气经过纯水加湿后通过气体质量流量控制器控制通入球舱内，同样通过球舱中间的风扇搅拌均匀；对于甲烷气，标准甲烷气的气瓶将甲烷通过气体质量流量控制器控制通入球舱内，同样通过球舱中间的风扇搅拌均匀；通过粒径谱传感器、粉尘浓度传感器、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器采集各自的传感数据，发送到STM32单片机主控芯片，再经无线通信STM32单片机主控芯片将传感数据发送到PC机，PC机根据各项传感数据不断控制调节粉尘的气溶胶发生器以及加湿氮气和甲烷气的气体质量流量控制器的流量，以此控制通入的加湿氮气和甲烷气的量，最终达到需要的湿度、粉尘浓度和甲烷浓度。
所述的粒径谱传感器、粉尘浓度传感器将采集得到的平均粒径和颗粒浓度的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的粒径值、粉尘浓度值比较通过RS485总线控制气溶胶发生器的工作，使球舱内的粉尘最终达到预设的粒径值、粉尘浓度值；所述的湿度传感器和甲烷浓度传感器将采集得到的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的湿度值和甲烷浓度值比较通过RS485总线控制CS-200型号的气体质量流量控制器的通断，使球舱内的湿度甲烷浓度不断逼近预设值，最终达到预设的湿度值和甲烷浓度值；所述的气压传感器通过检测获得球舱内气压是否稳定的检测结果，若气压稳定，则进行甲烷浓度测量，否则待气压稳定后再进行甲烷浓度测量；所述的风速传感器通过检测获得球舱内是否是均匀风场的检测结果，若检测到为均匀风场，则进行粉尘、湿度和甲烷的测量，若检测为不均匀风场，则调整风扇的高度位置和风扇吹风力度，使得风场变为均匀。
本发明通过振动孔式单分散气溶胶发生器发生的小颗粒来模拟一定浓度和粒径的粉尘，再通入一定浓度(小于1％)的甲烷和一定湿度气来模拟瓦斯和湿度环境，通过内置的风扇搅拌均匀，使球舱内各处的粉尘浓度基本保持一致，这样每个点的采样浓度都是已知且一致的，实现了仪器标定环境的需求。同时通过内置的传感器，将粉尘浓度、甲烷浓度、湿度参数等传给STM32单片机，再由单片机将得到的舱体内的环境参数通过无线技术传给PC机上显示并控制球舱里面的粉尘浓度、甲烷浓度、湿度。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明将校准装置的外形设计成球形，相比于一般圆筒状、长方体状的舱体，球体既没有拐角也没有棱边，充分避免了颗粒物在这些边角处的损失。球体因为其几何结构处处一致的特性，可以使得内部流场更加均匀，从而更好地将颗粒物混合均匀。
本发明实现矿山井下经常存在的高粉尘浓度、甲烷、高湿的环境的模拟，可以为研究开发更精确的矿山井下粉尘、甲烷检测仪器和系统提供实验装置，也可以为井下现有仪器进行检验和校准。创新性地把粉尘、甲烷、湿度同时模拟在一个环境中，摆脱了单独研究一种检测技术存在的弊端，便于对粉尘、甲烷、湿度的解耦分析。
附图说明
图1是球型舱体结构示意图；
图2是粉尘和甲烷环境模拟控制系统示意图；
图3是环境模拟控制系统示意图；
图4是加湿装置示意图。
图中：1、球舱，2、喇叭状进气通道，3、出气孔，4、采样孔，5、风扇架，5、球舱，6、金属细杆，7、圆环底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明采用一个透明、内壁光滑的球舱1作为模拟和控制的发生场所，球舱1置于圆环底座7上，圆环底座7的圆环直径小于球舱1外直径，使得球舱1能支撑置于圆环底座7上。球舱体的外形为一个球形，选用的材料是亚克力，透光率达93％，无需增加窗口即可观察到内部情况。
球舱1内壁为了防止颗粒物吸附，涂有一层1756-8S聚氨酯型防静电涂层，它可以在亚克力表面形成坚固水晶状的清澈透明涂层，具有良好的黏结性能，不会脱落，因此能达到长期的防静电功效，且防静电效果不受湿度影响，表面电阻率106～109欧姆，能有效减小静电对颗粒物的吸附损耗。
如图1所示，球舱1内部装有一个风扇，风扇位于球舱1的中心轴上，风扇吹风端朝上；如图1所示，风扇安装在风扇架上，风扇架底部通过四角的四根金属细杆6安装，4根金属细杆用来固定风扇以及调整风扇角度和位置，四根金属细杆6底端穿出球舱1底部后固定于球舱1外的支座上，通过金属细杆6上下移动调整风扇的安装高度位置。
如图1和图2所示，球舱1顶部开有进气孔，进气孔连接有喇叭状进气通道2，喇叭状进气通道2连接气溶胶发生器，气溶胶发生器采用振动孔式单分散性气溶胶发生器。通过气溶胶发生器经过喇叭状进气通道2产生0.7至15μm粒径范围的颗粒注入球舱1中来模拟粉尘；球舱1顶部设有用于氮气和甲烷分别进气的进口，纯氮气和甲烷标准气均经各自的气体质量流量控制器从各自的进口通入到球舱1内，氮气经气体质量流量控制器后再经纯水加湿处理后通入到球舱1内，气体质量流量控制器采用CS-200数字式流量控制器。球舱1底部开有出气孔，出气孔连接外部容器，在粉尘、氮气和甲烷通入球舱1的同时从出气孔排出气体形成循环。
如图1所示，球舱1表面开设多个均布的用于安装传感器的采样孔，采样孔不用时采用塞子堵塞住，采样孔用时安装所需传感器，采样孔能用于测量采集粉尘混合的均匀性以及检测粉尘浓度。具体实施球体表面对称分布着16个采样孔，每个采样孔都有配备的塞子，除了进行采样的孔不塞，其余的孔全部用塞子塞住。除了这16个采样孔的孔，球体顶部还有一个喇叭状的进气孔和球体底部的一个出气孔。
具体实施中，透明、光滑的球舱，整个球舱外径1.2m，壁厚5mm，架在一个圆环底座上，球体正下方有一个300mm×300mm×300mm的正方体金属块，用来固定和支撑四根金属细杆，四根金属细杆直径为20mm，长0.6m，从球体正下方穿进球内，用来支撑风扇、调整风扇高度和固定传感器，且四根金属细杆的中心点在球舱竖直的中心轴上。
安装在四根金属细杆上面的是一个可以上下滑动的200mm×200mm的中心镂空的小正方形平板，用来摆放风扇，风扇可以在四根金属细杆上的任意位置滑动并固定。
如图2所示，传感器包括有粉尘测量仪、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器，粉尘测量仪包括粒径谱传感器和粉尘浓度传感器，粒径谱传感器、粉尘浓度传感器、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器分别采集球舱1内部粉尘的粒径数据、粉尘的浓度数据、甲烷的浓度数据、湿度数据、气压数据和风速数据。
如图2和图3所示，还包括STM32单片机主控芯片和PC机，氮气和甲烷的气体质量流量控制器串联后经485总线连接到PC机，所有传感器的输出端均连接到STM32单片机主控芯片，STM32单片机主控芯片连接有无线发射模块，PC机连接有无线接收模块，无线发射模块和无线接收模块之间通过zigbee无线通信技术连接通信；STM32单片机主控芯片将采集的各个传感器的数据经无线发送到PC机，同时PC机控制氮气和甲烷的气体质量流量控制器的流量进而控制氮气和甲烷的通入。
本发明的实施工作过程是：
通粉尘前，先利用制氮机先向球舱1内通入足够时间的氮气清洗，然后同时从球舱1顶部向球舱1内通入粉尘、加湿氮气和甲烷气；
1)对于粉尘，利用气溶胶发生器和喇叭状进气通道2将一定浓度和粒径的颗粒通过防静电材料的管道以一定流量竖直向下吹进球舱1内，再通过球舱1中间的风扇将颗粒搅匀来模拟矿井下的粉尘环境；粉尘的一定浓度和粒径是指1mg/m3～1000mg/m3和0.7um～15um，一定流量是指10L/min，一般会根据需要调整流量大小，来控制粉尘浓度；粉尘的浓度和粒径通过标定过的粒径谱传感器和粉尘浓度传感器实时地进行测量；
气溶胶发生器产生带有颗粒物的气流从球舱1顶部的喇叭状进气通道2竖直通入，喇叭状进气通道2的大端连接气溶胶发生器输出口，小端连接球舱1顶部的进气孔，这样在入口处形成了一段紊流段，经过紊流使颗粒物逐渐均匀弥漫开来，再由风扇在球舱1内形成均匀风场，使得颗粒物在球舱1内均匀的运动形成粉尘的真实模拟。
本发明的粉尘发生采用了气溶胶发生器，通过上述结构处理能产生0.7至15μm粒径范围颗粒，颗粒具有统一大小、形状、密度和表面特性。气溶胶发生器内置还有电晕气溶胶中和剂，产生双极性电荷气体离子可以中和液体气溶胶或颗粒形成过程中产生的任何电荷，避免不需要或不受控制的粒子电荷对气溶胶粒子试验产生负面影响。
2)对于加湿氮气，纯氮气的气瓶将99.99％纯氮气经过纯水加湿后通过气体质量流量控制器控制通入球舱1内，同样通过球舱1中间的风扇搅拌均匀；氮气浓度为99.99％，过纯水后形成湿度超过90％RH的高湿度氮气。
本发明采用的加湿方法是靠氮气过纯水，出来高湿度的氮气来加湿，装置如图4所示。
如图4所示，氮气经加湿装置通入到球舱1内，加湿装置包括气体质量流量控制器和装有纯水的容器，干净、洁净的氮气通入到气体质量流量控制器的入口，气体质量流量控制器的出口经管道通入到装有纯水的容器内的水面下，装有纯水的容器中水面上的容器壁开有出气口，出气口输出90％RH湿度的氮气通入到球舱1顶部内。
3)对于甲烷气，标准甲烷气的气瓶将一定浓度的甲烷通过气体质量流量控制器控制通入球舱1内，同样通过球舱1中间的风扇搅拌均匀；甲烷气体浓度为1％。
本发明利用球形舱体结构上处处一致的特性，具体实施通过ANSYS流场分析软件以及实验风扇位置的调整使粉尘在球舱内部浓度分布处处均匀。通过粒径谱传感器、粉尘浓度传感器、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器采集各自的传感数据，发送到STM32单片机主控芯片，再经无线通信STM32单片机主控芯片将传感数据发送到PC机，PC机根据各项传感数据进行处理，不断控制调节粉尘的气溶胶发生器以及加湿氮气和甲烷气的气体质量流量控制器的开合，以此控制通入的加湿氮气和甲烷气的量，最终达到湿度、粉尘浓度和甲烷浓度。PC机中，会通过显示面板显示出来，把湿度值、甲烷浓度值与设定值比较，再反馈通过485总线不断地调节。
粒径谱传感器、粉尘浓度传感器将采集得到的平均粒径和颗粒浓度的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的粒径值、粉尘浓度值比较通过RS485总线控制气溶胶发生器的工作，使球舱内的粉尘最终达到预设的粒径值、粉尘浓度值。
湿度传感器和甲烷浓度传感器将采集得到的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的湿度值和甲烷浓度值比较通过RS485总线控制CS-200型号的气体质量流量控制器的流量使球舱内的湿度甲烷浓度不断逼近预设值，最终达到预设的湿度值和甲烷浓度值。
具体实施中，湿度传感器有4个，球体内表面上半球和下半球各对称安装2个，传感器的信号线和电源线从小孔穿出，并用密封胶密封。I2C接口，供电电压3.0V。温度工作范围为-40～125℃；湿度分辨率为0.04％RH，误差±3％RH，相对湿度工作范围为0～100％RH。
气压传感器一个，安装在16个采样孔当中的一个处(没有位置要求)，测量相对气压的范围为0～200KPa，分辨率为2KPa，工作温度-20～100℃。气压传感器通过检测获得球舱1内气压是否稳定的检测结果，若气压稳定，则进行甲烷浓度测量，否则待气压稳定后再进行甲烷浓度测量。
风速传感器采用热式风速模块进行测量，有2个，分别在安装在风扇的上端金属细杆和下端金属细杆上，输出4-20mA电流信号，风速测量范围为0～20m/s。风速传感器通过检测获得球舱1内是否是均匀风场的检测结果，若检测到为均匀风场，则进行粉尘、湿度和甲烷的测量，若检测为不均匀风场，则调整风扇的高度位置和风扇吹风力度，使得风场变为均匀。
由上述实施可见，本发明可以产生粉尘、甲烷、湿度混合的环境，实现了粉尘、甲烷、湿度的耦合，模拟了矿井中的实际情况，为矿井下用的粉尘测量仪、甲烷测量仪在实际使用中的测量准确性提供检验、校验的平台。
Claims (8)
1.一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：
采用一个透明、内壁光滑的球舱(1)作为模拟和控制的发生场所，球舱(1)内部装有一个风扇，风扇位于球舱(1)的中心轴上，风扇吹风端朝上；球舱(1)顶部开有进气孔，进气孔连接有喇叭状进气通道(2)，喇叭状进气通道(2)连接气溶胶发生器，通过气溶胶发生器经过喇叭状进气通道(2)产生0.7至15μm粒径范围的颗粒注入球舱(1)中来模拟粉尘；球舱(1)顶部设有用于氮气和甲烷分别进气的进口，纯氮气和甲烷标准气均经各自的气体质量流量控制器从各自的进口通入到球舱(1)内，氮气经气体质量流量控制器后再经纯水加湿处理后通入到球舱(1)内；球舱(1)底部开有出气孔，出气孔连接外部容器，在粉尘、氮气和甲烷通入球舱(1)的同时从出气孔排出气体形成循环；球舱(1)表面开设多个均布的用于安装传感器的采样孔。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：所述的风扇安装在风扇架上，风扇架底部通过金属细杆(6)安装，金属细杆(6)底端穿出球舱(1)底部后固定于球舱(1)外的支座上，通过金属细杆(6)上下移动调整风扇的安装高度位置。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：所述的气溶胶发生器产生带有颗粒物的气流从球舱(1)顶部的喇叭状进气通道(2)竖直通入，喇叭状进气通道(2)的大端连接气溶胶发生器，小端连接球舱(1)顶部的进气孔。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：所述的氮气经加湿装置通入到球舱(1)内，加湿装置包括气体质量流量控制器和装有纯水的容器，干净、洁净的氮气通入到气体质量流量控制器的入口，气体质量流量控制器的出口经管道通入到装有纯水的容器内的水面下，装有纯水的容器中水面上的容器壁开有出气口，出气口输出90％RH湿度的氮气通入到球舱(1)顶部内。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：所述的传感器包括有粉尘测量仪、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器，粉尘测量仪包括粒径谱传感器和粉尘浓度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制装置，其特征在于：还包括STM32单片机主控芯片和PC机，氮气和甲烷的气体质量流量控制器串联后经485总线连接到PC机，所有传感器的输出端均连接到STM32单片机主控芯片，STM32单片机主控芯片连接有无线发射模块，PC机连接有无线接收模块，无线发射模块和无线接收模块之间连接通信；STM32单片机主控芯片将采集的各个传感器的数据经无线发送到PC机，同时PC机控制氮气和甲烷的气体质量流量控制器的流量大进而控制氮气和甲烷的通入。
7.一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一装置，然后按照以下方法模拟和控制：
先利用制氮机先向球舱(1)内通入足够时间的氮气清洗，然后同时从球舱(1)顶部向球舱(1)内通入粉尘、加湿氮气和甲烷气；对于粉尘，用气溶胶发生器和喇叭状进气通道(2)将颗粒通过防静电材料的管道以竖直向下吹进球舱(1)内，再通过球舱(1)中间的风扇将颗粒搅匀来模拟矿井下的粉尘环境；对于加湿氮气，纯氮气的气瓶将纯氮气经过纯水加湿后通过气体质量流量控制器控制通入球舱(1)内，同样通过球舱(1)中间的风扇搅拌均匀；对于甲烷气，标准甲烷气的气瓶将甲烷通过气体质量流量控制器控制通入球舱(1)内，同样通过球舱(1)中间的风扇搅拌均匀；通过粒径谱传感器、粉尘浓度传感器、甲烷浓度传感器、湿度传感器、气压传感器和风速传感器采集各自的传感数据，发送到STM32单片机主控芯片，再经无线通信STM32单片机主控芯片将传感数据发送到PC机，PC机根据各项传感数据不断控制调节粉尘的气溶胶发生器以及加湿氮气和甲烷气的气体质量流量控制器的流量，以此控制通入的加湿氮气和甲烷气的量，最终达到需要的湿度、粉尘浓度和甲烷浓度。
8.根据权利要求7所述的一种煤矿井粉尘、甲烷、湿度环境球型模拟及控制方法，其特征在于：所述的粒径谱传感器、粉尘浓度传感器将采集得到的平均粒径和颗粒浓度的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的粒径值、粉尘浓度值比较通过RS485总线控制气溶胶发生器的工作，使球舱内的粉尘最终达到预设的粒径值、粉尘浓度值；所述的湿度传感器和甲烷浓度传感器将采集得到的传感数据发送给STM32单片机，单片机再将采集到的传感数据通过无线模块无线传输给PC机的串口上，PC机将发送过来的数据进行显示和处理，通过和预设的湿度值和甲烷浓度值比较通过RS485总线控制CS-200型号的气体质量流量控制器的通断，使球舱内的湿度甲烷浓度不断逼近预设值，最终达到预设的湿度值和甲烷浓度值；所述的气压传感器通过检测获得球舱(1)内气压是否稳定的检测结果，若气压稳定，则进行甲烷浓度测量，否则待气压稳定后再进行甲烷浓度测量；所述的风速传感器通过检测获得球舱(1)内是否是均匀风场的检测结果，若检测到为均匀风场，则进行粉尘、湿度和甲烷的测量，若检测为不均匀风场，则调整风扇的高度位置和风扇吹风力度，使得风场变为均匀。
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