SU1712837A1 - Способ автоматического контрол запыленности шахтной атмосферы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам определени  концентрации пыли и может быть использовано как дл  контрол  общейзапыленности атмосферы на угольных шахтах, так и дл  контрол  за концентрацией отдельных компонентов пыли. Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  запыленности шахтной атмосферы. Указанна  цель достигаетс  тем, что в трехканальном спектрометрическом пылемере измерение прошедшего через слой шахтной атмосферы излучени  провод т в следующих спектральных диапазонах: 0,8-2 мкм, 6,8-7,8 мкм и 9,2-10,5 мкм. Подобный выбор спектральных диапазонов позвол ет достичь близкой к единице обусловленности системы трех линейных уравнений,,св зывающих интенсивности излучени , подающего на слой шахтной атмосферы фиксированной толщины и излучени , прошедшего через этот слой в указанных диапазонах. Этим повышаетс  точность решени  системы относительно искомых концентраций. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к горной автоматике , а именно к способам автоматического контрол  запыленности шахтной атмосферы, и может быть использовано на угольных шахтах дл  контрол  общей запыленности с целью управлени  вентил цией и орошением и дл  контрол  содержани  компонентов пыли с целью определени  ее силикозности дл  обеспечени  безопасного труда шахтеров.

Известен способ контрол  запыленности шахтной атмосферы, включающий взвешивание пылевого фильтра, установку пылевого фильтра в заборщик воздуха, пропускание через нулевой фильтр заданного объема щахтной атмосферы, извлечение из

заборщика воздуха пылевого фильтра и повторное его взвешивание и определение по результатам двух взвешиваний концентрации С пыли в шахтной атмосфере.

Недостатками известного способа  вл ютс  низка  экспресность и необходимость применени  ручного труда.

Известен способ автоматического контрол  запыленности (дыма) шахтной атмосферы , предусматривающий просвечивание сло  шахтной атмосферы с фиксированной толщиной Е инфракрасным излучением, определение интенсивности li° излучени , прошедшего через контролируемый объем, просвечивание контролируемого объема бетта-излучением,определение интенсивности l2 бетта-излучени , прошедшего через контролируемый объем, и определение общей концентрации пыли С по разности интенсивности li° и 12°.

Недостатками известного способа  вл ютс  низка  точность контрол , св занна  с неодинаковыми в; и ни ми угольной, известн ковой и песчанниковой пыли на интенсивности li° и 12°, и невозможность раздельного определени  содержаний угольной, известн ковой и песчанниковой пыли в шахтной атмосфере, а также высока  сложность реализации способа .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  запыленности шахтной атмосферы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе автоматического контрол  запыленности шахтной атмосферы, предусматривающем просвечивание сло  шахтной атмосферы с фиксированной толщиной Р излучением и определение интенсивности излучени , прошедшего через контролируемый объем, просвечивание контролируемого объема, осуществл ют полихроматическим инфракрасным излучением, определ ют интенсивности прошедшего через слой инфракрасного излучени  в диапазонах длин волн 0,8-2 мкм И, 6,8-7,8 мкм 12 и 9,2-10,5 мкм 1з и по значени м ин.тенсивностей li, l2 и 1з суд т о содержани х известн ковой, песчанниковой и угольной пыли в рудничной атмосфере.

Установлено, что наибольшую точность определени  запыленности можно обеспечить при определении интенсивностей прошедшего инфракрасного излучени  в трех диапазонах длин волн 0,8-2 мкм li, 6,8-7,8 мкм 12 и 9,2-10,5 мкм 1з, По интенсивност м И, 2 и 1з суд т о содержани х отдельных компонентов пыли в шахтной атмосфере .

На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства дл  реализации способа; на фиг. 2 - зависимости коэффициентов пропускани  К инфракрасного излучени  угольной, известн ковой и песчанниковой пылью от длины волны А.

Устройство содержит полихроматический источник 1 инфракрасного излучени  и симметрично расположенные (относительно пучка 2 инфракрасного излучени  от источника 1) приемники инфракрасного излучени  3-5. На лини х источник - приемНИКИ перед приемниками 3-5 установлены фильтры 6-8 на длины волн соответственно 0,8-2, 6,8-7,8 и 9,2-10,5 мкм. Выходы приемников 3-5 через усилители 9-11 и логарифматоры 12-14 соединены с

информационными входами блока 15 решени  системы трех линейных уравнений, к задающим входам которого подключены задатчики 16-27. Выход блока 15 решени  системы трех линейных уравнений соединен с входом блока 28 индикации и регистрации .

Способ реализуетс  следующей последовательностью операций.

Просвечивают слой шахтной атмосферы с толщиной I от источника 1 излучени .

Определ ют интенсивность И прошедшего через слой толщиной I инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн 0,82 мкм

fi 1о1 ехр - «ytCy - «nfCn - «ntCn 101 ехр -f( СуСу + «п Сп + «пСп) (1)

с помощью фильтра 6 и приемника 3.

Одновременно определ ют интенсивность 2 прошедшего через объем толщиной t инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн 6,8-7,8 мкм

12 1о2 ехр -f( «уСу + 0;;Си + «пСп) (2)

с помощью фильтра 7 и приемника 4.

Одновременно определ ют интенсивность 1з прошедшего через объем толщиной С инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн 9,2-10,5 мкм

13 1оз ехр -f( + + ) (3)

с помощью фильтра 8 и приемника излучени  5.

Реша  систему уравнений (1), (2) и (3) (при измеренных значени х И, h и 1з, известном значении {и определенных в процессе градуировки значени х loi, 1о2, 1оз, «у, «у, «у, Ои, Ои , Ои, an, an, an) относительно концентраций угольной Су, известн ковой Си и песчанниковой Сп пыли и общей концентрации пыли С Су + Си ++Сп , определ ют из концентрации:

Су--(м-мЖ,)

f (n7o2.) Wn« « ctUP

((,)J-, С -- fnj i-cnJi)(c(;;d;-cA;;,;v

(гп 3o2- f i) nV

(п Ег71з)(ы;о((;;)3; f5)

CH 4Pfn7o7- l))H .)

- (fnC/oj- ()(o(yo(-o(yo( ,)- (еп7.з-гг7аз)Го(и;-о ;о(;); (6)

с г J , - гл3,)(о(

, ,ч . .

+ с.у с(„-с( ) (EnJo -2nJ2)fa;c( c(l,d n dydn-ct; o (; .с(;о(; га(;с( Е Дз)(о(уо1;/ ,|Г.1 ,11 ,)( ,/, / //l,l 1,г,1

-о(уО((„с(„-с(иО(). Ш

где 1о1,1о2 и 1оз- интенсивности прошедшего через контролируемый объем толщины инфракрасного излучени  в диапазонах длин волн соответственно 0,8-2,0 и 6,8-7,8 и 9,2-10,5 мкм при нулевых концентраци х пыли Су Си Сп 0;

«у, «у и «у - линейные коэффициенты ослаблени  (в см инфракрасного излучени  угольной пылью в диапазонах длин волн соответственно 0,8-2, 6,8-7,8 и 9,2-10,5 мкм;

Ои, Ой -линейные коэффициенты ослаблени  инфракрасного излучени  известн ковой пылью в диапазонах длин волн соответственно 0,8-2,0 и 6,8-7,8 и 9,210 ,5 мкм;

(Хп, ccnvt Gfn -линейные коэффициенты ослаблени  инфракрасного излучени  песчанниковой пылью в диапазонах длин волн соответственно 0,8-2,0, 6,8-7,8 и 9, мкм.

Устройство работает следующим образом .

Поток инфракрасного излучени  от источника 1 излучени  направл етс  .на контролируемый объем шахтной атмосферы толщиной t

После прохождени  через шахтную атмосферу инфракрасное излучение попадает на фильтры 6-8. Фильтр 6 пропускает инфракрасное излучение в диапазоне длин волн от 0,8 до 2,0 мкм, которое затем попадает на приемник 3. Приемник 3 излучени  определ етс  интенсивностью li прошедшего через шахтную атмосферу потока инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн согласно формуле (1) 0,8-2,0 мкм. Аналогично приемник 4 излучени  после фильтра 7 регистрирует поток прошедшего через атмосферу инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн 6,8-7,8 мкм интенсивностью 12 согласно формуле (2), Аналогично приемник 5 излучени  после ф|лльтра 8 регистрирует интенсивность 1з согласно формуле (3), прошедшего через слой шахтной атмосферы той же толщины инфракрасного излучени  в диапазоне длин волн 9,2-10,5 мкм.

Сигналы, пропорциональные интенсивност м И, 12 и 1з, с приемников 3-5 излучени  усиливаютс  усилител ми 9-11. Усиленные сигналы логарифмируютс  в логарифматор.ах 12-14 и полученные сигналы , пропорциональные Гп ti, tn l2 и Гп 1з, с логарифматоров подаютс  на информационные входы блока 15 решени  системы трех линейных уравнений:.

Гп li Гп 1о1 - 1(ау Су + Ои Си + «п Сп) ; (8) Гп 12 fnlo2 - 1( Оу Су + ой Си + «пС) (9) Гп 1з fn 1оз -1( «уСу + ойСи + ) (10)

Чтобы из системы линейных уравнений (8), (9) и (10) однозначно определить искомые концентрации, необходимы не только значени  fn li, fn (2 и fn 1з.на информационных входах блока 15, но нужны и значени  tn loi, Сп 1о2, fn 1оз, %, огу, «у. Oil, аи ,«и, «п, сии двенадцать значений определ ют в процессе градуировки устройства, например по методу наименьших квадратов (по методу максимального правдоподоби  или иному), и занос т в задатчики соответственно 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и 27. Блок 15 решает систему уравнений (8), (9) и (10) и согласно алгоритмам по формулам (4), (5) (6) и (7) определ ет искомые концентрации Су, Си, Сп и С СУ+ Си + Сп. Сигналы о концентраци х с блока 15 поступают в блок 28, где индицируютс  и регистрируютс  непосредственно в единицах концентрации пыли...

Отметим при этом, что градуировку устройства дл  повышени  точности целесообразно проводить в следующей последовательности . Помещают устройство в герметичную камеру с шахтной атмосферой среднего содержани  компонентов (метана, угарного и углекислого газов, влаги и др.), среднего давлен1/)  и средней температуры, измер ют значени  fn loi, Сп 1о2, fn 1оз сигналов на выходах логарифматоров 12-14 и занос т эти .значени  в задатчики 16-18. Заполн ют камеру угольной , известн ковой и песчанниковой пылью, чтобы их концентрации в шахтной атмосфере в камере достигали средних значений Су, Си и Сп (дл  лавы, на которую градуируетс  устройство) и измер ют сигналы (п ii, tnb, fn 1з с логарифматоров 12-14. Увеличивают концентрацию угольной пыли в камере на ДСу Су - Су и измер ют сигналы fn li , fn 12 , fn 1з на выходах лог арифматоров 12-14. По сигналам fn i,,fn 2, fnls, tn li , fn l2 , fn 1з рассчитывают коэффициенты огу, «у,

fn Ti - En TI

.ЕЛСу ,

fn la - tn l2

(11)

fACy ;

fn 1з - fn 1з . EACv

Увеличивают концентрацию известн ковой пыли в камере А Си Си - Си и измер ют сигналы fn Il, fn l2 , fn 1з на выходах логарифматоров 12-14. По сигналам En И , fn l2 , fn 1з , fn 1i, En 2 , fn 1з рассчитывают коэффициенты ослаблени  инфракрасного излучени  известн ковой пылью. Полученные значени  коэффициентов ослаблени  «у, ау, Оу, Ои, cui, ей занос т в за датчики 19-24. Увеличивают концентрацию песчанниковой пыли на А Сп от Сп до Сп ; АСп Сп - Сп в камере и измер ют сигналы En li. En la, En 1з на выходах логарифматоров 12-14. Рассчитывают значени  коэффициентов ослаблени  инфракрасного излучени  песчанниковой пылью:

а . е

Еп 11 - Еп 11

ЕАСп fn l2 -Pnl2

(12)

fn 1з - Pn 1з fACn

и занос т полученные значени  в задатчики 25-27. Как показала практика, наиболее целесообразно измен ть концентрации пыли в камере А Су, А Си и АСп на 1/4 диапазона измерени  концентрации соответствующей пыли.

Пример выполнени  устройства. В качестве источника 1 применен глобар с температурой нагрева 600°С и модул тором инфракрасного излучени  с частотой 18 Гц. В качестве фильтров 6-8 применены интерференционные фильтры на диапазоны пропускани  соответственно 0,8-2,0, 6,8-7,8 и 9,2-10,5 мкм. В качестве приемников 3-5 применены полупроводниковые болометры , В качестве логарифматоров 12-14 применены плоскостные диоды.В качестве задатчиков 16-27 применены источники регулируемого посто нного напр жени . Усилители 9-11 выполнены на аналоговых микросхемах. Блок 15 выполнен на аналоговых микросхемах с интеграторами сигналов Еп И, fn 12 и Еп 1з на информационных входах. Погрешйость измерени  концентраций Су, Си, Сп, С не превышает 5 отн.% при быстродействии не более 1 с и толщине Е 250 мм.

Обоснование диапазонов длин волн 0,8-2,0, 6,8-7,8 и 9,2-10,5 мкм проводилось на основании показанных на фиг. 2 экспериментальных зависимостей К f(A). Видно, что при 0,8 AAi 2,0 мкм коэффициенты пропускани  Кп Ки, Ку 0,14 К; при 6,8 мкм AAi 7,8 мкм К Кп; Кк 0,1 Ку, при 9,2 мкм : AA.J, 10,5 мкм Ку «   Ки и Кп 0,11 Ку. Таким образом, в каждом из трех диапазонов длин волн два коэффициента пропускани  близки между собой и существенно отличаютс  от третьего коэффициента. Это обеспечивает наиболее близкую к единичной обусловленность системы уравнений (8), (9) и (10), что приводит к наименьшей погрешности определени  концентраций Су, Си, Сп, С Су + Си + СпДл  определени  технико-экономиче0 cкoй эффективности изобретени  в качестве базового объекта примем прин тый на шахтах способ определени  запыленности шахтной атмосферы, основанный на пропускании заданного объема шахтной атмосферы через пылевой фильтр и взвешивании осевшей пыли. Техническими преимуществами изобретени  по сравнению с базовым объектом  вл ютс : увеличена экспрессность (в базовом объекте врем  из0 . мерени  составл ет около 5 мин, в изобретении - 1 с); повышена точность (в базовом объекте относительна  погрешность измерени  составл ет 10%, в изобретении-ме нее 5%): расширены функциональные

5 возможности (в базовом объекте определ етс  лишь количество всей пыли С, в изобретении дополнительно определ ютс  концентрации Су, Си и Сп); устранен ручной труд (в базовом объекте взвешивание

0 фильтра, заборщик воздуха, забор воздуха , извлечение фильтра, его повторное взвешивание и расчет суммарной концентрации С Производитс  вручную). За счет только последних двух технических преимуществ изобретение позвол ет улучшить услови  труда шахтеров и дает социальный эффект (путем определени  Су, Си и Сп и исключени  ручного труда) и за счет удешевлени  контрол  дает экономический эф0 фект.

Claims (1)

1. Формулаизобретени  Способ автоматического контрол  запыленности шахтной атмосферы, включающий просвечивание сло  шахтной

   5 атмосферы фиксированной толщины излучением и измерение интенсивностей прошедшего излучени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол  запыленности шахтной атмосферы,

   просве ивание сло  осуществл ют источником полихроматического инфракрасного излучени , при этом измер ют интенсивности прошедшего через слой излучени  в следующих спектральных диапазонах: 0,8-2; 6,87 ,8 и 9,2-10,5 мкм и по прлученным значени м интенсивностей суд т о содержании известн ковой, песчанниковой и угольной пыли в шахтной атмосфере.

   cpuai