[发明专利]监测煤自燃气体中CO浓度的频域太赫兹装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测煤自燃气体中CO浓度的频域太赫兹装置及方法，属于煤炭燃烧安全领域，尤其适用于监测煤自燃气体中CO的浓度。

背景技术

太赫兹（THz）是一种具有独特性质、频率在 0.l~10 THz（波长为3mm~30μm）范围内的电磁波，属于远红外、亚毫米波范畴。太赫兹脉冲有很高的峰值功率，分辨率高，并且太赫兹射线可以透过气相物质，因此可用于探测极化气体如一氧化碳、氨气等。另外，CO对1.5THz的太赫兹信号具有最大的吸收峰，且煤自燃气体中的其他极性分子（水蒸气除外）在该频率下的吸收峰很小，因此对CO的吸收效果产生的影响极小。 

煤在自燃过程中会产生CO、烷烃、烯烃以及炔烃等指标性气体，指标性气体的浓度能够预测和反映煤自燃的状态，而CO的浓度较之其他指标性气体的浓度高，容易检测，因此CO是煤自燃火灾最主要的指标气体。在煤自燃的不同阶段，会产生不同浓度的CO，通过煤自燃升温实验，检测煤样在不同温度下产生的CO浓度，从中找出煤温与CO浓度之间的对应关系，对于预测预报矿井煤自燃发火、指导矿井科学高效地制定灭火方案具有重要的价值。

目前应用较为广泛的测定煤自燃气体中CO浓度的装置主要是气相色谱仪，通过载气将煤自燃气体样品带入色谱柱进行分离，分离后的各气体组分先后流出色谱柱进入检测器，检测器将其浓度信号转变成电信号，经处理就得到了色谱的流出曲线，利用该曲线上CO对应的色谱峰就可以对CO的浓度进行分析，但是该装置只有进行多次重复实验后方能获得理想的测量效果，且在测试过程中，进样的间隔时间需要10分钟以上，因此不能实现CO浓度的连续监测。傅里叶变换红外光谱仪主要由红外光源、光阑、干涉仪、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成，红外光源发出的光被干涉仪分为两束并产生干涉，干涉光信号在通过样品室后到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，得到气体的CO浓度，该仪器虽然可以实现CO浓度的监测，但是只能测量振幅信息，且得到的吸收峰不够尖锐，谱线重叠严重，使得气体浓度的检测精度较低。超声检测仪主要由一对超声换能器、样品室、温度传感器和信号处理系统组成，测量时从一个换能器向另一个换能器发射超声脉冲，测量脉冲在样品室中的传播时间，进而计算出声速，然后根据声速、温度传感器测得的温度与气体介质混合比例之间的函数关系推算出气体的浓度，但是该仪器主要用于大流量、大管径的气体浓度检测，且极易受到周围压力、温度、湿度等因素的影响，精度低，难以对小流量的煤自燃过程中产生的CO的浓度进行高精度监测。因此，研究一种新的监测煤自燃气体中CO浓度的装置是煤矿安全领域中迫切需要解决的一个问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，精度高并且能够监测煤自燃气体中CO浓度的频域太赫兹装置及方法。

技术方案：本发明的监测煤自燃气体中CO浓度的频域太赫兹装置，包括气室，所述气室的一端经管路连接有内设有变色3A分子筛和活性炭的净化器，净化器的另端经管路连接有装有煤样的煤自燃性测定仪，气室的另一端经三通分别连接有智能真空泵和集气袋，三通与集气袋之间设有安全阀门，三通与智能真空泵之间设有闸阀，气室的两侧分别设有频域太赫兹发生器和太赫兹信号接收器，太赫兹信号接收器连接有电脑；所述煤自燃性测定仪和净化器之间设有调节阀，净化器和气室之间设有截止阀。

所述气室为石英玻璃制成的圆柱筒体，筒壁及上下底面厚1-1.5mm，筒体内直径3-10mm，上下底面分别有进出气口。

利用上述监测煤自燃气体中CO浓度的频域太赫兹装置的方法，包括如下步骤：

a. 关闭调节阀，开启煤自燃性测定仪使装入其中的煤样烧并产生煤自燃气体；

b.设置安全阀门的安全压力，设置智能真空泵的负压值，打开截止阀、闸阀，开启智能真空泵对气室抽真空；

c.当气室内的压力达到智能真空泵所设置的负压值时，智能真空泵自动关闭，此时关闭闸阀；

d.缓慢打开调节阀，使煤自燃性测定仪中产生的煤自燃气体以30-50ml/min进入净化器，煤自燃气体中的水蒸气和炭黑等杂质被净化器内的变色3A分子筛和活性炭吸收，以避免水分和炭黑杂质对频域太赫兹监测结果的影响；

e.当煤自燃气体经截止阀进入气室后，煤自燃气体的压力大于安全阀门的安全压力时，安全阀门自动开启，将气体排入集气袋内，待安全阀门排气10s后，关闭截止阀；