[发明专利]一种瓦斯气体浓度测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种瓦斯气体浓度测量系统及方法，涉及瓦斯气体浓度测量技术领域，在检测管道中安装一个具有双开孔的采样球，将待测瓦斯气体通入采样球后，通过测量谐振频率即可计算得到瓦斯气体的百分含量，不但结构简单，设计新颖合理，实现方便，而且可以有效提高瓦斯气体浓度测量的可靠性，同时也适合于其他气体浓度测量，实用性强，推广应用价值高。

技术领域

本发明涉及瓦斯气体浓度测量技术领域，特别涉及一种瓦斯气体浓度测量系统及方法。

背景技术

瓦斯是煤矿开采中常见的气体，严重影响着煤矿的安全生产。针对如何准确监测瓦斯浓度是预防瓦斯爆炸技术的一个关键问题。目前，煤矿井下常用的瓦斯检测传感器大多使用是催化传感元件，其检测浓度范围较小，测量结果稳定性较差。因此，科研人员对此展开了大量新的研究。例如，《煤炭学报》的2006第31卷中，文献《基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器的实验》中研制了基于红外光谱吸收原理的红外瓦斯传感器。《中北大学学报(自然科学版)》的2008年第29卷中，文献《基于光谱吸收和谐波检测的瓦斯浓度测量技术》中提出了一种瓦斯特征光谱吸收特性和二次谐波检测原理的煤矿瓦斯监测方法。《压电与声光》的2010年第4期《基于声学谐振腔的新型瓦斯气体传感器的研究》一文中，提出了一种基于声学谐振腔的瓦斯气体传感器，通过压电谐振腔的谐振频率的偏移量检测混合气体中瓦斯气体的含量。

但是目前的测量技术普遍存在结构复杂、测量可靠性不高的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种瓦斯气体浓度测量系统及方法，用以解决现有技术中存在的问题。

一种瓦斯气体浓度测量系统，包括检测管道，所述检测管道的两端分别为入口端和出口端，所述入口端具有两个接口，分别为第一入口接口和第二入口接口，所述出口端也具有两个接口，分别为第一出口接口和第二出口接口；所述第一入口接口上通过管道与入口阀门连接，所述第一出口接口通过管道与出口阀门连接，所述检测管道内部固定安装有双开孔采样球，所述双开孔采样球为中空结构，其表面具有两个采样通孔；

所述第二入口接口安装有第一波导管，扬声器安装在所述第一波导管的末端，所述扬声器的输入端与函数发生器的输出端连接，所述函数发生器的输入端与计算机的USB接口连接；

所述第二出口接口上安装有第二波导管，传声器安装在所述第二波导管的末端，所述传声器的输出端与数据采集器的输入端连接，所述数据采集器的输出端与所述计算机的另一USB接口连接；

所述计算机包括正弦波形发生模块和数据处理模块；

所述正弦波形发生模块用于产生扫描频率点指令帧，然后通过USB接口将扫描频率点指令帧传输到所述函数发生器，所述函数发生器接收到扫描频率点指令帧后提取帧中的频率数据，以该频率数据生成正弦波信号，该正弦波信号驱动所述扬声器发声；

所述数据处理模块用于通过所述计算机的USB接口向所述数据采集器发送采集启动帧，所述数据采集器接收到该采集启动帧后以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集器将采集的数据通过USB接口传输到所述计算机的数据处理模块，所述数据处理模块将采集到的数据进行保存；所述数据处理模块依次调出扫描频率点对应的采集数据，并从采集数据中找出每个频率点对应的最大值，然后在这些最大值中查找出最小值，该最小值所对应的扫描频率点即为谐振频率f_r，将谐振频率带入公式算出待测气体中的瓦斯浓度；

具体地，所述数据处理模块的计算过程为：

所述双开孔采样球内部腔体的有效体积V为内部球体体积减去两个采样通孔的体积：

其中，R_i为所述双开孔采样球的内半径，a为所述采样通孔的半径；

根据声学原理，所述双开孔采样球球形腔体中的瓦斯气体的声容为C_A，则有：