Способ автоматического контроля концентрации пыли в шахтной атмосфере Советский патент 1990 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам оптического контроля запыленности шахтной атмосферы, и может быть использовано для автоматического управления шахтной вентиляцией и пыпеподавлением.

Целью изобретения является повышение точности контроля за счет устранения влияния перераспределений концентрации угольного, известнякового и песчаникового компонентов пыли и устранения влияния флуктуации концентраций СН4, СО, С02, 80г и N0,

На чертеже показаны спектральные зависимости коэффициентов К пропускания пыли взвешенной в шахтной атмосфере: кривая 1 для угольной пыли, кривая 2 для известняковой пыли, кривая 3 - для песчаниковой пыли,

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируемый объем шахтной атмосферы, содержащей типичные компонен

ты пыли, а именно угольную, известняковую и песчаниковую пыль в присутствии добавок газов СО, СО, N02 и S02, просвечивают инфракрасным светом в двух спектральных диапазонах: 6-6,8 и 7,6-8,8 мкм. Регистрируют интенсивности прошедшего света в каждом из двух диапазонов, определяют их сумму, с помощью которой находят концентрацию пыли.

Величина суммарного сигнала оказывается нечувствительной к флуктуа- циям состава пыли, что обеспечивает повышение точности контроля,,

Зависимость интенсивности 1 прошедшего через шахтную атмосферу толщиной 1 монохроматического излучения в диапазоне 6-6,8 мкм от концентраций Со. угольной, Си известняковой и С„ песчаниковой пыли, а также от концентраций метана См, углекислого и угарного Сир газов, окислов серы Сс и азота CQ можно представить в виде I, 10, (С +С„х;+Спх п+СмХ

+Си,х,Л+с,,гх +ссх;+саХа) (О,

„„,-. V° V1 V1 Y1 Y1 Y Y1 м Y - vnгде Хд,Хи,Х0 ,XM,X,Xyf,Xc и Xa - ко эффициенты ослабления излучения на длине волны Х, соответственно угольной, известняковой и песчаниковой пылью, метаном, углекислым и угарным газами, окислами серы и азота; 101 - интенсивность просвечивающего излучения для первого диапазона длин волн Аналогичная зависимость интенсивности I, для второго спектрального диа

пазона записывается в виде 1г 1огехр -1( +C xJn-t-CijrxJr+CcXc+C0x|;), (2) где XJ.xJ.x i.xi.xJ.xJ.Xj я Х„ - аналогичные коэффициенты ослабления излучения второго диапазона длин волн; I0„ - интенсивность просвечивающего излучения для второго диапазона длин

волн

I

Зависимость суммарной для обоих диапазонов интенсивности записывается в виде

, pf-1 (c xJ-K xXX-f

+CMX«+CyX +CcXc+CaXa)+VexP -lx

(c xJ+cXXxn+сХм+уус

+СС +СХ).(3)

В выбранных диапазонах длин волн 6-6,8 и 7,7-8,8 мкм коэффициенты ос0

0

лабления СН4, СО, COZ, 80г и NOg. более чем на два порядка меньше коэффициентов ослабления инфракрасного излучения угольной, известняковой или песчаниковой пылью:

fill I 1 I I jr I

ХМ,, ,ХС и Х,ХИ ил Хп

« у у у „ у у игт„ у лс и Ац - 300 И Аи или лп

Поэтому изменения концентраций См, Cu/i,Ci,r,Cc и не вызовут заметных изменений 1 и 14 согласно (1) и (2) и, следовательно, не приведут к за5 метным изменениям суммарной интенсивности I.

При длине волны около 6,4 мкм ., поэтому перераспределение содержаний Си и Си при Cu+CV(-bCn C const не вызовет изменения интенсивности I, При длине волн около 8,2 мкм , поэтому перераспределение содержаний Си и Си при Cu+Cv|+Cn consts C не выэо вет изменения интенсивности I о Оба

5 вывода следуют из приведенных на чертеже спектральных зависимостей и из анализа формул (1) и (2).

Пусть, например, увеличивается концентрация песчаниковой пыли Сп

0 при .+Cv,+Cr,const.

Так как и при длине волны около 6,4 мкм, то с ростом Сп происходит увеличение интенсивности 1| (см. чертеж и формулу (1)). Одновременно видно, что при длине волны

5

0

около 8,2 мкм соблюдаются условия v и „ и „ и „ к

и Х„ъХи. Поэтому с ростом С„,

если C Cu+CM+Cn const, происходит уменьшение интенсивности 1.

Ширина каждого из двух диапазонов

выбрана из условия (

xjr +ccxrtc+cax;;) 5 -(x,-Xj)I0l (СаХ СиХ Спх;+

(Х +С ХЗГ+ССХ;+СС,ХО). (4)

0

При выполнении условия (4), т0е0 когда диапазоны длин волн составляют 6-6,8 и 7,7-8,8 мкм, увеличение интенсивности 14 с ростом Сп полностью компенсируется уменьшением интенсивности 1. В результате суммарная интенсивность (+1 не будет изменяться при изменениях Сп и (,+СЙ+ +Cn const, В свою очередь, при увеличении общей концентрации С пыли обе интенсивности будут уменьшаться и в

51

результате I также будет экспоненциально уменьшаться.

Зависимость суммарной интенсивности I от общей концентрации С пыли может быть аппроксимирована экспо- нентой

I I0exp -1CX. (5) Решая (5), найдем

In Ip-In I 1 X

где X - коэффициент ослабления суммарного потока излучения пылью (градуировочный коэффициент) ; I - суммарная интенсивность в

двух диапазонах при прохождении излучения через чистый разреженный воздух.

Формула изобретения

Способ автоматического контроля концентрации пыли в шахтной атмосфере, включающий просвечивание контролируемого объема шахтной атмосферы

1

с

е

я

5503686

электромагнитным излучением, регистрацию интенсивности падающего и прошедшего электромагнитного излучения,

5 из которых определяют концентрацию пыли, отличающийся тем, что, с целью повышения точности конт роля за счет устранения влияния перераспределения концентраций угольного,

10 известнякового и песчаникового компонентов пыли и устранения влияния флуктуации концентраций СН4,СО,СОг,S02 и N02 в шахтной атмосфере, для просвечивания используют инфракрасное

15 излучение в спектральных диапазонах соответственно 6,0-6,8 и 7,6-8,8 мкм, а для определения концентрации пыли в качестве интенсивности прошедшего излучения используют сумму интенсив20 ностей прошедшего излучения в этих двух спектральных диапазонах, при этом ширины спектральных диапазонов просвечивания и соответствующие интенсивности просвечивающего излуче25 ния выбирают из условия равенства ин- тенсивностей прошедшего излучения в этих спектральных диапазонах.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам оптического контроля запыленности шахтной атмосферы, и может быть использовано для автоматического управления шахтной вентиляцией и пылеподавлением. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет устранения влияния перераспределений концентраций угольной, известняковой и песчаниковой компонент пыли и устранения влияния флуктуаций концентраций CH₄,CO₂,SO₂ и NO₂. Сущность способа состоит в том, что осуществляется просвечивание контролируемого объема шахтной атмосферы инфракрасным излучением и регистрация интенсивности прошедшего через контролируемый объем излучения, при этом просвечивание контролируемого объема осуществляют в двух диапазонах длин волн 6 - 6, 8 и 7 , 6 - 8, 8 мкм, а о содержании пыли судят по суммарной интенсивности излучения. За счет выбора специальных спектральных диапазонов обеспечивается компенсация изменений пропускания, вызванных флуктуациями в составе пыли. Выбранные спектральные диапазоны являются также окнами пропускания для газовых компонент шахтной атмосферы. 1 ил.

/0

Ц У 6 7 8 9 V М