矿难杀手瓦斯监测设备的研究与设计[20191223133205]
摘 要
瓦斯就是甲烷气体，具有很高的可燃性。在我国煤矿事故中瓦斯爆炸占了很大的一部分。因此煤矿瓦斯浓度检测系统就显得尤为重要。但是现在广泛被使用的瓦斯浓度检测系统总是存在着一些问题，比如体积较大，精度不够高，受环境因素影响较大以及制造成本高等。由于这些问题的存在，很多矿井都不能及时发现并阻止事故的发生而造成人员和财产的损失。可是如今随着MEMS技术的日趋成熟，MEMS传感器已经被应用于很多不一样的领域。MEMS传感器具有不少优点，例如体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、容易集成还有受工作环境影响小等,这些益处极大地加快了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。MEMS传感器正在逐步替代传统机械传感器的主导位置,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的重视。
在这里设计的新型电离式MEMS气体传感器依靠的是纳米材料对气体的电导的提高效应，将测出的混合气体的伏安特性曲线与基准气体曲线的关系作为信号转换机制来确定该混合气体的成分以及浓度。
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关键字:瓦斯,浓度检测,MEMS传感器,气体传感器
目 录
第一章 绪论...................................................1
1.1 研究背景...............................................................1
1.1.1 瓦斯爆炸的危害...................................................1
1.2 瓦斯爆炸的原因分析.....................................................3
1.3 我国煤矿瓦斯检测系统的现状及存在的问题.................................4
1.4 MEMS技术调整至研究背景.................................................6
1.4.1 MEMS技术.........................................................6
1.4.2 MEMS的特点.......................................................7
1.4.3 MEMS传感器.......................................................7
1.5 研究内容和研究目标.....................................................8
1.5.1 研究内容.........................................................8
1.5.2 研究目标.........................................................8
第二章 目前广泛应用的煤矿瓦斯检测系统及工作原理..................9
2.1 光学瓦斯检定器.........................................................9
2.1.1 光学瓦斯检定器的功能和特点.......................................9
2.1.2 光学瓦斯检定器的构造.............................................9
2.1.3 工作原理........................................................11
2.2 载体催化型瓦斯传感器..................................................12
2.3 热导型瓦斯传感器......................................................14
2.3.1 检测方法........................................................14
2.4 气敏半导体型瓦斯传感器................................................15
2.5 红外型瓦斯传感器......................................................16
第三章 MEMS技术的瓦斯监测系统的设计..............................17
3.1 基于MEMS技术的气体传感器.............................................17
3.2 新型电离式MEMS气体传感器的加工工艺与工作原理.........................18
3.2.1 氧化锌纳米棒阵列的制备..........................................18
3.2.2 气体传感器电机系统的加工........................................19
3.2.3 微小信号测试平台................................................20
3.2.4 结果与分析......................................................21
3.3 创新..................................................................26
3.3.1 利用电阻率的不同检测气体组分....................................26
3.3.2 检测系统的芯片整合..............................................28
3.4 小结..................................................................30
第四章 总结与展望....................................................31
参 考 文 献....................................................32
致 谢..........................................................33
第一章 绪论
1.1研究背景
1.1.1瓦斯爆炸的危害
瓦斯就是我们一般所说的甲烷气体，甲烷气体是一种拥有很高的可燃性的气体，所以很容易发生事故，而煤矿中常常含有许多瓦斯。基于煤矿事故的分析，瓦斯事故发生的概率是最大的。煤矿瓦斯是井下有害气体的一个通用术语。矿井瓦斯同样也会燃烧，爆炸造成人员窒息，对矿山工人的生活会产生很大的危险;而且有害气体可以直接影响到矿工的身体健康，直到窒息死亡。
据不完全统计，在过去的10年中，每一个拥有煤矿的国家因为瓦斯泄露引发的瓦斯爆炸事故的死亡人数已超出了60000。新中国成立到现在，我国煤矿发生的重大、特大人员伤亡事故中瓦斯事故占了90％以上。据保守统计，仅 2002 年一年，本国煤矿发生死亡事故4434 起，死亡 6985 人。其中，国有煤矿 1174 起，死亡 1925 人，由于瓦斯事故死亡超过540人 。其他的煤矿瓦斯事故死亡人数所占的比例更大。因此，矿井瓦斯灾害事故成为煤矿安全生产的大敌，我们应该加以预防，杜绝这类事故的发生。如图1.1、表1.1.1、表1.1.2反应了最近10年以来我国煤矿事故的伤亡统计。
图1.1 2002~2011年本国煤矿事故统计图
表1.1.1 2002~2011年本国煤矿百万吨死亡率统计表
表1.1.2 本国最近10年以来煤矿死亡百人以上及近百人瓦斯事故情况
1.2瓦斯爆炸的原因分析
颜色 无色
气味 无味
熔点 -182.5℃
沸点 -161.5℃
溶解度（常温常压） 0.03

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