Разработка научных основ построения многокритериальных оптико-электронных приборов контроля аварийных и предаварийных ситуаций (в том числе эндогенных и экзогенных пожаров) в угольных шахтах

В результате выполнения НИР разработаны научные основы построения многокритериальных интеллектуальных оптико-электронных приборов контроля аварийных и предаварийных ситуаций в угольных шахтах (в том числе эндогенных и экзогенных пожаров), выполняющих мониторинг рудничной атмосферы и обеспечивающих пожарную безопасность. Сформулированы необходимые и достаточные параметры контроля и определены их диапазоны изменения. Контролируемыми параметрами являются: концентрация метана (от 0 до 2,5 % по объему); концентрация диоксида углерода (от 0 до 2% по объему); концентрация оксида угле-рода (от 0 до 0.01 % по объему); концентрация угольной пыли (от 0 до 7 г/м3); поток оптического излучения при пламенном горении метановоздушной смеси и тлении угольной пыли. Многокритериальный оптико-электронный прибор предлагается построить с использованием совокупности оптико-электронных датчиков метана, оксида углерода, диоксида углерода, угольной пыли, оптического излучения тления и пламени. Разработана математическая модель и выполнено компьютерное моделирование прибора. Сформулированы рекомендации по выбору оптимальных датчиков контроля. Подход к моделированию оптико-электронных датчиков измерения концентрации газов заключается в расчете спектрального коэффициента пропускания с использованием закона Бугера-Ламберта-Бера. Подходы к моделированию оптико-электронного датчика измерения концентрации пыли основаны на расчете спектрального коэффициента пропускания газодисперсной среды на базе теории Ми. Подходы, основанные на уравнении переноса излучения и использовании угловых коэффициентов, применяются для расчета излучения, поступающего от очага горения на входной зрачок оптико-электронного датчика пламени. ОЭД концентрации газов предлагается реализовать на базе следующих выбранных оптопар: – контроль метана – оптопара LED34-PD34 (порог обнаружения 0,013 об. %). – контроль оксида углерода – оптопара LED46-PR- PD48-03-NS-PR (порог обнаружения 0,00083 об. %) – контроль диоксида углерода – оптопара LED43-PR-PD48-03-NS-PR (порог обнаружения 0,0013 об. %). Для реализации ОЭД концентрации газа была выбрана оптопара ADL-78901TL – SFH 203 (порог обнаружения 0,0002 г/м3). Моделирование оптического излучения пламени выполнялось при допущении о том, что горение стехиометрической метановоздушной смеси представляет огненный шар. Оптическое излучение от очага тления моделировалось с учетом того, что горение отложившейся угольной пыли происходит на площадке квадратной формы. Расчет коэффициента выполняется для промежуточной среды с двумя составами характерными для нормального атмосферного воздуха и шахтного воздуха. Выбор спектральных диапазонов контроля излучения пламени выполнен по результатам спектрального потока излучения на входном зрачке ОЭД, полученного для промежуточной среды в виде шахтной атмосферы, наиболее сильно поглощающей поток излучения пламени. Контроль излучения пламени может выполняться в двух спектральных диапазонах – от 2,45 до 3,2 мкм и от 4,3 до 4,6 мкм. Контроль излучения тления пропускания выполняется в спектральном диапазоне – от 3,5 до 4,2 мкм, где излучение тления несущественно поглощается промежуточной средой. В результате выбора элементной базы, исходя из наибольшего отношения сигнал-шум установлено, что при контроле излучения пламенного горения могут быть использованы фотоди-оды ФЭ722 и PD36-10. Для контроля излучения тления может быть использован фотодиод ФЭ723. Разработан нейросетевой алгоритм контроля предаварийной или аварийной ситуации. Разработано математическое описание нейросетевого алгоритма, включающее в себя предвари-тельную обработку сигналов с ОЭД, нормирование сигналов с ОЭД, математическое описание нейронных сетей. При предварительной обработке данных учтено влияние концентрации взвешенной угольной пыли на допустимую концентрацию метана. Определено влияние посторонних газов на показания ОЭД, контролирующего концентрацию отдельного газа. Нормирование сигналов ОЭД требуется для приведения в соответствие их диапазонов измерения с диапазоном изменения значений входных данных для нейронных сетей. Математическое описание нейронных сетей проведено для двух типов: NAR и NARX. Изготовлен экспериментальный образец многокритериального оптико-электронного при-бора. Разработана структурная схема и выбрана элементная база экспериментального образца МКОЭП. Выполнено проектирование и изготовление экспериментального образца МКОЭП. Проведены испытания, подтверждающие адекватность математической модели и алгоритма работы прибора. При проведении испытаний установлена возможность обнаружения пожара МКОЭП по наличию оптического излучения при тлении угольной пыли и пламенном горении газовоздушной смеси. Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ, № МК-868.2017.8.

Приборостроение
Исследования

Вуз: Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

ID: 5ce4eb617966e105443b0d23
UUID: 56843d90-5e88-0137-f893-525400005860
Язык: Русский
Опубликовано: почти 5 лет назад
Просмотры: 64

11.38

Сергей Лисаков

Бийский технологический институт (филиал) Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова


1

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,1 МБ


Поделиться работой
Current View

Рецензии:

  Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Для лиц старше 18 лет