煤层瓦斯含量拟合装备的设计.pdf

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1、第11卷第1期华北科技学院学报V0l_11No．12014年1月JournalofNorthChinaInstituteofScienceandTechnologyJan．2014煤层瓦斯含量拟合装备的设计刘永涛，刘佳，马尚权，邸炜(华北科技学院，北京东燕郊101601)摘要：煤层瓦斯含量预测中需要对样煤的瓦斯含量进行测试分析。样煤瓦斯解吸速率随时间延长逐渐降低，所以需要采用一种极低压损的气体流量传感器进行测试。为适应这一需求，仪表设计采用了微机电系统(MEMS)流量传感器FS4001，通过混合信号处理器12位A／D转换实现气体流量采集，再根据样煤瓦斯解吸速率随时间变化

2、的幂函数关系，自动拟合推导出自然状态下样煤解吸的瓦斯总量。该仪表实现了数据采集、多组存储、时间设定、解吸速率曲线显示、总量逻辑推导、损失量拟合等多项功能，在微气体测量领域有很好的应用前景。关键词：MEMS；流量传感器；曲线拟合；最小二乘法中图分类号：TD712．55文献标识码：A文章编号：1672—7169(2014)001—0005—04ThedesignofrapidpredictionsystemoncoalseamgascontentLIUYong—tao，LIUJia，MAShang-quan，DIWei(NoahChinaInstituteofScience

3、andTechnology，Yanjiao，101601，China)Abstract：Inthispaper，coalseamgascontentforecastneedstotestandanalysethegascontentofthecoalsample．Gasdesorptionrateofcoalsamplegraduallyreducedwithtimeextension，SOweneedtouseaverylowpressurelossofthegasflowsensorfortesting．Inordertoadapttothedemand，thein

4、strumentdesignusesmicroelectromechanicalsystem(MEMS)flowsensorFS4001，torealizethecollectionofgasflowthroughthemixedsignalprocessor12bitA／Dconversion．Accordingtocoalsamplegasdesorptionpowerfunctionrelation—shipbetweentheratechangingovertime，automaticmatchingisdeducedunderthenaturalstatesa

5、mpletotalcoaldesorptionofgas．Thisinstrumenthasrealizedthedataacquisition，storageofmoregroups，curvedis—play，timesetting，desorptionratetotallogicdeduction，thelossinfittingandSOoninthefieldofmicrogasmeasurementwithitsgoodapplicationprospect．Keywords：MEMS；flowsensor；curvefitting；leastsquarem

6、ethod如何准确快速地测定煤层原始瓦斯含量，是问题。因此设计和研制一款高性能的煤层瓦斯含煤矿瓦斯防治领域多年研究的课题。煤层瓦斯含量测试仪具有重要的理论意义和实用价值。量是确定瓦斯涌出量的基础数据，是矿井瓦斯抽本文主要介绍了基于微机电系统(MEMS)流放设计和矿井通风设计的重要参数之一。现有的量传感器FS4001—200一CV—CH4的煤层瓦斯测量设备存在着功能不完备、智能化程度不高等解吸记录仪的研究与设计方法。实现了对微量、收稿日期：2013—1l一14作者简介：刘永涛(1981一)，男，河北定州人，硕士，华北科技学院电子信息工程学院讲师。E—mail：ytliu@

7、ncist．edu．all5第1期刘永涛等：煤层瓦斯含量拟合装备的设计模块、铁电存储模块、时钟模块、键盘模块、LCD显示模块、USB通信模块等单元电路J。系统采用了单元电路设计，集成度较高。这就保证了仪表的稳定性，但也增加了系统软件设计的难度。仪器设计核心和难点是由Q的各点数据拟合推导Q的数值以及Q：解吸速率的曲线绘制。由于处理器的运算能力有限，在Q的数据拟合过程当中不能运用全部Q的数值来准确拟合出Q的数值。所以系统采取了就近法则，根据最初始的三个数值点带人幂函数：Vo(1+t)一k图2解吸率曲线图列方程组，从而求出起始速率V。和时间常数