現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)涉及到眾多的非電量,如重量、加速度、力和力矩、壓力等力學(xué)量或者其它一些等化學(xué)量。這些物理量進(jìn)行直接測(cè)量時(shí)非常困難或者不方便,需用一種轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)化為易于測(cè)量、傳輸和處理的電量,這種裝置就是傳感器，其中壓力傳感器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用非常廣泛。壓力傳感器檢測(cè)技術(shù)是以獲取壓力信號(hào),同時(shí)再經(jīng)一些轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào),進(jìn)行顯示或提供給控制電路,以達(dá)到過(guò)程控制的目的裝置[1]。

　　1．問(wèn)題提出

煤礦發(fā)生瓦斯突出后會(huì)向采掘空間涌出大量的瓦斯,很容易達(dá)到爆炸極限,一旦達(dá)到爆炸極限再遇上火源就會(huì)發(fā)生爆炸,改變了突出事故的性質(zhì)。所以在發(fā)生突出后*時(shí)間內(nèi)切斷電源是防止事故擴(kuò)大化的一條有效途徑[2]。如何正確的反映瓦斯超限是因?yàn)橥咚雇怀鲞€是普通意義上的瓦斯超限,在鑒別是壓力傳感器可以起到很大的作用。當(dāng)瓦斯突出的瞬間，工作面的氣壓會(huì)有很大變化,利用壓力傳感器測(cè)得壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，由單片機(jī)控制斷電的范圍，達(dá)到防止爆炸的目的。

　　2. 壓力傳感器介紹

電容式傳感器是將被測(cè)量（如尺寸、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電容變化量的一種傳感器，它具有溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性好、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等一系列優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)微壓、微力、微小位移、加速度等的測(cè)量，在工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)實(shí)生活在應(yīng)用廣泛。本文采用的是變極距型電容式傳感器--單只變極距型電容壓力傳感器。

　　2.1 工作原理

單只變極距型電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)如下圖，其結(jié)構(gòu)由一個(gè)固定電極和膜片電極構(gòu)成電容。由于膜片電極很薄，在外壓力的作用下向固定電極方向呈球狀突起，改變電容的極距，使電容量發(fā)生變化。在測(cè)氣體壓力時(shí)，氣體壓力（P）作用于彈性膜（動(dòng)極板），使彈性膜片產(chǎn)生位移，導(dǎo)致電容量變化。

　　2.2 測(cè)量電路

變極距型電容式傳感器的極距變化與電容變化量成非線性關(guān)系，使電容式傳感器的應(yīng)用受到了一定的限制。采用比例運(yùn)算放大器電路，可以使輸出電壓與位移的關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。如下圖所示，反饋回路中的Cx 為極距變化型電容式傳感器的輸入電路，采用固定電容Ci，Ui 為穩(wěn)定的工作電壓。由于放大器的高輸入阻抗和高增益特性，比例器的運(yùn)算關(guān)系如下，可得到輸出電壓與電容傳感器的間隙成線性關(guān)系。

　　3. 瓦斯突出處理方法

在發(fā)生瓦斯突出事故后，首先應(yīng)停止事故區(qū)一切非本質(zhì)安全工作設(shè)備工作，然后在井口周圍和井下設(shè)置瓦斯傳感器,監(jiān)測(cè)井口周圍及井內(nèi)瓦斯?jié)舛取；謴?fù)主井井口局部通風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒,向井筒內(nèi)供風(fēng),在可控范圍內(nèi)排放井筒內(nèi)瓦斯。利用轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)巷掘進(jìn)巷道貫通主井裝載硐室,作為事故搶險(xiǎn)通道和處理瓦斯通道。探明災(zāi)區(qū)人員及災(zāi)情,縮短瓦斯排放時(shí)間。利用地面風(fēng)井負(fù)壓系統(tǒng)和巷道局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓排放主井井筒內(nèi)瓦斯。井筒內(nèi)瓦斯降至安全濃度后,由礦山救護(hù)隊(duì)進(jìn)入主井探險(xiǎn),恢復(fù)地面絞車提升系統(tǒng),搶救遇險(xiǎn)人員[3]。

　　4. 應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如所示。單只變極距型電容壓力傳感器用于壓力測(cè)量,由放大器組成的測(cè)量電路來(lái)完成壓力信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化,以便于進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制,由測(cè)量電路得到電壓通過(guò)比較器進(jìn)行比較，比較器有多個(gè)輸出又來(lái)表示瓦斯突出的程度,其輸出量作為單片機(jī)P1 口的輸入，單片機(jī)實(shí)時(shí)讀取P1 口的狀態(tài)，執(zhí)行子程序控制繼電器的開(kāi)通于關(guān)斷控制停電.

4.2 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序有主程序和 3 個(gè)子程序構(gòu)成。MCS-51 單片機(jī)執(zhí)行主程序不斷讀取P1 口的狀態(tài)，然后送入CPU 進(jìn)行判斷確定是否有瓦斯突出。瓦斯突出（一般情況、嚴(yán)重情況和特別嚴(yán)重情況）分三種情況，根據(jù)傳感器測(cè)出的壓力大小而定，高電平“1”表示有瓦斯突出，單片機(jī)控制繼電器的開(kāi)合，進(jìn)行開(kāi)通和關(guān)斷電源的控制。比較器的三個(gè)輸出分別輸入P1.0 口、P1.1 口和P1.2

5.實(shí)例分析以安陽(yáng)龍山礦為例，如圖4“龍山礦瓦斯突出事故停電范圍示意圖” [2]。2006 年5 月1日,23061 掘進(jìn)工作而發(fā)生小型突出，突出煤量32 噸,瓦斯涌出瓦斯量 542 立方米，沖擊波速度為155 米每秒，如果安裝上高強(qiáng)度反向風(fēng)門，*可以抵抗此次突出的沖擊，所以就沒(méi)必要停掉整個(gè)23 采區(qū)的電源，只需要根據(jù)瓦斯傳感器的反應(yīng)停掉反向風(fēng)門以里至工作面的電源即可，如圖中淺色巷道所示。當(dāng)發(fā)生大型的突出后，防突設(shè)施皆無(wú)法抗拒沖擊波的沖擊，壓力傳感器發(fā)揮作用，產(chǎn)生動(dòng)作，停掉整個(gè)23 采區(qū)的電源，傳感器的共同應(yīng)用,比單一使用瓦斯傳感器來(lái)控制斷電要更,可以做到不盲目斷電,避免不必要的損失。

6. 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)中所介紹的單只變極距型電容壓力傳感器與MCS-51 單片機(jī)組成的系統(tǒng),具有成本低、體積小、可靠性高和使用簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，而且可以和微機(jī)遠(yuǎn)距離通信。

　　突出的強(qiáng)度量化從來(lái)都是一個(gè)不確定的因素,突出沖擊波和瓦斯涌出量的關(guān)系也是不確定的,也就是說(shuō),某地點(diǎn)發(fā)生突出,有可能沖擊波把風(fēng)門破壞,但是突出的瓦斯量并不大,未造成大面積逆風(fēng);也有可能發(fā)生同樣突出煤量的突出,風(fēng)門同樣被破壞,但是突出的瓦斯量很大,造成大面積逆風(fēng),甚至是一翼或者全礦井,所以壓力傳感器的斷電范圍還是不足以滿足此類型突出狀況,有待進(jìn)一步的探討和研究[2]。如果把壓力傳感器與瓦斯