Одним из основных дестабилизирующих факторов рудничной атмосферы является наличие угольной пыли в открытом оптическом канале измерителя, так как свет, проходя через пылегазовую среду, ослабляется в результате рассеяния и поглощения (абсорбции). Пыль также оседает на оптических элементах и ведет к снижению метрологической надежности, ухудшается прозрачность оптических компонентов.
Рудничная пыль составляет значительную часть воздушной смеси в шахте. Под ней понимают совокупность мелких минеральных частиц, размером менее 1 мкм, находящихся во взвешенном состоянии в воздухе шахтной выработки или осевшей на поверхностях [1].
Для компенсации влияния на показатели оптического абсорбционного метанометра наличия пленки пыли на оптических элементах и в открытом оптическом канале разработан алгоритм компенсации, включающий в себя использование двух светодиодов: один – с длиной волны, лежащей в полосе поглощения метана (3,3 мкм), второй – с длиной волны, находящейся вне полосы поглощения метана (2,7 мкм). Спектральное устройство, включающее в себя два светодиода, представлено на рис. 1.
Алгоритм работы следующий: два светодиода, находясь в одном оптическом канале, включаются попеременно микроконтроллером, который, в свою очередь, производит вычисление концентрации метана, основываясь на показаниях, полученных со светодиодов за один цикл измерения. Тем самым происходит исключение из показаний влияния угольной пыли на результат измерений путем нахождения разницы между показаниями двух светодиодов. Данная разница и является показанием концентрации метана.
На схеме:
LED 32, LED 29 – светодиод; ФД – фотодиод; ООК – открытый оптический канал; Об1, Об2 – объектив; ОК1, ОК2 – оптическая кювета.
В качестве основного светодиода используется LED-332-NS [2], в качестве опорного – LED-270-NS [3].
Путем математического моделирования произведена оценка влияния на показания наличия пыли на оптических элементах и в открытом оптическом канале. В математическую модель оптического спектрального устройства введены дестабилизирующие факторы, такие как: толщина пленки пыли на окнах и количество пыли в открытом оптическом канале.