随着我国煤炭行业的迅速发展,煤矿环境中的呼吸性粉尘对从业人员身心健康的危害引起了广泛关注。近年来,煤炭行业从业人员患有尘肺病的人数呈增长态势,严重限制“健康中国”的发展。因此,本文设计了一种基于激光散射的煤矿井下呼尘监测系统,可以同时对煤矿井下多区域内的呼吸性粉尘进行实时监测,设计理念符合智能化矿山的建设。本文首先对呼吸性粉尘颗粒的检测方法进行了对比分析,选取光散射法作为研究方法。研究了呼吸性粉尘颗粒对散射光分布的影响,利用Mie散射系数和散射光角度之间的关系,建立了散射光强与呼吸性粉尘颗粒的数学关系模型。采用激光传感技术,设计了一款新型激光呼尘传感器,完成了密闭测量腔室、光陷阱、激光光阑、进气口出气口以及吸气风扇等主体结构的设计。在此基础上,设计了激光呼尘传感器的硬件检测电路,利用PIC16F887A-I/PT单片机对信号进行处理,运用S1223光电二极管对散射光进行信号采集,再通过AD623、OP07C运算放大器设计了放大滤波信号处理系统,可以有效的消除光电二极管暗电流以及环境光的影响,对于系统整体的信噪比有较为明显的提高,实现了测量的精准度以及可靠性。最后,进行了激光呼尘监测系统的设计,完成了各监测节点续航部分的矿用隔爆兼本质安全电源及后备电源的设计,通过降压、整流、滤波电路实现了 AC127V电压输入以及DC12V电压的输出,通过稳压电路及过流保护电路实现了电压的稳定输出。传感器采集数据将通过RS485总线传输至井下检测分站,分站将汇总数据通过光纤环网传输至井上上位机系统。采用C#言对呼吸性粉尘监测系统上位机进行设计,系统可对传感器采集的数据进行实时显示及记录,并设置超阈值报警管理。同时对系统整体进行搭建及测试,并对实验结果进行汇总分析。测试采用标准称重法与激光呼尘传感器置于相同环境中进行对比试验,对比实验分别在温度为+25℃、湿度为55%的环境中,以及模拟煤矿井下环境温度为+10℃、湿度为85%的环境中进行,最大相对误差控制在3%以内。测试结果表明,可以满足对煤矿井下呼吸性粉尘浓度的实时监测且精度较高,呼吸性粉尘浓度监测系统具有较好的应用前景。图[67]表[6]参[69]