現(xiàn)代測量技術(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。這些物理量進行直接測量時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)場中應(yīng)用非常廣泛。壓力傳感器檢測技術(shù)是以獲取壓力信號,同時再經(jīng)一些轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電信號,進行顯示或提供給控制電路,以達到過程控制的目的裝置[1]。

　　1．問題提出

煤礦發(fā)生瓦斯突出后會向采掘空間涌出大量的瓦斯,很容易達到爆炸極限,一旦達到爆炸極限再遇上火源就會發(fā)生爆炸,改變了突出事故的性質(zhì)。所以在發(fā)生突出后*時間內(nèi)切斷電源是防止事故擴大化的一條有效途徑[2]。如何正確的反映瓦斯超限是因為瓦斯突出還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，工作面的氣壓會有很大變化,利用壓力傳感器測得壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)過處理后傳輸?shù)絾纹瑱C，由單片機控制斷電的范圍，達到防止爆炸的目的。

　　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)簡單、適應(yīng)性強、動態(tài)響應(yīng)性好、可以實現(xiàn)非接觸測量等一系列優(yōu)點，可以實現(xiàn)微壓、微力、微小位移、加速度等的測量，在工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)實生活在應(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。在測氣體壓力時，氣體壓力（P）作用于彈性膜（動極板），使彈性膜片產(chǎn)生位移，導(dǎo)致電容量變化。

　　2.2 測量電路

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)載膠帶機巷掘進巷道貫通主井裝載硐室,作為事故搶險通道和處理瓦斯通道。探明災(zāi)區(qū)人員及災(zāi)情,縮短瓦斯排放時間。利用地面風(fēng)井負(fù)壓系統(tǒng)和巷道局部通風(fēng)機風(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,由礦山救護隊進入主井探險,恢復(fù)地面絞車提升系統(tǒng),搶救遇險人員[3]。

　　4. 應(yīng)急處理系統(tǒng)設(shè)計

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量,由放大器組成的測量電路來完成壓力信號到電信號的轉(zhuǎn)化,以便于進行轉(zhuǎn)換控制,由測量電路得到電壓通過比較器進行比較，比較器有多個輸出又來表示瓦斯突出的程度,其輸出量作為單片機P1 口的輸入，單片機實時讀取P1 口的狀態(tài)，執(zhí)行子程序控制繼電器的開通于關(guān)斷控制停電.

4.2 軟件設(shè)計系統(tǒng)程序有主程序和 3 個子程序構(gòu)成。MCS-51 單片機執(zhí)行主程序不斷讀取P1 口的狀態(tài)，然后送入CPU 進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)傳感器測出的壓力大小而定，高電平“1”表示有瓦斯突出，單片機控制繼電器的開合，進行開通和關(guān)斷電源的控制。比較器的三個輸出分別輸入P1.0 口、P1.1 口和P1.2

5.實例分析以安陽龍山礦為例，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，如果安裝上高強度反向風(fēng)門，*可以抵抗此次突出的沖擊，所以就沒必要停掉整個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)施皆無法抗拒沖擊波的沖擊，壓力傳感器發(fā)揮作用，產(chǎn)生動作，停掉整個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

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 單片機組成的系統(tǒng),具有成本低、體積小、可靠性高和使用簡單方便等優(yōu)點，而且可以和微機遠(yuǎn)距離通信。

　　突出的強度量化從來都是一個不確定的因素,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,某地點發(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,有待進一步的探討和研究[2]。如果把壓力傳感器與瓦斯