教你如何写开题汇报
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* * * 大学
毕业设计(论文)
开题报告
题 目 微型智能瓦斯报警系统性能评价与测试
院、系(部) 机械学院
专业及班级 机械设计制造及其自动化
姓 名 **
指 导 教 师 ***
日 期 2010.3.10
****大学毕业设计(论文)开题报告
题 目 微型瓦斯智能报警系统性能评价与测试 选题类型 B 选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：
国内外研究发展现状：
煤炭工业是世界经济命脉的重要基础产业.其生产安全一直受到各国政府和社会各阶层的关注。从第一次瓦斯爆炸事故起，大型的事故又在1825年的英国奈尔多煤矿，1906年的法国傅里叶煤矿等地相继发生，而当前,中国煤矿安全生产面临的形势相当严峻，年年都会在全国范围内连接发生几次煤矿生产特大事故-瓦斯爆炸，透水事件等，煤炭发展问题的关键就变成了煤矿安全问题。
瓦斯检测仪器是随着煤炭工业发展而发展的，由于采矿工业一开始就伴随着与瓦斯事故的斗争，因此很早就出现了瓦斯浓度的仪器。1815年，当时工业最发达的英国发明了第一项安全仪器——安全灯。它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度。由于安全灯的构造简单，性能稳定，使用寿命长，一百多年来一直被沿用下来，至今仍在许多国家使用。从1675年英国北威尔士欣煤矿发生的第一次瓦斯爆炸矿难起，世界各国开始更进一步关注对瓦斯检测报警的相关安全研究，一直以来，光干涉瓦斯检定器在我国和日本使用比较广泛，自20世纪30年代以来，已经连续使用了数十年，至今仍在某些矿井的瓦斯检测中使用。目前，在瓦斯检测仪总占主导地位的是催化瓦斯检测仪，据最早文献记载，1943年以前美国已制成VCC瓦斯测量仪，后日本在铂丝元件上加上涂有催化剂的载体小珠，制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成了北辰型瓦斯指示器。1958年法国Cherchar研究所已研制成功利用AI2O3为载体，钯Pd、钍Th为催化剂的载体催化元件，获得了较好的催化性能。1961年英国矿山安全研究所采用新的工艺，改进了载体催化元件的性能。从此，催化瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。1961年以后，英、美、法、日、德、前苏联等国家又对其进行改进研究，并从此作为瓦斯检测的主要工作方向。
我国催化型瓦斯传感器的研究工作起步稍晚，大至可以分为三个阶段。第一阶段工作，国内第一台催化原理的瓦斯报警器是1958年出现，采用铂丝元件位传感器，。1961年由北京劳动保护研究所和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作。1964年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种原件喂传感器的AQR-1型瓦斯测量仪。在此以后，湖南、四川、上海、西安等地也相继开展了这类传感器的研究工作；第二阶段工作以1973年重庆煤矿安全仪器厂等五个单位协作研究为代表，在前段工作的基础上改进配方和工艺，提高原件的稳定性，与1975年研制成长期连续监测瓦斯的AYJ-1型瓦斯遥测报警仪，随后国内各个矿业研究所相继研制出ABD-1型瓦斯断电报警仪，AQD-1型采煤瓦斯断电控制仪等。1974年3月到1975年1月，煤炭部曾组织载体催化元件的技术攻关，大大推动了元件的研究与发展；第三阶段工作，最近几年在大力推进元件生产机械化工艺的同时，开展了提高载体催化元件性能的研究工作。通过国家重点科技攻关，进一步研究元件的工作特性、元件催化剂和载体在工作过程中的变化规律等问题，努力提高载体催化元件的稳定性，力图为载体催化元件的经一步发展开辟道路。
在瓦斯检测报警器的内部结构中，传感器为一项主要的部件。由于传感器是获取信息的工具，是信息技术（包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技术）的三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统质虽至关重要，因此目前，世界各国一直把发展智能化传感器作为研究课题，投入大量人力物力进行开发研究。智能传感系统与传统传感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能价格比、多功能化等优点，它代表了传感器的发展方向，是传感器克服自身落后向前发展的必然趋势。
国内外研究发展方向：
经过几十年不断的研究，载体催化元件逐步成熟并占据矿井瓦斯和多种可燃可爆气体检测领域的首位。当前国内批量生产的瓦斯測量仪、报警仪、断电仪和遥测仪有近20种，还有混合可燃气体渊量仪、高能燃枓报5器和家庭煤气报5器等。然而现场并不满足目前元件已达到的性能指标，迫切需要提供更好的元件，其中特别要求进一步提离元件的长期稳定性和延长使用寿命。
据文献介绍，美国安全仪器主要制造厂MSA公司研制了多参数检测系统并取得了成果，该系统可以检测矿井甲烷、风速、压差、一氧化碳和温度。其中甲烷传感器采用载体催化元件。整个系统由计算机控制，可监测数百到数千个工作点的环境参数，井下井上有数字显示和报警装置，地面调度室有屏幕显示和记录。英国Sieger公司研制的袖珍式个人携带瓦斯警报器已经完成了样机试制。英国矿山安全研究所提出，研制防毒性能良好的载体催化元件是该所今后的发展重点。波兰瓦斯监控中心推出的CMC一1型瓦斯监控系统采用井上直接供电系统，保证切断井下电源后仪器仍能照常工作。据介绍，波兰1988年以前主要发展CMC—1型系统，1988年以后主要发展DRS—4型系统。该系统由两台DRS—4型计算机控制，共有128个测头。由此可以看出，当前国际催化型传感器的主要发展方向，首先是在运用中分别向适应小型化个人携带仪器和大型计算机控制系统的方向发展。这就是说，要研制低功耗、高稳定性、长寿命、连续使用的元件。在这些要求中，努力提高元件的稳定性、延长使用寿命是中心课题。另一个发展方向是研究抗毒能力强的元件。由于采用筛选催化剂配方和改进工艺的方法提髙稳定性已经收获不大了。必须进一步在研究工作中探索元件催化剂及载体的变化规律，找出引起活性下降的根本原因，为此需要深入研究催化剂价态、颗粒大小、表面状态及载体的晶型变化和顆粒大小变化，而这种深入的研究采用以前的检验手段已经不行了，必须采用先进的技术，进入催化剂的微观世界，探索其变化规律，目前与此有关的现代分析技术主要有光电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子顺磁共振等技术，虽然世界各国在此方面的研究不同程度的都有了些许初步的成果，但是其研究工作具有一定的探索性，关于深入研究元件工作过程中催化剂和载体变化规律的研究报告或文章，却少见发表。
我国在1996年时，煤炭部组织进行了全国元件主要生产厂的元件性能检测，各单位送检的元件都是本单位测试合格的元件，但是由煤炭部规定的元件零点变化和灵敏度变化量的技术规范指标与英国Sieger公司SG11的元件进行比较后，反映出我国目前元件生产的一般水平。此后国内一直在提高元件稳定性和进一步提高元件寿命方面深入研究。而近年，我国科研工作人员一直针对催化元件传感器元件长时间工作时存在零点漂移和灵敏度变化，影响检测系统可靠性的现象，致力于改进和提高催化传感器的稳定性，目前研究出三项新技术：催化传感元件动态配对工艺、新型检测方法和传感器灵敏度自动调校方法。采用以上三种新技术研制的瓦斯传感器与采用常规技术的瓦斯传感器的实验对比表明，零点漂移得到较大抑制，并且对催化传感器灵敏度实行自动调校的处理后，传感器在间断通气的使用寿命下，基本上可以不需要人工对灵敏度进行调整。为此，我国的热催化瓦斯元件传感器的性能提高了很大一步。
以上只是在对瓦斯监测报警仪器在检测性能方面提出的研究方向，而在硬件方面，瓦斯检测报警器的内部结构中，传感器为一项主要的部件。由于传感器是获取信息的工具，是信息技术（包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技术）的三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏、输出信息的可靠性对整个系统质虽至关重要，因此目前，世界各国一直把发展智能化传感器作为研究课题，投入大量人力物力进行开发研究。智能传感系统与传统传感器相比，具有高精度、高可靠性、高性能价格比、多功能化等优点，它代表了传感器的发展方向，是传感器克服自身落后向前发展的必然趋势。
生产需求状况：
总体上看，国内外的瓦斯智能报警系统都在不断进行着跟新。而由于瓦斯浓度过高引起爆炸的事故一直居高不下，以至于煤矿对监控系统的需求也越来越大，据《中国煤炭报》统计，全国共有大小煤矿60000多个，从业矿工800多万。根据煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要300万个瓦斯报警器，可见其市场之广阔。但由于某些技术上的不足，导致一些关键问题没有能够解决。因此结合微处理技术研制新型的智能瓦斯监控报警系统将是现在乃至今后的世界面临的重要问题。
目的：
对报警系统的性能评价与测试主要是为了更好的了解煤矿中各种因素对仪器的影响，测试已有报警器的各项性能或指标是否符合国家标准，并找到在投入成本合适的前提下，对某个元件最优的选择或再设计，例如在载体催化元件中的铂丝螺旋圈的铂丝直径、芯线直径和排线密度等都有其最合适的取值范围。通过实验测试，以提供更好的改进或设计方案，使煤矿生产和工人的生命安全得到更好的保障。
意义：
可以使报警更准确，更及时，继而促使煤炭企业加大安全投入，有效遏止事故发生保护煤炭资源又降低了整个行业的风险程度加大了煤炭企业安全生产的压力良好的经济效益保护了从业人员的利益大大减轻了以往煤矿事故发生后各级政府进行的大量事后工作，使政府从烦乱的事故处理中解脱出来，提高工作效率在保证安全生产的前提下，提高安全投入水平的同时，使安全投入所带来的效益超过安全投入所发生的成本，树立一种科学的安全发展观。
（1）刘西青.论国内煤矿瓦斯监控系统现状与发展.山西煤炭科技. 2006
（2）何祥文.浅析我国煤矿瓦斯监控系统的应用及其现状 2009
（3）王汝琳.矿井瓦斯传感器的近代研究方法及方向 1998
（4）山西大同大学学报 瓦传感器的研究进展 2009
（5）王建 王汝琳 王学民 何陈玲.煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统的研究 2007
（6）丁黎明 赵景波. 催化燃烧性甲烷传感器的的研究 2006
（7）中国市场监测中心与中国市场研究中心. 2009-2010年中国瓦斯监测系统市场现状分析与前景预测报告
（8）童敏明 杨胜强 田丰. 新型瓦斯传感器关键技术的研究 2003
（9）王汝琳 《矿井环境传感技术》
二、主要研究(设计)内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程
主要研究内容：
在相适应的环境大气条件下（贮存温度：-40℃—60℃；工作温度：0—40℃；相对湿度：≤98%；；气压：68kpa~115kpa；风速：0~8m/s），测试已有的热催化甲烷检测报警仪的各项性能指标。
工作流程：
仪器的基本误差试验：
校准仪器零点和标定点，按仪器量程选用相应气样，由低到高浓度依次测试，每种气样测4次，每次测1min，在空气中恢复时间不少于1min，取后3次的算术平均值作为测量值，与气样的差值，即为误差值。
报警误差试验：
先设定仪器报警点为1.0%CH4和1.5%CH4，依次通入规定气样，记录仪器报警时所对应的气样值。每种气样测量4次，每次测量1min，在空气中恢复时间不少于1min，取后3次的算术平均值与设定报警点之差作为报警误差。
响应时间试验：
先校准仪器，通入规定气样，记录仪器稳定值，用新鲜空气清晰仪器后，快速通入上述气样，并开始计时，记录仪器显示原稳定值90%的时间。测量4次，每次测量1min，在空气中恢复时间不少于1min，去后3次的算术平均值，即为响应时间。
工作位置变动试验：
按仪器规定的使用位置校准仪器零点，通入2.00%CH4气样，1min后记录仪器正常工作位置显示值。然后，使仪器偏离正常工作位置45°，并沿该45°轴线旋转一周，记录与正常工作位置的最大差值，作为仪器位置影响的附加误差。
光信号观测试验：
仪器的报警光信号能见度在黑暗中进行观测。
工作时间试验：
校准仪器，各类仪器运行9小时。在最后10分钟检查仪器的零点、标定点、报警点、欠压情况。测4次，取后3次算术平均值，误差计算同仪器基本误差计算方法相同。
稳定性试验：
校准仪器，记录仪器零点、报警点和标定点示值。校准后的仪器在试验过程中不允许再校准；
仪器在0.50%CH4+0.20%CH4的气样中接连试验7天。每天试验后，均按规定对仪器进行充电；
各类仪器每天试验9小时，在最后的10min测试并记录仪器报警点、标定点的显示值，测量4次，取后3次的算术平均值，误差计算同前。
风速影响试验：
调整仪器零点后，将仪器放入通风试验装置中，装置内甲烷含量为1.1%CH4，校正仪器。启动风机，调整风速为8+00.5m/s。改变仪器的放置方位，观测记录仪器在不同方位下的报警点和显示值，并与风速为零时仪器的报警点或显示值进行比较，取最大差值。风速的保持时间不小于10min。
9.工作温度试验：
a）低温试验：按GB/T2423.1—1989中试验Ad方法进行。严酷程度为温度0+3℃，持续时间2小时。
b）高温试验：GB/T2423.2—1989中试验Bd方法进行。严酷程度为温度40℃+2℃，持续时间2小时。
试验前，应在20+2℃室温下校准仪器；试验中，气样温度需与试验温度一致，各类仪器一直通电，温度稳定2小时后测量并记录零点、报警点和标定点显示值。测量3次，去算术平均值，并与原零点、报警点和标定点进行比较。
10.贮藏温度试验：
a）低温试验：按GB/T2423.1—1989中试验Ad方法进行。严酷程度为温度-40℃，持续时间16小时。
b）高温试验：GB/T2423.2—1989中试验Bd方法进行。严酷程度为温度60℃，持续时间16小时。
C）高、低温试验后，均在正常条件下恢复12小时，再进行仪器的基本误差和报警误差试验。
11.交变湿热试验：
按GB/T2423.4—1993的试验Db方法进行。严酷程度为温度40℃+2℃，周期2天。试验中，样机不通电，不进行中间检测。试验后，在正常环境条件下恢复2小时，再进行仪器的基本误差和报警误差试验。
12.对所测试的结果与国标对比，进行评价。
三、毕业设计(论文)工作进度安排
1.完成资料收集工作，写出开题报告,并翻译一篇不少与4000字的相关英语文献资料。
（1—3周）
2. 针对已有的瓦斯检测报警平台，按照国家标准要求，提出性能测试与实验的方案；设计试验装置，绘制装配图和主要零件图。
（4—5周）
3. 从检测机理上对检测过程进行分析研究，找出影响系统可靠性的主要因素之间的联系，并进行试验验证。
（6—12周）
4.完成毕业设计及论文工作。
（13—16周） 指导教师意见
指导教师签字:____________
年 月 日 系部审查意见 难度 份量 综合训练程度 是否隶属科研项目
系、部主任签字：____________
年 月 日 院毕业设计（论文）领导小组审核意见
组长签字： ___________
年 月 日
9
