一、 填空题
1.煤矿安全生产监测监控系统在未来将按照信息化、网络化、自动化的方向发展。
3、工业常用气体传感器：半导体、固体电解质、接触燃烧式、高分子、电化学
4、防爆电气设备类型及其标志：隔爆型电气设备d、本质安全i（又分为ia、ib）、增安型e、浇封型m、气密型h、充砂型q、正压型p、特殊型s、充油型o、无火花型n、复合型(名称+名称的标志)、矿用一般型ky
5、防护等级是指 防外物（7级）和 防水能力（9级）。通用要求主要包括：防爆电气设备使用的环境温度，对外壳、紧固件、连锁装置、接线盒、绝缘套管、连接件、引入装置及接地的要求等
6、电路放电型式：火花放电、弧光放电、辉光放电
7、常规气体吸收红外线波长范围：CO2-4.35μm；CH4-3.39μm、CO-4.66μm
8、隔爆型馈电开关由 隔爆外壳 和以 断路器 为主的本体组成。
9、煤矿监控系统主要由 主站、分站、传感器 组成，若4个空，加个总线
2、甲烷传感器的报警浓度、断点浓度、复电浓度及断电范围：
①低瓦斯和高瓦斯矿井的采煤工作面（≥1.0％CH4、≥1.5％CH4、＜1.0％CH4、工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备﹚②煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面（≥1％、≥1.5％、＜1％、工作面及其进、回风巷﹚③高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的采煤工作面回风巷（≥1％、≥1％、＜1％、工作面及其回风巷﹚
④专业排瓦斯﹙≥2.5％、≥2.5％＜2.5％、工作面﹚⑤煤与瓦斯突出矿井采煤工作面进风巷﹙≥0.5％、≥0.5％、＜0.5％、进风巷﹚⑥采用串联通风的被串采煤工作面进风巷（≥0.5%、≥0.5%、＜0.5%、被串采煤工作面及其进回风巷﹚
二、 名词解释
1、通风系统：利用各种通风设备和通风设施，不断把地面的新鲜风流按一定的路线、一定的风量送到井下各用风地点，同时把井下生产的乏风排至地面，并将井下各种有害气体稀释到《煤矿安全规程》所允许的浓度以下，保证井下工作人员身心健康和设备的正常运转，调节井下温度，改善井下作业环境的生产系统。
2、最大试验安全间隙：是指在标准规定的试验条件下，点燃试验壳内爆炸性混合物后，让其通过25mm长的试验外壳与空腔两部分的结合面，而不能点燃试验壳外爆炸性混合物的外壳空腔两部分之间接合面的最大间隙。
3、最小点燃电流：在标准规定的试验条件下，对直流电压为24V、电感为95mH的电路，用火花试验装置分断该电路后，电路产生的火花对各种爆炸性气体混合物进行点火，能使其点燃的最小电流。
4、最小点燃电流比：各种爆炸性气体混合物的最小点燃电流与甲烷和空气混合物的最小点燃电流之比。
5、电气间隙：两个裸露导体之间的最短空气距离。
6、爬电距离：两个导体之间沿固体绝缘材料表面的最短距离。
7、风电瓦斯闭锁：瓦斯电闭锁是指当掘进工作面瓦斯浓度超限时，声光报警并自动切断工作面迎头动力电源并闭锁；风电闭锁是指当局部主通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，自动切断掘进工作面内（除备用风机电源外的）所有设备电源并闭锁。
8、甲烷断电仪：一种当瓦斯超限时，及时切断工作面一切非本质安全型电气设备电源，从而有效避免瓦斯爆炸的装置。
三、问答题
1、锂电池保护电路工作原理
该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01和充放电控制MOSFET等部分组成，单体锂电池接在B+和B- 之间，电池组从P+和P- 输出电压。充电时，充电器输出电压接在P+和P- 之间，电流从P+到单体电池的B+和B- ，再经过充电控制MOSFET到P-。
充电过程中，当单体电池的电压超过4.35V时，DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSEFT关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。
放电过程中，当单体电池的电压降到2.30V时，DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏。
过流及短路时，DW01的CS脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断，从而实现过流或短路保护。
4、本质安全型电气设备防爆原理
通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现电气防爆。这种电气设备的电路本身具有防爆性能，即从“本质”上就是安全的，故称为本质安全型
5、电阻电路火花放电原理
电阻电路没有储能元件。当电路断开时，电极间接触面急剧减小，接触部分间的电流密度急剧增加，从而使电极间的电压逐渐增大。在电压和电流的作用下，电极迅速熔化形成金属桥，并产生金属蒸气，从而破坏了金属熔桥，使电极间电阻变大，电压随之上升。当电压高于起弧电压时就会产生电弧放电。
6、电感电路的火花放电原理
电感电路是由电感和电阻组成的电路。当电感电路断开时，除具有电阻电路的放电过程外，最主要的是电感元件磁场储能（1／2LI²）的放电过程。这时，电路的电极迅速断开，电极间电阻突然增大，电流急剧下降，电流变化率很大，使产生的反电动势加于电极间隙，电感的储能在放电间隙发生放电。
7、电容电路的火花放电原理（P34）
电容电路是由电容与电阻组成的电路。当电路闭合时，既有电阻电路放电，又有电容储能（1／2CUc²）放电。电路闭合瞬间，电容放电电流很大，放电非常迅速，持续时间很短，火花放电功率和能量很大，能量高度集中。
23、煤矿监控系统工作原理
由传感器对煤矿井下各种环境参数、重要设备运行状态进行实时监测，并将信号实时显示或发出报警信号，再传至地面中心站；中心站监控软件对信息进行分析、处理后将信息发送给井下分站，由分站执行控制信号。中心站实时存储井下发送来的各类数据和时间，生成数据库和报表，并进行超限提示、报警等；同时通过局域网将数据上传给管理层，以进行信息决策。
3、隔爆型电气设备的防爆原理
使用具有耐爆和隔爆性能的隔爆外壳将燃烧和爆炸限制在壳内，当壳内发生燃烧或爆炸时，不会引起壳外可燃性混合物燃烧或爆炸。
8、本质安全型防爆措施：（1）电容电路可采用电容储能经电阻放电的方法减小火花放电能量；（2）电感电路可采用在电感元件两端并联电阻、在电感元件两端并联电容或在电感元件两端并联二极管三种方法来减小电感火花放电能量。
9矿用直流线性电源及其作用
组成：矿用直流线性电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、双／多重化限流限压电路等部分组成。
作用：电源变压器：将交流输入电网电压降为电源所需要的交流低电压，并具有输入、输出电气隔离的功能。整流电路：将交流电压变换为直流电压。滤波电压：一般采用电容滤波，滤除交流分量。双／多重化限流限压电路：保证在正常工作条件及规定的故障状态下，电源输出的最高电压和最大电流不超过允许限制值。
10、并联式稳压电路工作原理
该电路的稳压作用是通过调整元件等效内阻RT，其阻抗随端电压变化而变化来实现输出稳压的。调整过程如下：若负载RL增大或输入电压ui升高，引起输出电压uo偏高时，调整元件的内阻RT会因输出电压uo的升高而减小，流过调整元件的电流iT将增加，限流电阻R上的压降也会增加，致使输出电压uo趋近于原来值。当输出电压uo偏低时，调整过程相反。
11、串联式稳压电路工作原理
该电路的稳压作用是从输出电压中取出一部分变化量来调节调整元件的等效内阻RT，从而使输出电压报纸不变。调整过程为：若负载电阻RL增大或输入电压ui升高，引起输出电压uo偏高时，调整元件的电压uo趋近于原来值。当输出电压uo偏低时，调整过程相反。
12、本安开关电源滤波电容各部分作用、滤波电感的连接各部分作用
本安开关电源滤波电容各部分作用：
输出滤波电容是一个储能元件，其直接充电和放电电流都很大，容易产生火花。在设计本安型开关电源时，在满足滤波特性的前提下，为使输出滤波电压满足要求，要尽量减小电容的容量。Rc为给电容C充电时的限流电阻，限值较小，一般在十几欧，有时为了减小Rc的耗能，在电容C充满时，可用继电器触点Kc将Rc短接，在电容C充电时，再打开Kc 。在电容C两端并联放电电阻Rd，为电容上电荷的可靠放电提供通路。
滤波电感的连接各部分作用：
输出端连接的滤波电感也是储能元件，容易产生断路火花。与电容连接相似，在保证电源输出滤波特性的前提下，要尽量减小电感值，以减小放电火花能量。在电感元件两端并联双向瞬态电压抑制器TVS，或者并联压敏电阻RYM，这些元件可以在电感断路时，为电感提供极低阻抗的续流放电通路。而平时，这些元件又表现为高阻抗，不影响电感的滤波特性，这是减小电感滤波电路防电火花的有效方法。
13、载体热催化元件的结构及其各部分作用（P62图5-2）
结构：载体热催化元件是在细铂丝绕制的小螺旋线圈上包裹一层多孔结构的氧化物体，然后在其表面涂镀一层黑色铂族元素。各部分作用：1）铂丝线圈，铂丝线圈是指铂丝绕城螺旋状的小线圈。正常工作时，首先通入几十至几百毫安的电流，使催化剂加热，并达到起燃温度，进而利用铂丝电阻值随催化剂温度变化而改变的特性，测出铂丝电阻的增量。2）载体，铂丝线圈以骨架形式被氧化铝包围，这个氧化物称为载体。为提高催化反应效果，载体被浇注成表面均匀的多孔体，它既可牢固的固定铂丝线圈，又能提高催化剂的活性和抗毒能力。3）催化剂。在载体表面涂镀一层黑色的铂族元素，这些金属元素称催化剂。催化剂会使甲烷与氧气的起燃温度打打降低，可在300~500℃的较低温度下便可产生强烈的氧化还原反应，即无焰燃烧。
14、载体催化燃烧式甲烷传感器工作原理及各部分电阻作用（P63图5-3）
为测量方便，对把甲烷直接采集和测量的部分制作成探头。探头作为一个独立单元装配在仪器内，也可以单独设置。探头的测量电路是一个电桥电路，电桥中r1是黑元件（催化元件），r2是白元件（补偿元件），两元件串联构成一组桥臂。另一组桥臂由固定电阻R1、R2串联而成。电桥对角线的A、B两点，便是信号的输出端。为方便在无甲烷状态下的调零，桥路中还设置了调零电位器W1。为追求测量精度，传感器应由恒压源或恒流源供电，且电压值为V 。作用：1）黑元件r1，黑元件是载体催化燃烧元件，它是热化学反应测量中的核心元件。当甲烷气体接触到涂在元件表面的催化剂时，便与氧气产生无焰燃烧，从而使黑元件温度升高，桥臂中铂丝电阻增大。而白元件不发生反应，电阻值不变，两元件串联，桥路中A、B两点便输出与甲烷浓度成正比的差值电压信号。将这一代表着甲烷浓度高低的电压信号，进行交换、处理，即可实现浓度显示、超限报警或断电。2）白元件r2，白元件技术参数的结构与黑元件相同，它是补偿元件，表面不涂催化剂。它不产生催化燃烧，仅对催化元件阻值变化起补偿作用。
15、热导式传感元件工作原理
在串联的两传感器元件中通入相同的电流时，产生的热量必然是相等的。由于两气室中散热介质不同，使两元件出现温差，此温差导致两元件产生热态电阻差，电桥电路不在平衡，从而输出一个与甲烷浓度变化成正比例关系的直流电压信号。由于气体的热导率随温度的增大而增大，因此，环境温度的变化也会影响热导式甲烷传感器的测量精度。高浓度甲烷的热导率与空气的热导率相差较大，所以，在测量高浓度甲烷时，采用热导元件效果是最好的。但如果甲烷的浓度太低，其热导率与空气热导率接近，测量时只能产生微弱信号，输出灵敏度和分辨力是很小的，故此类传感元件不适应低浓度甲烷的测量。
16、CO传感器工作原理
设W为工作极,C为对极,R为恒电位极。当CO气体扩散进入工作极时,首先在工作极处产生氧化反应,其反应方程式为2CO+2H2O -- 2CO2+4H++4e，同时在对极处，产生还原反应,其反应方程式为O2+4H++4e —2H20，在上述反应中，工作极氧化放出电子e，对极还原获得电子e，因此,在工作极与对极之间形成电子流动，即发生了电流。从反应方程式可知，电流的大小与CO浓度成正比，所以，只要得氧化还原过程中电化学池内离子电流的大小，就可以测出CO浓度的高低。
18、超声波旋涡式风速传感器的测量原理
超声波涡旋式风速传感器是利用穿过风流的超声波束被气流我选调制的原理，通过测量涡旋列的频率来实现对风俗的测量。由超声波振荡器产生的等幅波，通过发射换能器，将超声波能量经过风流通道发射到接受换能器。当风道中午气流涡旋时，接受换能器收到连续等幅的超声波。在垂直风流流向的中央部分插入一根长的非流线型阻挡体，这个阻挡体称为发生杆。当风流撞到发生杆后，将造成风流下游产生两列内旋且互相交替的漩涡，若对风流速度、阻挡体截面积和形状做适度的限制，则漩涡频率与流速成正比，即f=Sv/d 。d阻挡体宽度，v未扰动流体速度，S常数，f漩涡频率。
19、干簧管式叶轮风速传感器
与光电式叶轮风速传感器的结构和旋转原理安全相同，只是采集转速信号不采用光电式，而采用在叶轮转轴上固定一款永久磁铁，在传感器支架上固定一只干簧管的方式。这样，叶轮的转轴每转一周，永久磁铁就接近一次干簧管，使干簧管内接点闭合一次。叶轮转速反映了风速，同时又以干簧管接点的闭合次数记录了叶轮旋转的周数。图中，R1和R2及干簧接点G组成脉冲形成环节，R1和R2用来限流和分压，也是T1的上下偏流电阻，R1和R2的阻值大小应保证当G闭合时，T1可导通。D1是隔离二极管，R3是T1的集电极电阻，R4是T2的偏流电阻，R5是T2的集电极电阻。C1是T1与T2间耦合电容。在G接点断开时，T1无偏流而截止，T2因有T4为其提供漂流而导通；当G接点闭合式时，T1因有偏流而导通，T1导通瞬间在其集电极上出现负脉冲，此负脉冲通过C1作用到T2基极，迫使T2由导通变为截止。就在T2截止瞬间，其集电极上输出一个正脉冲。随着T2基极上负脉冲的小时，T2很快又恢复导通。在风速很大、叶轮转速提供的情况下,G接点要频繁通断，这就要求C1电容量要合适，且T1、T2的开关速度应满足要求。由T2集电极输出的脉冲个数，就是传感器的转速，可将此脉冲信号送至显示，F/V转换等环节。
20、光电式风门开关传感器
在叶轮的圆形外壳上打两个圆孔，两孔的连线与叶轮轴心垂直相交。一孔安装光源，并利用聚光器发出一束连续、细小的光束；另一孔安装光敏二极管，当叶轮不遮挡时，光源发出的光束直射到光束直射到光敏二极管上。测风时，风流推动叶轮旋转，叶轮的转速与风速呈线性关系。转动的叶轮不断地遮挡光束。脉动光束的频率代表了叶轮旋转的频率。电路中，D1是光源，D2是光电二极管，D3是稳压二极管，T1是三极管，R1是灯泡限流电阻，R2是三极管的偏流电阻，R3是三极管的集电极电阻。档光源直射到光敏二极管上时，光敏二极管D2被照射而异通，导通的光电二极管两端只有零点几伏电压，迫使T1截止，引起T1集电极输出高电压。当光束被叶轮遮挡时，D2截止，此时，正电源通过R2击穿稳压二极管，为T1提供基极电流，导致T1,导通，引起T1集电极输出低电压。随着叶轮的不断旋转，光束被不断遮挡，T1就不断地导通和截止，也就不停的输出与风速成正比的频率信号，并将频率信号进行技术、显示、F/V转换后传至监控系统。
17、红外线吸收式CO传感器原理
开动气泵使井下待测空气连续稳定地流过检测室。参比室内可充满没有CO气体的空气，调整红外光源，使发出的红外光波集中在1~10um之间。光源发出的红外光经折射镜后分别通过参比室和检测室。这时，微型同步电机带动切光片，将两束红外光G1、G2交替到红外检测元件。滤光片滤掉所有残余的可见光后，红外检测元件对两束红外光进行比较，测量两者的光能差，并将其转为电信号输出。
21、甲烷传感器设置（P86，5.7.1主要是图5-32、5-33、5-34）
1)甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板不大于300mm，距巷道侧壁不小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。
2）甲烷传感器的报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围必须符合相关规定。
3）采煤工作面甲烷传感器的设置规定如下
图6-1、6-2、6-3及其基本原理（P95、96、97）：图之间的文字
4)高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。
5) 采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。
6)非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行，即在上隅角、工作面及其回风巷各设置1个甲烷传感器。
5 采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。
6.设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器
7.使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器
8.高瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器
9.矿用防爆特殊型蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪；矿用防爆型柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。
10.兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置甲烷传感器。
11.回风巷道中的电气设备上风侧10-15m处应设置甲烷传感器。
12.井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器
13.封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。
14.封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器
15.瓦斯抽放泵站甲烷传感器的设置。
1).地面瓦斯抽放泵站内距房顶300mm处必须设置甲烷传感器。井下临时抽放泵站内下风侧必须设置甲烷传感器。
2).井下临时瓦斯抽放泵站下风侧栅栏外必须设置甲烷传感器。
3).抽放泵输入管路中应设置甲烷传感器。利用瓦斯时，应在输出管路中设置甲烷传感器；不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，输出管路中也应设置甲烷传感器。
2、光干涉式瓦斯检定仪原理（P16）
由光源1发出的光经过凸镜2后到达平面镜3，在O点分为两束光，一束光被表面反射，另一束光折射入平面镜后又被全镀银的后表面反射。
第1束光穿过气室5的侧室，折光棱镜6将其折回穿过另一侧室后回到平面镜3，折射入平面镜后在其表面反射于O1点穿出平面镜。
第Ⅱ束光被平面镜后表面反射后穿过气室5的中央小气室后，折光棱镜6将其折回，仍然通过中央小气窒回到平面镜的O1点。
在O1点两束光会合，一同射人反射镜7被全反射入由零件8～12组成的望远镜系统。 平面镜3的反射面与折光棱镜6的反射面是不平行的，而是呈一个微小的交角ε(例如ε=1°)，因此，两束光在0′点处并不重合，但相距甚微，且仍然保持平行，
这样两束光满足振动方向相同、频率相同和相位差一定三个条件而产生光干涉。
观测者在望远镜的目镜中便可观测到干涉条纹。干涉条纹的宽度决定于交角ε ，交角ε值越小，干涉条纹宽度越宽。当平面镜3与折光棱镜6的反射面平行时，即ε=0° ，干涉条纹无限宽，这时在仪器中看不到干涉条纹。 ε值变大，条纹宽度变窄。仪器正是利用这种关系来改变条纹的宽度来达到校正条纹宽度的目的。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/fe0c17220066f5335a8121e7.html
文档为doc格式