[發明專利]煤礦采空區火災光纖氣體檢測儀

無效

• 申請號: 200910014913.8
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101545856A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 倪家升;劉統玉;王昌;宋志強;趙燕杰;王黔
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01J3/26
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司
• 代理人: 曲志波

技術領域

本發明屬于煤礦采空區火災檢測技術，具體而言是應用于煤礦礦井的火災氣體光纖檢測儀。

背景技術

近幾年來，隨著我國經濟的快速迅猛發展，越來越多的環境以及安全生產問題也不斷出現。近幾年來我國煤礦礦山頻頻出現傷及人身安全的大型安全事故，瓦斯爆炸不斷，煤礦火災頻頻出現。要維護正常的生產生活，就必須對這些問題進行有效的解決。氣體檢測是實現安全生產的一大手段。在煤礦，采空區自然發火的火災預測也是基于一氧化碳、乙炔、乙烯、氫氣以及硫化物等微量氣體實現的，可見開發一種能夠實現痕量氣體檢測的傳感器對煤礦安全生產是十分有必要的。現有煤礦普遍使用的基于特征氣體分析的預測預報儀表與裝置，主要有束管集中檢測系統和氣相色譜儀。束管集中檢測系統與傳感器。此系統也稱為束管系統，是目前我國煤礦使用得比較多的系統。該系統是基于氣體分析的原理，已在許多礦井中應用，而且近年亦有較大的改進與提高。不足之處是，束管系統使用的是分離式傳感器，要增加維護量和經費；并且束管容易被堵塞或者破裂，影響檢測效果；同時它需要花費很長時間通過束管從采空區抽取氣體，檢測反應慢，不易在采空區長期在線檢測。煤礦氣相色譜儀。適于分析常微量礦井大氣組分、火災氣體組分和瓦斯突出氣體組分等，高檢測性能，檢測效果好。但是系統復雜，靈活性差，只能用作現場樣氣進行采樣后才能分析氣體濃度，也是無法在采空區現場實現長期在線監測。

目前國內最先進的氣體檢測技術是基于TDLAS的火災氣體檢測技術，該技術方案使用懷特池結構實現激光在氣體吸收池內的多次反射，提高檢測的靈敏度，被廣泛應用于大氣檢測等領域。但是該方案中的氣體吸收池部分入射端使用光纖準直器入射一束平行光，光束多次反射后，從另一口輸出，輸出的光沒有耦合到光纖中，而是使用感光面較大的光電探測器進行光電轉換，然后進行信號處理，因此探頭與信號分析處理部分往往距離較近，無法遠程檢測，從而無法在距離地面幾公里甚至幾十公里遠的采空區使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于煤礦采空區自然發火火災氣體檢測的遠程不帶電全光纖氣體傳感器火災檢測儀以解決現有技術存在的問題。

本發明的技術方案如下：一種煤礦采空區火災光纖氣體檢測儀，它包括光源，探頭，光電探測器和信號處理，所述光源發出的光經探頭送入光電探測器轉換為電信號送入信號處理單元處理，其特征是在所述光源和探頭之間的光路上設置光環行器，所述光源與光環行器第一端口連接，探頭與光環行器的第二端口連接，所述光環行器第三端口與光電轉換器連接，所述探頭結構為多次反射式懷特池結構，在懷特池的出射端設置末端光纖準直器和光纖反射鏡，所述光源為分布反饋式半導體激光器。

所述光源由直流信號發生器，鋸齒波發生器和正弦信號發生器共同驅動。所述光環形器采用通訊用1.5um中心波長三端口光環形器。使用三端口光環形器可以有效地解決同一根光纖即作為探頭的輸入通路又做為探頭的返回光造成的巨大損耗。

探頭采用了多次反射式懷特池結構，懷特池內三塊鏡片曲率半徑相同；懷特池輸入端采用一個光纖準直器作為入射端光纖準直器；入射端光纖準直器的工作距離等于懷特池鏡片曲率半徑，光纖內的光直接輸出至空氣中將是發散的光，入射端光纖準直器可以將光纖內的光變為一束平行的光束發射出來；懷特池輸出端也采用與輸入端完全一樣的光纖準直器來接收懷特池輸出的光，并耦合到光纖內，使之適合于光纖內傳輸；懷特池末端準直器接收到的光被光纖反射鏡反射，使光按原路返回，根據光的可逆原理，反射光經過懷特池、入射端準直器和光纜可以原路返回到光環形器，通過光環形器的第二端口入，并由第三端口輸出。

激光在懷特池內充分吸收后，通過光纜和光環形器返回進入光電探測器。

所述光電探測器采用銦鉀砷光電探測器，可以有效地工作在近紅外波段進行光電轉換，光電探測器將光信號轉換為電信號。

所述信號處理單元包括接收光電探測器輸出的電信號的鎖相放大器，所述鎖相放大器輸出電信號經數字采集卡送入計算機處理，所述鎖相放大器與正弦信號發生器通過倍頻電路連接。電信號進入鎖相放大器，鎖相放大器的參考信號頻率等于光源正弦驅動信號頻率的兩倍，是光源驅動正弦信號發生器經過倍頻后的信號；鎖相放大器在電子行業里普遍使用，功能是將信號中符合參考信號頻率的信號提取，其他成分濾除，因此鎖相放大器輸出的信號是二次諧波分量信號，直接體現了氣體的吸收強弱，計算機通過A/D數據采集卡采集這個信號進行反演，計算出氣體濃度值，實現了氣體檢測。