[實用新型]一種本質安全的分布式全光纖井下監測設備

無效

• 申請號: 201020679122.5
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN201963358U
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 趙棟;賈波;唐璜
• 申請（專利權）人: 上海杰蜀光電科技有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司 31128
• 代理人: 葉克英

技術領域

本實用新型涉及礦井下的監測設備，尤其涉及一種其井下部分不包含任何電子元器件、無需電能供應因而本質安全的分布式全光纖井下監測設備，可應用于所有礦井，尤其是易燃易爆環境下礦井的安全生產和事故搶救領域。

背景技術

長期以來，以煤礦為典型代表的地下礦井，地質條件復雜多變，經常受到瓦斯、水、火、煤塵、塌方等災害的威脅，再加上技術裝備水平相對落后、職工隊伍素質普遍不高、安全管理不足，導致各種事故頻發，對井下工作人員的生命安全構成嚴重威脅。如何有效監測井下各種系統的正常運作和環境中的危險信息，以及礦難發生后進行及時有效的救援，已成為礦井安全生產最重要的任務。

現有的井下監測系統，無論是傳感器、數據采集系統，還是數據傳輸系統，均由電子元器件組成，其運行需要電力供應，這些電子元器件在井下惡劣環境中長期運行，不可避免的產生短路、電火花、局部發熱等現象，這樣的井下監測系統本身就帶有先天的安全隱患，尤其是在瓦斯氣體濃度較高的區域，更具危險性。

發明內容

針對現有井下監測系統的上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種其井下部分不包含任何電子元器件、無需電能供應因而本質安全的分布式全光纖井下監測設備。

本實用新型為了解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種本質安全的分布式全光纖井下監測設備，由監測終端、傳輸光纜和分布式光纖傳感終端組成，監測終端位于井上，分布式光纖傳感終端位于井下，傳輸光纜連接監測終端和分布式光纖傳感終端，其特征在于，所述分布式光纖傳感終端由光預處理模塊、傳感光纜和反射端組成，所述光預處理模塊由兩個光纖耦合器通過兩段光纖跳線并列連接而成，其中一段光纖跳線上制作有光纖延遲線，光預處理模塊的一端連接傳輸光纜，另一端連接傳感光纜，傳感光纜的另一端接有反射端。其特征在于，所述監測終端由光源模塊和光分路模塊組成輸出組件，光源模塊接光分路模塊再連接傳輸光纜的輸入端，檢測和放大模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和顯示模塊構成輸入組件，傳輸光纜的輸出端接檢測和放大模塊，檢測和放大模塊依此連接數據采集模塊、數據處理模塊和顯示模塊。其特征在于，所述的傳感光纜由光纖、加強層、保護層組成。

將監測終端放置在井上的監測機房中；將傳輸光纜一端連接監測終端，另一端進入井下，連接到分布式光纖傳感終端中的光預處理模塊；由光預處理模塊另一端延伸出來的傳輸光纜，沿著礦井巷道鋪設，在傳輸光纜的終端連接反射端。

本實用新型的工作機理是：

監測終端通過傳輸光纜向分布式光纖傳感終端發射光信號；井下環境中產生的各種動態信息，通過各種媒介，對傳感光纜形成擾動，從而引起傳感光纜內部光程的微小變化；經過反射端的反射后，這種光程變化的光信號原路回傳到監測終端，在監測終端內部完成光電轉換、信號采集、分析處理、顯示與報警等功能；在監測終端中，經過對返回信號的時域分析，可再現擾動源的變化信息；經過對返回信號的頻域分析，可對擾動源進行定位，從而實現對井下各種動態信息的實時監測。

本實用新型中，所述的井下環境中產生的各種動態信息，是指各種能夠使傳感光纜產生隨時間變化的微小幾何形變的信息，包括但不局限于井下人員說話、走路、敲擊墻壁、地震波、水流等產生的聲波、振動、沖擊波等。

本實用新型中，所述的各種媒介，是指井下的空氣、土層、水等，通過這些媒介，能夠將環境中的各種動態信息傳遞到傳感光纜。

本實用新型中，所述的擾動，是指傳感光纜產生的隨時間變化的微小幾何形變。

與已有技術相比，本實用新型具有以下優點：

1.本質安全。本實用新型中在井下的部分全部由無源光纖器件組成，不具有引起危險的物理基礎，在工作時無電流通過，不輻射電磁波，也不受電磁干擾，不會產生電火花、漏電、短路、發熱等現象，可長期工作在高密度的瓦斯氣體中而不具有危險性。在要求極其嚴格的條件下，本系統在井下的部分還可做到不含任何金屬成分。

2.綠色節能，低碳環保，尤其適用于大型礦井。本實用新型中僅在井上的監測終端需要低功率的電能供應，井下部分全部通過光纖器件傳輸光能，能量損耗極小，可在井下長達數十公里的范圍內無需外界能源供應而長期運行。

3.適用環境廣。本實用新型在井下的部分全部由無源光纖器件組成，可在潮濕、水下、高溫、腐蝕等各種惡劣環境下長期穩定工作。

4.分布式傳感。本實用新型中核心的傳感元器件僅為一根傳感光纜，只需將傳感光纜沿井下巷道鋪設，整根光纜的任何部位都可作為傳感器，同時完成周圍環境中擾動信息的傳感與定位功能。