[發明專利]一種基于光纖光柵的礦用多功能傳感監測系統

有效

• 申請號: 201410175840.1
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN105021539B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 劉海;潘紅帥;冷樂蒙;程德強;崔海娜;牛曉聰;田偉;魏巍;賈宇玢;馬翰林
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種礦井下安全監測系統，具體是一種基于光纖光柵，能夠同時對礦井下溫度、壓力、危險氣體進行實時檢測的礦用多功能傳感監測系統。

背景技術

近年來，隨著采礦技術的不斷提高，以及各種傳感技術在礦井下安全監測領域的運用，礦井下安全指數得到明顯的提高，行業安全生產狀況有了很好的改善。但是傳統傳感器依靠電信號傳輸實現礦井下的安全監測，抗電磁干擾能力較弱，可靠性差，特別在礦下惡劣環境下，很難達到預期的監測效果。并且傳統監測系統體積龐大，很難適應礦井下高溫高壓等水環境。

同時，由于新技術的發展，有一些新型光纖光柵監測系統開始運用于井下，使得監測性能得到了改善，但大多是單臺設備大量布點，導致監測系統成本較高，并且復用率低，缺乏數據管理與分析能力和相關管理軟件，只能提供簡單顯示，不具備數據處理、分析、預警、記錄、共享等特點，不能很好的為煤礦安全生產提供可靠的指導。

因此，如果能建成一個性能優良的多功能復用監測系統，不僅能減少煤礦事故的發生，為煤礦的長期安全生產提供可靠的保證，而且可以節約系統運行和維護成本，增強監測系統的適用范圍。

發明內容

因此本發明要解決的技術問題是提供一種基于光纖光柵的礦用多功能傳感監測系統。

本發明可以解決現有礦用監測系統抗電磁干擾能力弱、可靠性差、精度較低、復用率低、成本高、信息處理能力差等方面的問題，滿足現代煤礦安全生產對新一代監測系統的苛刻要求。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種基于光纖光柵的礦用多功能傳感監測系統，該監測系統由光源模塊、光放大模塊、光開關陣列、工作面監測模塊、工作面復用單元、巷道監測模塊、巷道復用單元、解調模塊、上位機分析監測模塊、光傳輸模塊幾部分組成。

所述光源模塊選擇ASE(放大自發輻射)寬譜光源，為光纖光柵傳感監測系統提供較大的帶寬光源（1525nm-1565nm），為監測系統復用單元的加入提供較大的波長選擇范圍；光放大模塊選擇SOA（半導體光放大器），用以提高寬譜光源單位波長的功率，避免了寬譜光源每個單位波長功率較小的缺點，利于監測系統對光信號的傳輸和檢測；所述光開關陣列作為系統監測通道的選擇切換，為系統的選擇性運行提供方便。

所述工作面監測模塊主要有幾個小模塊組成，包含環形器、分光計、光功率探測模塊、氣體探測模塊；所述巷道監測模塊同樣有幾個小模塊組成，包含環形器、分光計、光功率探測模塊；其中氣體探測模塊主要是進行工藝處理過的具有一定光程的氣室；光功率探測模塊主要是光功率探測器（PD）。

所述工作面復用單元和巷道復用單元主要是帶有不同反射波長的布拉格光柵的光纖陣列，每個復用通道由兩根帶有布拉格光纖光柵的光纖組成。

所述解調模塊，主要由光纖光柵靜態解調儀和對電信號解調的算術組成，光纖光柵靜態解調儀主要對復用單元由布拉格光柵的反射光信號進行解調；電信號解調的算術單元主要對光功率探測模塊檢測的電信號進行解調。

所述上位機分析監測模塊主要包含數據處理與分析單元、數據存儲單元、人機交互單元，完成監測系統對解調模塊解調信息的分析與處理，并對分析數據進行存儲，進而對井下狀況實時顯示、數據共享和預警。

所述光傳輸模塊主要由通訊光纖、礦用傳輸光纜組成，其作為光信息載體，實現上述各模塊間的通信連接和信息傳輸。

特別的在該方案中，為使得系統具有高的復用率，采用了復用單元，在復用單元中主要運用波分復用（SWM）和時分復用（TWM）技術；寬譜光源（ASE）的選擇為復用提供較大的波長選擇范圍，同時光放大模塊（SOA）的運用避免了寬譜光源平均到單個波長上光功率較小的缺點；并且在復用單元中每個復用通道選擇兩條帶有布拉格光柵的光纖，其中一條作為溫補光纖，避免了光纖光柵檢測中同時受應變和溫度兩個因素交叉影響；特別利用光纖光柵反射光波長固定的特點，引入氣體吸收光譜測量技術，使得系統能夠對一些危險氣體進行檢測，如甲烷氣體、硫化氫氣體等。

本發明的優點在于：