[發明專利]一種基于光纖光柵的超前預控系統

在審

• 申請號: 201711290534.2
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107833419A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王東;周慧棟;靳寶全;王云才;王宇;張明江
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G08B13/12
• 分類號: G08B13/12
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源,曹一杰

技術領域

本發明涉及光纖傳感與電氣安全工程交叉領域，具體涉及一種用于礦井及其它易燃易爆場所的電氣設備開蓋超前預控系統。

背景技術

煤礦井下作業中，人員帶電檢修等違章操作時有發生，這些情況極易造成觸電事故，甚至產生電火花引起瓦斯爆炸。《煤礦安全規程》規定：“井下不得帶電檢修、搬遷電氣設備、電纜和電線，非專職人員或非值班電氣人員不得擅自操作電氣設備，采區電工不得擅自打開采區變電所電氣設備進行修理”。盡管有健全的煤礦安全制度，但是從技術裝備上不能完全保證以上條款的貫徹落實，一些員工忽視安全規定，違規操作，給煤礦生產帶來極大的安全隱患。煤礦企業中因違規操作電氣設備接線盒蓋的機電傷亡及瓦斯爆炸事故時有發生。為了避免類似事故的發生，煤礦電氣設備亟需從技術上采取解決措施，從根本上杜絕因上述人為因素所造成的事故，確保煤礦井下的安全生產。但現有解決措施或存在操作不便、或不能超前預控、或難以做到本質安全。

發明內容

本發明提出一種基于光纖光柵的超前預控系統，其目的在于解決現有防止違規操作電氣設備盒蓋技術存在的不足，公開一種全新的超前預控技術方案，用于檢測違規操作電氣設備盒蓋的行為，能夠實現對預控對象的網絡化分布式監測，實現電氣設備超前開蓋自動斷電、提前預警功能。適用于煤礦等易燃易爆環境，具有可靠性高、本質安全、抗電磁干擾、安裝方便且使用壽命長，后期維護成本低等優點。

本發明是采用以下技術方案實現的：一種基于光纖光柵的超前預控系統，包括寬帶光源13、隔離器14、微處理器20以及與微處理器20相連接的顯示屏21；其中隔離器14連接在寬帶光源13的出射端；還包括至少一個測量單元；每個測量單元均包括信號傳輸和解調模塊以及多個預控裝置；所述預控裝置包括頂部帶有盒蓋1的盒體3、通過一對彈性橫梁固定端9水平固定在盒體3兩相對內壁之間的彈性橫梁8以及設置在彈性橫梁8和盒蓋1之間的應力傳感器部分；所述應力傳感器部分包括水平設置的支撐桿底板4、順次連接在支撐桿底板4一側的支撐桿5、支撐桿頂片6以及傳感光纖7；所述傳感光纖7上刻有光纖光柵的部分與支撐桿頂片6緊貼，二者之間存在有預應力；盒蓋1下表面和彈性橫梁8的上表面之間構成一對安裝面，所述傳感光纖7和支撐桿底板4分別固定于這一對安裝面上且傳感光纖7的兩端均伸出盒體3相對的兩個側壁；盒體3的底部固定在電氣設備頂板12上；多個預控裝置通過其上的傳感光纖7順次連接成列；

所述信號傳輸和解調模塊包括環行器15、與環形器第二端口順次連接的AWG陣列波導光柵16、光電探測器17、濾波放大模塊18和A/D轉換模塊19；所述A/D轉換模塊19與微處理器20信號輸入端相連接；環形器的第一端口用于引入經隔離器14所輸出的寬帶信號；環形器的第三端口與位于端部的預控裝置上的傳感光纖的一端相連接。

所述預控裝置是實現超前預控的測量模塊，是實現預控的前提，用于檢測是否有違規操作電氣設備盒蓋的行為；所述信號傳輸和解調模塊用于傳輸和解調預控裝置的信號，判斷是否有違規操作電氣盒蓋的行為，當判斷出所述預控裝置檢測到違規操作電氣盒蓋的行為時，所述信號傳輸和解調模塊將處理后的信息反饋到控制端，能夠避免帶電檢修等違章操作所造成的觸電事故的發生。

進一步的，所述測量單元為一個時，該測量單元的環形器第一端口直接與隔離器14相連接，構成單通道結構。

寬帶光源13發出激光經過隔離器14和環行器15后進入預控裝置A1、A2、…An，隔離器14的作用主要是防止反射光進入寬帶光源13，傳感光纖7中產生的反射光經環行器15進入到AWG陣列波導光柵16輸入端，光電探測器17將AWG陣列波導光柵16輸出的光信號轉換為電信號，轉換后的電信號經濾波放大模塊18濾波放大，A/D轉換模塊19將濾波放大模塊18輸出的模擬信號轉換為微處理器20能夠識別的數字信號，微處理器20對信號解調，實現對波長偏移量的測量，測量結果通過顯示屏21顯示，CAN總線接口22、USB接口23、Zigbee接口24、以太網接口25等用于分站組網，能夠為控制端提供可靠信息，將檢測到的違規操作電氣設備盒蓋的行為及時反饋到控制端，能夠避免帶電檢修等違章操作而造成的觸電事故。

所述環行器15有3個端口分別為a、b、c，光經過環行器15的方式為：首先光由a端口入射，b端口出射至預控裝置，然后在光纖中產生的反射光由b端口入射，c端口出射進入到AWG陣列波導光柵16輸入端。

進一步的，所述測量單元為多個時，隔離器14的輸出端連接有耦合器26，多個測量單元的環形器第一端口分別與耦合器26的多個輸出端口連接，構成多通道結構。