CN114166257A - 一种采空区光纤传感监测*** - Google Patents
一种采空区光纤传感监测*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种采空区光纤传感监测***，包括被布置在采空区的光纤传感器和与之通信的光发射机，多个光发射机之间通过通信光纤相互通信并组成监测网络；光纤传感器包括光源模块，电路模块和传感器光纤，沿着传感器光纤的延伸方向上设有多个信息采集端；光发射机包括信号处理电路，接收多个光纤传感器的电信号和来自其他光发射机的光信号，输出并发的多路光信号，多路光信号包括由传感器电信号转换成的光信号，和来自其他光发射机的光信号；***还包括采集控制中心，采集控制中心接收多路光信号并执行数据处理。应用光纤技术提高对矿井环境的监控能力，将采空区进行区域划分，高质高效地实时显示各区域的监测信息，以保证煤炭生产的安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及安全工程技术领域，特别涉及一种采空区光纤传感监测***。
背景技术
随着采煤方法及采煤工艺的不断发展更新，煤炭产量大幅增加，经济效益不断提高，但同时也造成了采空区遗煤增多，增加了浮煤氧化自燃潜在危险，使得煤层发火概率增高，矿井自燃火灾事故增多。目前的综合性防治措施多以注浆、喷注阻化剂为主，虽对预防起火起到一定作用，但往往耗费资源巨大，且不能有效的减少自燃状况。对此，有必要研制一种光纤传感***，随时监测采空区内部的环境数据包温度以及气体浓度的变化，以减少采空区自燃的现象。
发明内容
本发明提供了以下技术方案：
采空区光纤传感监测***包括被布置在采空区的光纤传感器和与之通信的光发射机，多个光发射机之间通过通信光纤相互通信并组成监测网络；
光纤传感器包括光源模块，电路模块和传感器光纤，沿着传感器光纤的延伸方向上设有多个信息采集端；
光发射机包括信号处理电路，接收多个光纤传感器的电信号和来自其他光发射机的光信号，输出并发的多路光信号，所述多路光信号包括由所述传感器电信号转换成的光信号，和来自其他光发射机的光信号；
所述***还包括采集控制中心，采集控制中心接收所述多路光信号并执行数据处理。
进一步地，所述光发射机还包括分布反馈激光器，放大器，预失真电路，平衡桥干涉类调制器，分光器；
所述分布反馈激光器在激光器有源波导区界面附近制作周期光栅并导入光纤传感器；
光纤传感器的电信号通过放大器放大后发送至预失真电路，预失真电路对放大之后的电信号的***非线性失真进行补偿；
经过放大和补偿后的电信号通过平衡桥干涉类调制器被调制为光信号；
被调制后的光信号经过分光器被分为多路光信号。
进一步地，所述光发射机还包括信号调理电路，被配置为：
信号调理电路对所述光纤传感器发送的载有采集信息的电信号进行整流和滤波；
优选地，所述光纤传感器还包括无线电发送模块，用于将电信号以无线电的形式发送。
进一步地，所述光纤传感器还包括具有空腔的保护装置，所述光纤传感器的光源模块、电路模块被置于保护装置的空腔内，所述空腔的外壁包括橡胶缓冲层和覆盖在其上的金属外壳，所述所述空腔的外壁开有孔，所述传感器光纤从该孔中延伸出来。
进一步地，布置在采空区的光纤传感器至少包括下列中的四种：基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器，光纤湿度传感器，光纤光吸收型气体浓度传感器，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器。
进一步地，所述采集控制中心通过对光纤传感器采集的环境数据进行筛选和误差校正的处理，所述环境数据包括：
基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器的温度数据，光纤湿度传感器的湿度数据，光纤光吸收型气体浓度传感器的甲烷浓度数据、一氧化碳浓度数据、含氧量数据，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据；
处理过程包括：筛选所述环境数据中高于为其预设定的临界值的环境数据，并提示警报；
若某一位置点的湿度数据不高于临界值L，则选取该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据作为该位置点的空气含氧量；
若某一位置点的湿度数据高于临界值L，则将该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据结合改位置点的基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据进行校正，将较正后的数据作为该位置点的空气含氧量。
进一步地，所述采集控制中心被配置了包括：采集信息数据库，随机数生成模块，校正值计算模块；
执行误差校正的处理包括以下步骤：
将光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量按采集时间顺序保存至第一采集信息数据库，
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据按采集时间顺序保存至第二采集信息数据库；
基于随机数生成模块生成随机序列，从从第一采集信息数据库中随机抽取N个第一数据，从第二采集信息数据库中随机抽取M个第二数据；
校正值计算模块将M个第二数据进行预处理，计算所述N个第一数据与所述M个预处理后的第二数据的加权平均值，并将值输出为较正后的空气含氧量。
进一步地，校正值计算模块将M个第二数据进行预处理具体包括：
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器直接测得的溶解氧数据经过生化需氧量补偿和氧气的气相液相分布曲线校正后作为第二信道的数字信号。
进一步地，所述采集控制中心还包括模型库，用于实现以下步骤：
调用基于计算流体力学软件生成的包括三带模型、空气流场数值模型和热力学模型的环境数值模型；
依据所述空气流场数值模型和所述热力学模型，计算所述空气含氧量临界值和所述温度临界值；
预测一端时间内采空区的环境数据的变化趋势。
进一步地，所述采集控制中心还被配置为实现包括以下步骤：
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据对采空区重新进行三带模型的建模；
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据校正所述空气流场数值模型和所述热力学模型。
本发明的有益效果在于，应用光纤技术提高对矿井环境的监控能力，将采空区进行区域划分，高质高效地实时显示各区域的监测信息，以保证煤炭生产的安全问题。
附图说明
图1、一些实施方式的装置结构示意图；
图2、一些实施方式的光发射机的结构原理图；
图3、一些实施方式的采集控制中心执行的筛选与处理流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式解释本发明。
一些实施方式的采空区光纤传感监测***，包括如图1中的装置，被布置在地面下采空区的光纤传感器和与之通信的光发射机，多个光发射机之间通过通信光纤相互通信并组成监测网络；
光纤传感器包括光源模块，电路模块和传感器光纤，沿着传感器光纤的延伸方向上设有多个信息采集端；
光发射机包括信号处理电路，接收多个光纤传感器的电信号和来自其他光发射机的光信号，输出并发的多路光信号，多路光信号包括由传感器电信号转换成的光信号，和来自其他光发射机的光信号；
***还包括采集控制中心，采集控制中心接收多路光信号并执行数据处理。
术语“采集控制中心”通常包括物理设施和骑上运行的程序指令与保存的数据。
一些情况下，采集控制中心位于地面，可以将其整合到地面的控制终端的服务器上。
一些情况下，采集控制中心位于井下的一个机房内，该机房通常实施相当的安全防护工程，以保证其对井下的通信和控制工作正常可控地进行。
一些优选的实施方式，多个光发射机组成去中心化的检测网络。
一些实施方式的光发射机的结构如图2，还包括分布反馈激光器，放大器，预失真电路，平衡桥干涉类调制器，分光器；
分布反馈激光器在激光器有源波导区界面附近制作周期光栅并导入光纤传感器；
光纤传感器的电信号通过放大器放大后发送至预失真电路，预失真电路对放大之后的电信号的***非线性失真进行补偿；
经过放大和补偿后的电信号通过平衡桥干涉类调制器被调制为光信号；
被调制后的光信号经过分光器被分为多路光信号。
一些实施方式的光发射机还包括信号调理电路，被配置为：
信号调理电路对光纤传感器发送的载有采集信息的电信号进行整流和滤波；
优选地，光纤传感器还包括无线电发送模块，用于将电信号以无线电的形式发送。
一些实施方式的光纤传感器还包括具有空腔的保护装置，光纤传感器的光源模块、电路模块被置于保护装置的空腔内，空腔的外壁包括橡胶缓冲层和覆盖在其上的金属外壳，空腔的外壁开有孔，传感器光纤从该孔中延伸出来。
大部分的实施方式，布置在采空区的光纤传感器至少包括下列四种：基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器，光纤湿度传感器，光纤光吸收型气体浓度传感器，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器。
一些实施方式的采集控制中心通过对光纤传感器采集的环境数据进行筛选和误差校正的处理，环境数据包括：
基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器的温度数据，光纤湿度传感器的湿度数据，光纤光吸收型气体浓度传感器的甲烷浓度数据、一氧化碳浓度数据、含氧量数据，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据；
处理过程如图3中的步骤，包括：
筛选环境数据中高于为其预设定的临界值的环境数据，并提示警报；
若某一位置点的湿度数据不高于临界值L，则选取该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据作为该位置点的空气含氧量；
若某一位置点的湿度数据高于临界值L，则将该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据结合改位置点的基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据进行校正，将较正后的数据作为该位置点的空气含氧量。
一些实施方式的采集控制中心被配置了包括：采集信息数据库，随机数生成模块，校正值计算模块；
执行误差校正的处理包括以下步骤：
将光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量按采集时间顺序保存至第一采集信息数据库，
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据按采集时间顺序保存至第二采集信息数据库；
基于随机数生成模块生成随机序列，从从第一采集信息数据库中随机抽取N个第一数据，从第二采集信息数据库中随机抽取M个第二数据；
校正值计算模块将M个第二数据进行预处理，计算N个第一数据与M个预处理后的第二数据的加权平均值，并将值输出为较正后的空气含氧量。
需要说明的是，计算加权平均值的各项权重通过对井下环境数据进行人工观测，并将观测数据与传感器采集数据比较分析后预设定的。
一些情况下，也可以选择卡尔曼滤波法，并结合计算流体力学软件生成的模拟环境数据执行误差校正的处理。
一些实施方式，校正值计算模块将M个第二数据进行预处理具体包括：
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器直接测得的溶解氧数据经过生化需氧量补偿和氧气的气相液相分布曲线校正后作为第二信道的数字信号。
进一步地，采集控制中心还包括模型库，用于实现以下步骤：
调用基于计算流体力学软件生成的包括三带模型、空气流场数值模型和热力学模型的环境数值模型；
依据空气流场数值模型和热力学模型，计算空气含氧量临界值和温度临界值；
预测一端时间内采空区的环境数据的变化趋势。
需要说明的是，煤层自燃过程是集氧化放热聚热与外界交换散热对立运动的，根据煤氧复合理论，煤与氧作用产生的热量聚集后引起煤的温度升高，煤温升高提高了煤的氧化反应活性，加快反应速度，放热能力进一步增强，当煤的氧化放热速率大于散热速率，煤温才会上升。因此，通过建立空气流场数值模型结合环境热力学模型，可以监测并能预测到具有这种对立运动的位置点。
计算流体力学(CFD)方法是对流场的控制方程用计算数学的方法将其离散到一系列网格节点上求其离散的数值解的一种方法，离散化分为流场的离散化(网格生成)与方程的离散化(计算格式)。控制所有流体流动的基本定律是：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。由它们分别导出连续性方程、动量方程(N-S方程)和能量方程。应用CFD方法进行平台内部空气流场模拟计算时，首先需要选择或者建立过程的基本方程和理论模型，依据的基本原理是流体力学、热力学、传热传质等平衡或守恒定律。由基本原理出发可以建立质量、动量、能量、湍流特性等守恒方程组，如连续性方程、扩散方程等。用数值方法(例如有限元方法)求解这些非线性偏微分方程组。可以选用的计算流体力学软件包括但不限于：英国CHAM公司的PHOENICS，ANSYS公司的FLUENT，Siemens公司的STAR-CCM+，Simulia公司的XFLOW等，其中，FLUENT经过大量算例考核，同实验符合较好，软件内鱼油多种预置的传热燃烧模型及多相流模型，具有计算稳定性好，适用范围广泛，，计算精度可达二阶的优点。
在一些更具体的实施例中采用FLUENT的分析和建模过程如下：
产生几何结构模型及生成网络；
运行解算器；
读入网格并检查网格；
选择解算格式；
选择需要求解的基本模型方程,一些实施例中还要进一步选择需要的附加模型；基本模型包括热传导模型，层流模型等；
制定便捷条件；
调节解算控制参数；
初始化空气流场数值模型和/或热力学模型，并进行解算；
保存结果；
校正和反馈。
一些实施方式的采集控制中心还被配置为实现包括以下步骤：
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据对采空区重新进行三带模型的建模；
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据校正空气流场数值模型和热力学模型。
在一些具体的实施例中，矿山内的信号传输采用光纤通信的方式，信号传输的装置包括：数据源、光发信机、光收信机、光纤、中继器、光纤连接器、耦合器。其中光纤的外保护层适用阻燃材料，电气设备均为本质安全型，所产生的火花、电弧和热能都不会引燃周围环境***性混合物，保证电器在其电源或内部储能元件短路时，产生的电火花不至于引爆达到起爆浓度的瓦斯，本质安全型电气设备不需要专门的防爆外壳，缩小设备的体积和重量，简化设备的结构。
优点：频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点。
铺设：矿井巷道在短距离都会存在弯曲和水平度不一的状况，在光纤铺设时，最大程度上保持光纤的平直，降低光纤的弯曲损耗。由于矿井巷道长度一般都小于八十千米，在通信带宽足够使用、传输速率足够高及成本足够低的前提下，采用成本低，性能稳定的G.652光纤就可完成***要求；考虑到井下巷道特点，一些实施例中优选使用TSB-72集中式光纤布线标准。
基于光纤技术的煤矿通信***中，电发射机将煤矿通信信息源以电信号的形式输入至光发射机，在光发射机并发输入多路光纤通信信号的过程中，在光发射机电光转换电路中，将电信号变换成用于煤矿通信的光信号，由基于人工神经网络的光纤通信色散估计与补偿方法，有效抑制光通信色散的不良影响后，将其导入光接收机电光转换电路中实施光电变换，输出对应的电信号，将电信号导进对应的解调电路实施解调后输出符合用户需求的光网络信号，完成煤矿通信。
光发射机主要是将电发射机导入的电信号使用分布反馈类激光器将其调制成周期光栅导入耦合器之后，耦合器分别在通信信号处理电路与传感信号处理电路中将电信号进行信号放大与解调处理，处理完毕经光波分复用器输出用于煤矿通信的光网络信号。
术语“预失真”：人为地加入一个特性与包括功放在内的***非线性失真恰好相反的***，进行互相补偿，不存在稳定性问题，并有较大的频带宽度。
术语“分布反馈激光器”：在激光器有源波导区界面附近制作周期光栅来提供反馈，这是利用光波导折射率的周期变化来实现的。其特点是把光栅直接做在有源层与限制界面上。这些激光器不仅具有极好的性能和便于集成化,经改进还易于实现稳定的单模运转。
术语“单模光纤”：中心玻璃芯芯径一般为9或10μm，只能传一种模式的光纤。其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。现在实用光纤通信***的主要工作波段1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU－T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。
术语“光波分复用器”：将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。波分复用器采用的就是这个技术。
一些实施方式的采集控制中心，通过光接收机接收来自光发射机的信号。光接收机为了将光纤传输至光接收机的光信号变换成电信号，需要启动光电探测器进行信号转换处理，处理完毕将其传输至模拟前端电路中放大，并导入数字后端电路，数据后端电路可实现时钟恢复与数据判决，实现高速串行通信与信号信息解调。
在一些实施例的光纤传感装置中，该装置分为三个模块：数据采集模块、数据传输模块、防压模块。需要说明的是：
1.分布式光纤测温传感器
当频率为f的光通过物质时除光的投射和光的吸收外，还有光的散射，在散射光中会出现频率f之外的f±fR，f±2fR等频率的散射光，这些称为拉曼散射。拉曼散射光是由于光纤分子的热振动而产生的，由反斯托克斯(anti-Stokes)光和斯托克斯(Stokes)光两种不同波长的光组成，前者对温度特别敏感，而后者与温度关系很小。光纤受外界温度的影响使得光纤中的反斯托克斯光光强发生变化，这样斯托克斯光和反斯托克斯的温度差提供了温度的绝对指示，利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。其中反射点的温度越高，拉曼散射光信号强度越大。波长较长的斯托克斯光通道作为参考通道，波长较短的反斯托克斯光通道作为信号通道，采集温度的绝对值，实现了光纤温度信息的分布式测量；通过信号处理***对光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间等参数检测解调、分析计算，判定异常温度的位置。
温度计算时，可选择内部光纤作为参考。具体计算公式为：
T0为参考区温度，Tm为计算光缆某个位置的温度，Ns(T0)参考区斯托克斯曲线光强平均值，Na(T0)为参考区反斯托克斯曲线平均值，Na(Tm)为光缆某点反斯托克斯光强，Ns(Tm)为光缆某点斯托克斯光强，Chk是常数。入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为L，即有：2L＝V×T，V＝C/n。式中：V为光在光纤中传输速度；C为真空中的光速；n为光纤折射率。
结构设计：设备主要包括软件和硬件两部分。其中硬件部分采用低能耗的中央处理器作为核心，一个电路电源负载包括脉冲激光器和光开关，一个电源负载包括处理器、采集卡、探测器、显示屏；软件部分完成数据采集，数据传输，存储，显示等功能。根据收集到的数据及相应公式计算出参考区的温度
2.光纤光吸收型气体浓度检测：
煤自燃是一个复杂的氧化过程，在不同的氧化自热状态释放出的气体浓度一定会发生相应的变化，运用光吸收型光纤传感器测量包括甲烷和一氧化碳的指标气体浓度是一个很好的方向，但该方法监测氧气时，氧气的吸收线波长与水蒸气波长范围重复区域较多，且吸收线型不规则，所以，在对准确度要求比较高的情况下，不能很好的监测空气环境中的含氧量，因此，光吸收型光纤传感器主要用于监测与煤自燃现象密不可分的可燃性气体CH4、CO。
通过光纤光信号传输，准确快速地实现在线实时检测。本装置采用双光源，两个光源经光线耦合器进入一根光纤中，然后通过准直器出射进入气室与目标气体进行相互作用后，通过另一个准直器耦合进入光纤中继续传输，光通过气室后携带了不同气体光吸收频带，采用超辐射宽带激光器(SLED)作为***的光源，由于CH4、CO都为稀疏梳状气体，则采用光谱带宽较窄的滤波器，使其中一个滤波器的多个透射光匹配一族气体吸收峰的多个波长，另一个滤波器的多个透射光匹配气体相邻波长的非吸收峰，吸收系数看成多个吸收峰的平均吸收系数，光强也为多个波段总的光强，最后光通过滤波器滤出光信号，两路光信号通过各自的光电检测器将光强度信号转换为电压信号，只需要检测出信号光波长和参考光波长对应下的平均吸收系数、信号光强和参考光强，根据朗伯-比尔定律推导出的气体浓度计算公式变式计算气体浓度。
本说明书中描述的主题的实施方式和功能性操作可以在以下中实施：数字电子电路，有形实施的计算机软件或者固件，计算机硬件，包括本说明书中公开的结构及其结构等同体，或者上述中的一者以上的组合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的操作。作为替代或者附加，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电信号、光信号或者电磁信号，上述信号被生成为编码信息以传递到用数据处理设备执行的适当的接收器设备。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读的存储基片、随机或者串行存取存储器装置或者上述装置中的一种或多种的组合。计算机程序(还可以被称为或者描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或者代码)可以以任意形式的编程语言而被写出，包括编译语言或者解释语言或者声明性语言或过程式语言，并且计算机程序可以以任意形式展开，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子程序或者适于在计算环境中使用的其他单元。
在本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该计算机通过运算输入数据并且生成输出而执行一个或多个的计算机程序，以运行函数。
适于实行计算机程序的计算机包括并且示例性地可以基于通用微处理器或者专用微处理器或者上述处理器两者，或者任意其他种类的中央处理单元。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失存储器、介质和存储器装置，作为实例，包括：半导体存储器装置，例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置；磁盘，例如，内置硬盘或者可移动磁盘；磁光盘；CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以补充以或者并入至专用逻辑电路。
虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求的组合可以转向子组合或者子组合的变形。
相似地，虽然以特定顺序在附图中描述了操作，但是不应当理解为：为了实现期望的结果，要求这样的操作以示出的特定顺序或者以顺序次序而执行，或者所有图示的操作都被执行。在特定情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。此外，上述实施方式中的各种***模块和组件的分离不应当理解为在所有实施方式中要求这样的分离，并且应当理解程序组件和***可以通常被一体化在单个软件产品中或者打包至多个软件产品中。
已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。例如，在权利要求中记载的活动可以以不同的顺序执行并且仍旧实现期望的结果。作为一个实例，为了实现期望的结果，附图中描述的处理不必须要求示出的特定顺序或者顺序次序。在特定实现中，多任务处理和并行处理可以是有优势的。
Claims (10)
1.一种采空区光纤传感监测***，其特征在于，所述***包括被布置在采空区的光纤传感器和与之通信的光发射机，多个光发射机之间通过通信光纤相互通信并组成监测网络；
光纤传感器包括光源模块，电路模块和传感器光纤，沿着传感器光纤的延伸方向上设有多个信息采集端；
光发射机包括信号处理电路，接收多个光纤传感器的电信号和来自其他光发射机的光信号，输出并发的多路光信号，所述多路光信号包括由所述传感器电信号转换成的光信号，和来自其他光发射机的光信号；所述***还包括采集控制中心，采集控制中心接收所述多路光信号并执行数据处理。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述光发射机还包括分布反馈激光器，放大器，预失真电路，平衡桥干涉类调制器，分光器；所述分布反馈激光器在激光器有源波导区界面附近制作周期光栅并导入光纤传感器；
光纤传感器的电信号通过放大器放大后发送至预失真电路，预失真电路对放大之后的电信号的***非线性失真进行补偿；
经过放大和补偿后的电信号通过平衡桥干涉类调制器被调制为光信号；
被调制后的光信号经过分光器被分为多路光信号。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述光发射机还包括信号调理电路，被配置为：
信号调理电路对所述光纤传感器发送的载有采集信息的电信号进行整流和滤波；
优选地，所述光纤传感器还包括无线电发送模块，用于将电信号以无线电的形式发送。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述光纤传感器还包括具有空腔的保护装置，所述光纤传感器的光源模块、电路模块被置于保护装置的空腔内，所述空腔的外壁包括橡胶缓冲层和覆盖在其上的金属外壳，所述所述空腔的外壁开有孔，所述传感器光纤从该孔中延伸出来。
5.如权利要求3所述的***，其特征在于，布置在采空区的光纤传感器至少包括下列中的四种：基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器，光纤湿度传感器，光纤光吸收型气体浓度传感器，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述采集控制中心通过对光纤传感器采集的环境数据进行筛选和误差校正的处理，所述环境数据包括：
基于拉曼反射的分布式光纤温度传感器的温度数据，光纤湿度传感器的湿度数据，光纤光吸收型气体浓度传感器的甲烷浓度数据、一氧化碳浓度数据、含氧量数据，基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据；
处理过程包括：筛选所述环境数据中高于为其预设定的临界值的环境数据，并提示警报；
若某一位置点的湿度数据不高于临界值L，则选取该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据作为该位置点的空气含氧量；若某一位置点的湿度数据高于临界值L，则将该位置点的光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量数据结合改位置点的基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据进行校正，将较正后的数据作为该位置点的空气含氧量。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述采集控制中心被配置了包括：采集信息数据库，随机数生成模块，校正值计算模块；执行误差校正的处理包括以下步骤：
将光纤光吸收型气体浓度传感器的含氧量按采集时间顺序保存至第一采集信息数据库，
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器的溶解氧数据按采集时间顺序保存至第二采集信息数据库；
基于随机数生成模块生成随机序列，从从第一采集信息数据库中随机抽取N个第一数据，从第二采集信息数据库中随机抽取M个第二数据；
校正值计算模块将M个第二数据进行预处理，计算所述N个第一数据与所述M个预处理后的第二数据的加权平均值，并将值输出为较正后的空气含氧量。
8.如权利要求7所述的***，其特征在于，校正值计算模块将M个第二数据进行预处理具体包括：
将基于荧光猝灭的光纤溶解氧传感器直接测得的溶解氧数据经过生化需氧量补偿和氧气的气相液相分布曲线校正后作为第二信道的数字信号。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述采集控制中心还包括模型库，用于实现以下步骤：
调用基于计算流体力学软件生成的包括三带模型、空气流场数值模型和热力学模型的环境数值模型；
依据所述空气流场数值模型和所述热力学模型，计算所述空气含氧量临界值和所述温度临界值；
预测一端时间内采空区的环境数据的变化趋势。
10.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述采集控制中心还被配置为实现包括以下步骤：
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据对采空区重新进行三带模型的建模；
每隔一定时间，根据实时采集的环境数据校正所述空气流场数值模型和所述热力学模型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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