CN205537775U - 基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，选择DFB激光器作为光源，将激光波长调节到甲烷气体在近红外的某一吸收峰处，使用机械式光开关，将激光器发出的光信号分为多束。一部分光纤连接气体吸收室，用以测量瓦斯气体浓度；另一部分连接温度监测光缆，用于测量井下温度，实现了将温度和瓦斯浓度两个参数的检测***有效结合。本实用新型中气体吸收室和铠装测温光纤放置在井下通道中，其余设备均可放置在井上监控室内，所有的检测信息通过光纤传输到井上监控室内，工作人员能够在井上及时地了解井下各处瓦斯浓度和温度的大小、分布及变化规律等，以便能够做出正确的判断和决策。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***。
背景技术
光纤传感器是20世纪70年代中期迅速发展的一种新型传感器。它以光学检测为基础，把被检测的变化转变为可测的光信号，如强度、相位、偏振态、频率、波长的变化。光纤具有很多优异的性能，例如抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)。
目前光纤传感器的单根光纤通常只能检测某一种物理量，然而在许多应用领域中，需要检测多个物理量。例如在煤矿安全监测方面，为防止煤矿井下发生瓦斯***事故，需要检测井下不同位置处的瓦斯浓度和温度分布情况。虽然煤矿安全检测技术在不断地发展，但瓦斯***事故仍然接连不断地发生，严重危害了矿工生命和国家财产安全，成为实现煤矿安全生产的巨大障碍。
发明内容
本实用新型要解决以上技术问题，提供一种基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，包括DFB激光器、光开关、耦合器、光电转换电路、计算处理中心、气体吸收室、温度监测光缆、光时域反射处理单元和光谱分离单元，所述DFB激光器与所述光开关相连，所述光开关的一路输出连接所述气体吸收室，所述光开关的其余路输出通过所述耦合器调制后进入所述温度监测光缆，所述气体吸收室和所述温度监测光缆的输出端均连接所述光电转换电路，所述光电转换电路的输出端连接所述计算处理中心，所述计算处理中心的输出端连接所述DFB激光器，所述光谱分离单元对所述温度监测光缆进行分解，所述光谱分离单元通过所述光时域反射处理单元与所述计算处理中心相连。
所述温度监测光缆为铠装测温光纤。
所述气体吸收室内部两端分别设有一个渐变折射率透镜，所述气体吸收室外部两端分别设有一个FC光纤接头。
所述计算处理中心为工控机。
本实用新型具有的优点和积极效果是：基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，选择DFB激光器作为光源，将激光波长调节到甲烷气体在近红外的某一吸收峰处，使用机械式光开关，将激光器发出的光信号分为多束。一部分光纤连接气体吸收室，用以测量瓦斯气体浓度；另一部分连接温度监测光缆，用于测量井下温度，实现了将温度和瓦斯浓度两个参数的检测***有效结合。本实用新型中气体吸收室和铠装测温光纤放置在井下通道中，其余设备均可放置在井上监控室内，所有的检测信息通过光纤传输到井上监控室内，工作人员能够在井上及时地了解井下各处瓦斯浓度和温度的大小、分布及变化规律等，以便能够做出正确的判断和决策。
附图说明
图1是基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
如图1所示，基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，包括DFB激光器、光开关、耦合器、光电转换电路、计算处理中心、气体吸收室、温度监测光缆、光时域反射处理单元和光谱分离单元，所述DFB激光器与所述光开关相连，所述光开关的一路输出连接所述气体吸收室，所述光开关的其余路输出通过所述耦合器调制后进入所述温度监测光缆，所述气体吸收室和所述温度监测光缆的输出端均连接所述光电转换电路，所述光电转换电路的输出端连接所述计算处理中心，所述计算处理中心的输出端连接所述DFB激光器，所述光谱分离单元对所述温度监测光缆进行分解，所述光谱分离单元通过所述光时域反射处理单元与所述计算处理中心相连。
所述温度监测光缆为铠装测温光纤。
所述气体吸收室内部两端分别设有一个渐变折射率透镜，所述气体吸收室外部两端分别设有一个FC光纤接头。
所述计算处理中心为工控机。
基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***的最佳实施方式，气体吸收室和铠装测温光纤放置在井下通道中，其余设备均可放置在井上监控室内。工作人员在井上监控室就能够及时地了解井下各处瓦斯浓度和温度分布，方便制定安全生产策略。
瓦斯气体的主要成分是甲烷，它对波长为1651nm和1653.7nm的光均有较强的吸收。本实用新型使用DFB激光器。计算处理中心负责调节激光器的驱动电流和温度。通过调节激光器的驱动电路和温度，将其波长可以调节到1653.7nm处。在本实用新型中，计算处理中心为一台工控机。光电转换电路包括依次连接的光电探测器、锁相放大器和数据采集卡，使用PIN光电二极管作为光电探测器，对于包含有瓦斯浓度信息的光电信号，使用锁相放大器获取其一次谐波信号和二次谐波信号，通过数据采集卡将两谐波信号送入计算处理中心。计算处理中心计算两谐波信号的幅值之比，来获取瓦斯浓度信息。
激光脉冲在光纤中传输时，激光和光纤分子相互作用，会产生三种散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，其中拉曼散射仅对温度敏感，因此最适合用来测量温度。激光通过耦合器调制后射入铠装测温光纤中。拉曼散射光中携带温度信息的背向成分沿原路返回，通过光谱分离单元中两个不同中心波长的滤光片，分离出斯托克斯光和反斯托克斯光，经光电探测器转化为电信号后送入数据采集与处理单元。斯托克斯散射光的强度与温度弱相关；而反斯托克斯散射光的强度与温度强相关。通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线。光时域反射处理单元通过计算光波的传输速度和回波时间，实现对所有温度点的定位。然后通过RS232接口传输给计算处理中心。
以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，其特征在于：包括DFB激光器、光开关、耦合器、光电转换电路、计算处理中心、气体吸收室、温度监测光缆、光时域反射处理单元和光谱分离单元，所述DFB激光器与所述光开关相连，所述光开关的一路输出连接所述气体吸收室，所述光开关的其余路输出通过所述耦合器调制后进入所述温度监测光缆，所述气体吸收室和所述温度监测光缆的输出端均连接所述光电转换电路，所述光电转换电路的输出端连接所述计算处理中心，所述计算处理中心的输出端连接所述DFB激光器，所述光谱分离单元对所述温度监测光缆进行分解，所述光谱分离单元通过所述光时域反射处理单元与所述计算处理中心相连。
2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，其特征在于：所述温度监测光缆为铠装测温光纤。
3.根据权利要求1所述的基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，其特征在于：所述气体吸收室内部两端分别设有一个渐变折射率透镜，所述气体吸收室外部两端分别设有一个FC光纤接头。
4.根据权利要求1所述的基于光纤传感的煤矿瓦斯浓度和温度检测***，其特征在于：所述计算处理中心为工控机。
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|---|---|---|---|---|
| CN106290099A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-01-04 | 上海腾盛智能安全科技股份有限公司 | 一种基于svm的烟雾预警装置 |
| CN110470630A (zh) * | 2018-05-11 | 2019-11-19 | 西安电子科技大学 | 一种基于差分模式的分布式光纤气体传感器 |
| CN112362597A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-12 | 安徽中科瀚海光电技术发展有限公司 | 一种多路***体监测***及监测方法 |
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