一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括感溫光纖分布模塊，光電信息轉(zhuǎn)換模塊與信號處理預(yù)警模塊；所述感溫光纖分布模塊設(shè)于采空區(qū)內(nèi)，并隨著采煤工作面的推進(jìn)方向進(jìn)行移動，將因外界溫度變化而產(chǎn)生的光信號傳遞給光電信息轉(zhuǎn)換模塊；所述光電信息轉(zhuǎn)換模塊與感溫光纖分布模塊通過光纖的方式互相通訊連接并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述信號處理預(yù)警模塊通過電連接的方式與光電信息轉(zhuǎn)換模塊相連。本實用新型利用分布式光纖感溫技術(shù)對煤礦井下采空區(qū)進(jìn)行實時的溫度監(jiān)測，以達(dá)到預(yù)防礦井火災(zāi)發(fā)生，保障了井下生命財產(chǎn)安全。
【專利說明】一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型尤其涉及一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在對煤礦開采過程中，采空區(qū)常常給煤礦的正常生產(chǎn)帶來危害。由于在煤礦開采過程中采空區(qū)存在大量的遺留的浮煤，浮煤的存在為煤礦自燃提供了物資條件。煤礦自燃嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)、限制著煤礦的生產(chǎn)，而采空區(qū)煤礦自燃在煤礦自燃發(fā)生總體中占有重要的部分，我國國有重點(diǎn)煤礦中采空區(qū)煤礦自燃占自燃火災(zāi)的60%，因此加強(qiáng)對采空區(qū)自燃的預(yù)防可以有效的控制煤礦火災(zāi)的發(fā)生。
[0003]目前，對煤礦火災(zāi)的監(jiān)測方法主要有電阻率法氣體探測法，紅外探測法和自然溫度探測法等，但都存在一定的弊端，無法很好滿足井下火災(zāi)預(yù)測需求。而感溫光纖技術(shù)作為一種新型的礦用測溫技術(shù)，集傳感和傳輸與一體，光纖即是感應(yīng)器又是信號傳輸通道。系統(tǒng)利用光纖所處空間溫度場對光纖中的向后散射光信號進(jìn)行調(diào)研，再經(jīng)過信號調(diào)解、采集和處理將溫度信息實時顯示出來。分布式光纖感溫系統(tǒng)中的檢測光纖具有不帶電、抗射頻和電磁干擾，防燃、防爆、抗腐蝕、耐高壓和強(qiáng)電磁場、耐電離輻射等優(yōu)點(diǎn)，在很多高溫、高熱等惡劣環(huán)境下具有特殊優(yōu)勢，能在煤礦采空區(qū)等有害環(huán)境中安全運(yùn)行。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述問題，本實用新型提供了一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，利用分布式光纖感溫技術(shù)對煤礦井下采空區(qū)進(jìn)行實時的溫度監(jiān)測，以達(dá)到預(yù)防礦井火災(zāi)發(fā)生，保障了井下生命財產(chǎn)安全。
[0005]為了解決上述問題，本實用新型提供的技術(shù)方案為:一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括感溫光纖分布模塊，光電信息轉(zhuǎn)換模塊與信號處理預(yù)警模塊；所述感溫光纖分布模塊設(shè)于采空區(qū)內(nèi)，并隨著采煤工作面的推進(jìn)方向進(jìn)行移動，將因外界溫度變化而產(chǎn)生的光信號傳遞給光電信息轉(zhuǎn)換模塊；所述光電信息轉(zhuǎn)換模塊與感溫光纖分布模塊通過光纖的方式互相通訊連接并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述信號處理預(yù)警模塊通過電連接的方式與光電信息轉(zhuǎn)換模塊相連。
[0006]進(jìn)一步的，所述感溫光纖分布模塊包括感溫光纖與溫度傳感器。
[0007]進(jìn)一步的，所述光電信息轉(zhuǎn)換模塊包括激光器，激光控制器，波分復(fù)用器，光電裝換器與信號增益器，激光控制器激活控制激光器產(chǎn)生激光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器傳入感溫光纖中，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器將感溫光纖傳遞過來的反映溫度變化情況的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過信號增益器進(jìn)行信號的增益，最后將電信號再傳遞給信號處理預(yù)警模塊。
[0008]進(jìn)一步的，所述信號處理預(yù)警模塊包括數(shù)據(jù)采集器，信號處理裝置與報警輸出器，信號處理預(yù)警模塊將從光電信息轉(zhuǎn)換模塊獲取的增益后的電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行收集匯總，再由信號處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出采空區(qū)的溫度大小和速率變化情況，然后將信息反饋給報警器輸出器，一旦溫度超過限值，就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為:本發(fā)明基于感溫光纖技術(shù)，并通過光電信號的轉(zhuǎn)換和信息處理，可以對采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行面積廣泛的溫度實時監(jiān)測和火災(zāi)預(yù)警，系統(tǒng)安全指數(shù)高、穩(wěn)定性能好，可以在煤礦井下的惡劣環(huán)境下長時間正常運(yùn)行，耐高壓和強(qiáng)磁場、防爆、防潮和防腐蝕，光纖本身不帶電沒有安全隱患，并且溫度的測量精度比較高，可以克服井下空間的限制，進(jìn)行長距離的信號傳輸，能夠準(zhǔn)確反映采空區(qū)的溫度變化情況，進(jìn)行及時的火災(zāi)提前預(yù)警，防范于未然，有效滿足煤礦井下安全生產(chǎn)的需要，降低火災(zāi)事故的發(fā)生率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的采空區(qū)感溫光纖分布示意圖；
[0011]圖2為本實用新型的光電信息轉(zhuǎn)換模塊原理示意圖；
[0012]圖3為本實用新型的信號處理預(yù)警模塊原理示意圖；
[0013]圖中:1為采空區(qū)，2為感溫光纖，3為開切眼，4為工作面，5為激光器，6為波分復(fù)用器，7為光電轉(zhuǎn)換器，8為信號增益器,9為激光控制器，10為數(shù)據(jù)米集器，11為信號處理器，12為存儲器，13為報警裝置，14為消防裝置，15為顯示器。

【具體實施方式】
[0014]下面對本實用新型做進(jìn)一步說明:
[0015]一種采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括三個模塊，分別是感溫光纖分布模塊，光電信息轉(zhuǎn)換模塊，以及信號處理預(yù)警模塊。感溫光纖分布模塊包括光纖的構(gòu)成及其分布方式，該部分埋設(shè)于采空區(qū)I內(nèi)，并隨著采煤工作面的推進(jìn)方向進(jìn)行移動，將因外界溫度變化而產(chǎn)生的光信號傳遞給光電信息轉(zhuǎn)換模塊。光電信息轉(zhuǎn)換模塊包括激光器
5,激光控制器9,波分復(fù)用器6,光電裝換器7和信號增益器8,此部分通過激光器5產(chǎn)生激光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器6傳入感溫光纖2中，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器7將感溫光纖2傳遞過來的反映溫度變化情況的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過信號增益器8進(jìn)行信號的增益，最后將電信號再傳遞給信號處理預(yù)警模塊。信號處理預(yù)警模塊由數(shù)據(jù)采集器10，信號處理裝置，和報警輸出器組成，增益后的電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行收集匯總，在由信號處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出采空區(qū)的溫度大小和速率變化情況，然后將信息反饋給報警器，一旦溫度超過限值，就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息。
[0016]參見圖1，圖1為本發(fā)明的采空區(qū)感溫光纖分布示意圖。由圖中可以看出采空區(qū)I位于開切眼3和工作面4之間，其中要求在采空區(qū)I內(nèi)鋪設(shè)的感溫光纖2能夠?qū)馂?zāi)危險區(qū)域進(jìn)行全方位覆蓋監(jiān)測，不能出現(xiàn)監(jiān)測死角，且有利于火源位置的準(zhǔn)確定位。感溫光纖2的鋪設(shè)應(yīng)保證在對采空區(qū)I進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的同時不影響工作面4的正常生產(chǎn)和推進(jìn)。
[0017]感溫光纖2需采用可自然彎曲，耐高壓，耐強(qiáng)拉的鎧裝光纖，以保證不受井下突發(fā)事故的破壞。
[0018]感溫光纖2的分布方式可采用在采空區(qū)內(nèi)呈“V”字形布置，以增大測溫的范圍，且需要沿工作面4推進(jìn)方向預(yù)置部分光纖，以保證光纖能夠隨著液壓支架的移動自動埋入采空區(qū)I。
[0019]參見圖2，圖2為本發(fā)明的光電信息轉(zhuǎn)換模塊原理示意圖。由激光控制器9控制激光器5發(fā)出激光信號，經(jīng)波分復(fù)用器6處理后傳入感溫光纖2中。入射光與感溫光纖2中的Si02分子發(fā)生相互碰撞后生成不同于入射光頻率的光(斯托克斯光、反斯托克斯光)和同于入射光頻率的光(瑞利散射光)。利用波分復(fù)用器6將后向散射光中的斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光從瑞利散射光、布里淵斯托克斯和反斯托克斯散射光中分離出來，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器7將反應(yīng)采空區(qū)I的溫度變化情況的斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射光信號轉(zhuǎn)換成電信號并利用信號增益器8進(jìn)行增益，增益后的信號通過同軸電纜送到信號處理預(yù)警1吳塊。
[0020]感溫光纖作為一種新型礦用溫度傳感器，可以實時、連續(xù)監(jiān)測，能夠持續(xù)的獲得光纖沿途的溫度信息，并將測量的溫度信息以接近光速進(jìn)行傳遞。所述的光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是利用分布式拉曼散射光纖測溫原理和光時域反射(OTDR)技術(shù)進(jìn)行光信號的計算與監(jiān)測。
[0021]參見圖3，圖3為本發(fā)明的信號處理預(yù)警模塊原理示意圖。通過信號采集器10對信號進(jìn)行采集和處理，接著傳輸?shù)叫盘柼幚砥?1中，利用其中的預(yù)置程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出采空區(qū)I中的溫度大小和溫升速率變化情況，并自動將數(shù)據(jù)儲存在存儲器12中以方便進(jìn)一步的傳輸使用，并及時在顯示器15中顯示出來。當(dāng)采空區(qū)I內(nèi)的溫度超過預(yù)設(shè)的煤炭自然火災(zāi)報警閥值，自動啟動報警裝置13和消防裝置14，對可能出現(xiàn)的礦井火災(zāi)采取及時有效的預(yù)防措施。
[0022]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種米空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括感溫光纖分布模塊，光電信息轉(zhuǎn)換模塊與信號處理預(yù)警模塊；所述感溫光纖分布模塊設(shè)于采空區(qū)內(nèi)，并隨著采煤工作面的推進(jìn)方向進(jìn)行移動，將因外界溫度變化而產(chǎn)生的光信號傳遞給光電信息轉(zhuǎn)換模塊；所述光電信息轉(zhuǎn)換模塊與感溫光纖分布模塊通過光纖的方式互相通訊連接并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述信號處理預(yù)警模塊通過電連接的方式與光電信息轉(zhuǎn)換模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，感溫光纖分布模塊包括感溫光纖與溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述光電信息轉(zhuǎn)換模塊包括激光器，激光控制器，波分復(fù)用器，光電裝換器與信號增益器，激光控制器激活控制激光器產(chǎn)生激光信號，經(jīng)過波分復(fù)用器傳入感溫光纖中，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器將感溫光纖傳遞過來的反映溫度變化情況的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過信號增益器進(jìn)行信號的增益，最后將電信號再傳遞給信號處理預(yù)警模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)分布式感溫光纖火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理預(yù)警模塊包括數(shù)據(jù)采集器，信號處理裝置與報警輸出器，信號處理預(yù)警模塊將從光電信息轉(zhuǎn)換模塊獲取的增益后的電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行收集匯總，再由信號處理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出采空區(qū)的溫度大小和速率變化情況，然后將信息反饋給報警器輸出器，一旦溫度超過限值，就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息。
【文檔編號】E21F17/18GK204128712SQ201420627126
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】謝彪, 袁樹杰, 蘇明清, 余浩冉, 程鈺, 黃鑫 申請人:安徽理工大學(xué)