專利名稱：一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明主要涉及監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，尤其涉及一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤炭作為我國重要的能源資源，在國民生產(chǎn)中起著巨大的作用。但是，我國的煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)與世界主要產(chǎn)煤國家相比，存在很大差距，在我國80%以上的煤礦安全事故由瓦斯爆炸引起。煤礦中瓦斯的主要成分是甲烷(以下提到瓦斯用甲烷代替)，約占83—89%,甲烷在空氣中的爆炸下限為5. 3%，上限為15%，當甲烷的含量達到爆炸極限范圍內(nèi)時，煤礦下的煤炭自燃，明火，電氣火花，架線機車火花，吸煙以 及摩擦、撞擊和放炮產(chǎn)生的火花都可以點燃瓦斯，造成煤礦安全事故。目前，我國礦用甲烷傳感器幾乎全部采用催化燃燒式的氣體傳感器。催化型瓦斯測量儀的原理是甲烷氣體在載體催化元件表面發(fā)生無煙燃燒，放出反應熱，使元件溫度上升，元件溫度的增量將引起元件電阻增加，通過測量電阻增量，就可以測定瓦斯氣體濃度。該類儀器以其信號輸出易于處理、靈敏度高、受濕度和溫度影響小、結(jié)構(gòu)堅固、便于使用等一系列優(yōu)點，成為目前國內(nèi)外測量礦井瓦斯?jié)舛鹊闹饕獌x器。但是，該類儀器的其缺點也非常明顯響應速度慢，完成一次測量需30秒；是測量范圍小，易受高濃度甲烷和硫化物的“中毒”，且使用壽命短、工作穩(wěn)定性差易發(fā)生漂移、校正頻繁和檢測范圍窄等缺點。由于催化式氣體傳感器測量范圍小的缺點，近年來有將熱導儀器常與載體催化型儀器相結(jié)合使用，擴大測量范圍的方法，用催化型甲烷測量儀測量0 5%的范圍，用熱導型檢測儀測量5 100%范圍內(nèi)的瓦斯。熱導型瓦斯測量儀的原理是利用甲烷與空氣的熱導率差異，得到與被測甲烷氣體濃度相關(guān)的信號，以確定甲烷氣體的濃度。但是，熱導型瓦斯測量儀不適用于低濃度瓦斯測量，而且也存在壽命短、工作穩(wěn)定性差易發(fā)生漂移、校正頻繁、易受水蒸氣和氧氣濃度的影響。等缺點，嚴重制約著煤礦對甲烷濃度的有效監(jiān)控。可調(diào)諧半導體激光氣體分析儀是一種“實時”、“在線”的氣體監(jiān)測裝置，常用于石化、鋼鐵、水泥、環(huán)保、工業(yè)在線監(jiān)控等領域。激光氣體分析儀是一種高靈敏度的氣體分析手段，其原理是特定波長的激光通過氣體后，因受氣體特定吸收峰的吸收，產(chǎn)生光強的衰減。光強的衰減可用Beer-Lambert定律準確描述I (V) =I0 (V) exp [-S (T) (v) PXL]其中I(V)Jtl(V)分別是激光通過氣體后，通過氣體前的光強，V是激光的頻率，P，X和L分別是氣體的壓力、濃度和光程。線強S (T)是溫度T的函數(shù)，線性函數(shù)￠(0表示吸收譜線的形狀。由Beer-Lambert定律可知,光強的衰減和被測氣體的濃度成正比,從而可以通過測量激光通過氣體后的衰減獲得被測氣體的濃度。同時，由于DFB激光器的發(fā)射峰很窄(小于15MHz)，工作時可以選擇單根氣體吸收譜線進行測量，不受其他氣體的干擾，具有很高的測量靈敏度。相對于傳統(tǒng)的點接觸式傳感器(如氧化鋯等)，激光氣體分析儀由于采用“原位”式測量，能夠檢測一條光路上的待測氣體濃度，所以能夠更真實的反應測量現(xiàn)場的氣體濃度。特別對于一些測量體積較大的環(huán)境，如大型鍋爐中的過程氣體測量等，激光氣體分析儀能夠更“準確”，更“實時”的反應過程氣體的濃度，同時維護少，具有很大的應用優(yōu)勢。光譜吸收型光纖氣體傳感器用于煤礦瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測是近年來發(fā)展最快、最具有廣闊前景的一種瓦斯監(jiān)測方式。由于每種氣體的結(jié)構(gòu)、能級不同，每種氣體都有獨特的吸收光譜，利用光纖作為測量光的傳輸載體，結(jié)合光譜技術(shù)科實現(xiàn)遠距離的甲烷濃度監(jiān)測。與其他類型的甲烷監(jiān)測儀相比，光譜吸收型光纖氣體傳感器具有如下優(yōu)點靈敏度高，測量動態(tài)范圍大；由于光纖傳輸光強損耗小，可以將瓦斯監(jiān)測儀遠離監(jiān)測點，實現(xiàn)遠距離實時監(jiān)測；同時由于監(jiān)測設備所有帶電部分均置于煤礦外，只由光纖將弱光傳輸?shù)教綔y點，實現(xiàn)設備在煤礦中無電磁干擾，無電火花，傳感單元結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定可靠
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于包括有設置在煤礦外的主機，主機中包括有激光器驅(qū)動電路、激光器，激光器驅(qū)動電路驅(qū)動激光器工作，激光器發(fā)射的激光經(jīng)一根單模光纖接入光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器具有多個輸出端，每個輸出端接有一根輸入單模光纖，多根輸入單模光纖引入煤礦中，每根輸入單模光纖的另一端接入一個瓦斯吸收池的輸入端，瓦斯吸收池的輸出端接有輸出單模光纖，所述的瓦斯吸收池包括有氣室，氣室的兩端分別設有輸入透鏡、輸出透鏡，從輸入單模光纖中出射的光經(jīng)輸入透鏡準直變?yōu)槠叫泄獯┻^氣室，由氣室另一端的輸出透鏡耦合到輸出單模光纖中，輸出單模光纖引出煤礦外，每根輸出單模光纖的另一端接入光電探測器的輸入端，各光電探測器的輸出端共同接入一個信號處理模塊，各光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號送至信號處理模塊進行平均、濾波、非線性擬合數(shù)據(jù)處理后得到煤礦中的瓦斯?jié)舛?，最終將結(jié)果通過通訊接口上傳到煤礦安全控制部門。所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于所述的光纖耦合器采用32路或16路光纖耦合器。所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于所述的通訊接口采用RS485或以太網(wǎng)接口。所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于所述的氣室的長度為5-lOcm。本發(fā)明的原理是考慮到本系統(tǒng)的使用環(huán)境需求多個探測點；每個探測點間距很大；探測點可移動等特點，采用光纖網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)來布置多個探測點，使用光纖耦合器進行32路(16路)分光，實現(xiàn)網(wǎng)絡狀32 (16)個探測點同時監(jiān)測。系統(tǒng)采用單模光纖作為探測光進入礦井的傳輸介質(zhì)，礦井部分全部為光纖，瓦斯吸收池等無電的部分，保證絕對的防爆安全。系統(tǒng)采用多路單獨探測方法，每一路單獨采用一個光電探測器進行測量，可實現(xiàn)每一個探測點的實時監(jiān)測，并且每條光路光學結(jié)構(gòu)都相對簡單，光學干涉容易優(yōu)化減小。
主機至于煤礦之外，主機中的激光器驅(qū)動模塊驅(qū)動激光器正常工作，并在中心波長1653nm處進行波長掃描，發(fā)射激光由單模光纖引入煤礦中，并經(jīng)過瓦斯吸收池，在其吸收峰處產(chǎn)生光強吸收，要求瓦斯吸收池穩(wěn)定，能夠長期保持正常工作狀態(tài)；瓦斯吸收池尺寸小巧，方便監(jiān)測點的移動，氣室的長度為5-lOcm ;要求瓦斯吸收池對探測光的損耗小，使得大部分探測光都能耦合進接收光纖，被充分利用；要求瓦斯吸收池盡量少的產(chǎn)生光學干涉。檢測后的激光經(jīng)透鏡匯聚耦合進光纖并被傳輸回煤礦外被光電探測器接受變?yōu)殡娦盘枺娦盘柦?jīng)過平均、濾波、非線性擬合等數(shù)據(jù)處理過程，可獲得煤礦中的瓦斯?jié)舛?，最終結(jié)果可通過RS485，以太網(wǎng)等接口上傳到煤礦安全控制部門。本發(fā)明的優(yōu)點是1，絕對防爆安全。儀器所有帶電部分均在煤礦外，只有光纖將弱激光引入井下探測，不會產(chǎn)生任何電火花。 2，響應時間短，靈敏度高。DFB激光器具有快速響應的特性，每次吸收峰掃描時間只需要毫秒量級，并且能夠連續(xù)工作，瓦斯?jié)舛鹊臋z測精度能達lOppm。3，能夠克服粉塵干擾。儀器依靠檢測吸收的諧波信號而非直接吸收光強信號的獲得氣體濃度，所以儀器對光強衰減有很強的容忍性，只需要光強達到正常工作光強的15%以上，儀器就能保持正常工作。4，維護方便。如果吸收池鏡片受粉塵或氣體液體污染了，只需要用干凈的軟紙直接擦拭即可。另外，儀器有很高的穩(wěn)定性，一般情況半年至一年從新定標一次即可。5，測量結(jié)果可靠。儀器實時監(jiān)測透過光強，如果光路出現(xiàn)異?；蛘呶粘乇徽趽鮾x器都能發(fā)出報警，保證了不會因為儀器出問題而得到錯誤的監(jiān)測濃度值。6，監(jiān)測點方便移動、組網(wǎng)。結(jié)合成熟的光纖技術(shù)，可方便的進行礦下組網(wǎng)與監(jiān)測點的移動。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的瓦斯吸收池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1、2所示，一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，包括有設置在煤礦外的主機，主機中包括有激光器驅(qū)動電路I、激光器2，激光器驅(qū)動電路I驅(qū)動激光器2工作，激光器2發(fā)射的激光經(jīng)一根單模光纖3接入32路光纖耦合器4的輸入端，光纖耦合器4具有多個輸出端，每個輸出端接有一根輸入單模光纖5,多根輸入單模光纖5引入煤礦中，每根輸入單模光纖5的另一端接入一個瓦斯吸收池6的輸入端，瓦斯吸收池6的輸出端接有輸出單模光纖7，瓦斯吸收池9包括有氣室10，氣室10的長度為8cm，氣室10的兩端分別設有輸入透鏡11、輸出透鏡12，從輸入單模光纖5中出射的光經(jīng)輸入透鏡11準直變?yōu)槠叫泄獯┻^氣室10,由氣室10另一端的輸出透鏡12 I禹合到輸出單模光纖7中,輸出單模光纖7引出煤礦外，每根輸出單模光纖7的另一端接入光電探測器8的輸入端，各光電探測器8的輸出端共同接入一個信號處理模塊9，各光電探測器8將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號送至信號處理模塊9進行平均、濾波、非線性擬合數(shù)據(jù)處理后得到煤礦中的瓦斯?jié)舛?，最終將結(jié)果通過采用RS485或以太網(wǎng)通訊接口上傳到煤礦安全
控制部門。
權(quán)利要求
1.一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于包括有設置在煤礦外的主機，主機中包括有激光器驅(qū)動電路、激光器，激光器驅(qū)動電路驅(qū)動激光器工作，激光器發(fā)射的激光經(jīng)一根單模光纖接入光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器具有多個輸出端，每個輸出端接有一根輸入單模光纖，多根輸入單模光纖引入煤礦中，每根輸入單模光纖的另一端接入一個瓦斯吸收池的輸入端，瓦斯吸收池的輸出端接有輸出單模光纖，所述的瓦斯吸收池包括有氣室，氣室的兩端分別設有輸入透鏡、輸出透鏡，從輸入單模光纖中出射的光經(jīng)輸入透鏡準直變?yōu)槠叫泄獯┻^氣室，由氣室另一端的輸出透鏡耦合到輸出單模光纖中，輸出單模光纖引出煤礦外，每根輸出單模光纖的另一端接入光電探測器的輸入端，各光電探測器的輸出端共同接入一個信號處理模塊，各光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號送至信號處理模塊進行平均、濾波、非線性擬合數(shù)據(jù)處理后得到煤礦中的瓦斯?jié)舛?，最終將結(jié)果通過通訊接口上傳到煤礦安全控制部門。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于所述的光纖耦合器采用32路或16路光纖耦合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于 所述的通訊接口采用RS485或以太網(wǎng)接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，其特征在于所述的氣室的長度為5-lOcm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路組網(wǎng)同時監(jiān)測煤礦瓦斯?jié)舛鹊南到y(tǒng)，包括有激光器，激光器驅(qū)動電路驅(qū)動激光器工作，激光器發(fā)射的激光經(jīng)一根單模光纖接入光纖耦合器的輸入端，光纖耦合器的每個輸出端接有一根輸入單模光纖，每根輸入單模光纖的另一端接入一個瓦斯吸收池的輸入端，瓦斯吸收池的輸出端接有輸出單模光纖，從輸入單模光纖中出射的光耦合到輸出單模光纖中，每根輸出單模光纖的另一端接入光電探測器的輸入端，各光電探測器的輸出端共同接入一個信號處理模塊，得到煤礦中的瓦斯?jié)舛?，最終將結(jié)果通過通訊接口上傳到煤礦安全控制部門。本發(fā)明絕對防爆安全、響應時間短、靈敏度高、能夠克服粉塵干擾、維護方便、測量結(jié)果可靠、監(jiān)測點方便移動、組網(wǎng)。
文檔編號G01N21/39GK102954949SQ20121041779
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者黃文平, 閻杰 申請人:安徽皖儀科技股份有限公司