光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，包括光纤光源、光电传感器、信号数据处理系统、多芯传输光纤光缆、光纤光源分束器、标定参考光源通道、若干环境监测光源通道；标定参考光源通道与环境监测光源通道包括光纤光源发射头、光束会聚透镜、光纤接收头、角反射器；光纤光源的发射光经多芯传输光纤光缆传输至光纤光源分束器，经分束后分别导入标定参考光源通道及若干环境监测光源通道；标定参考光源、环境监测光源通过光纤光源发射头输出，被角反射器反射沿入射光路反射返回至光束会聚透镜，经汇聚耦合到光纤接收头，再经多芯传输光纤光缆输出至光电传感器及与其相连的信号数据处理系统，对隧道烟雾、空气质量的实时监控预警。

Optical system of optical fiber type tunnel space environment lampblack monitor

The invention discloses a fiber type gas fume tunnel space environment monitor optical system, including optical fiber light source, photoelectric sensor, signal processing system, data transmission source multi core optical fiber cable, optical fiber splitter, light source calibration reference channel, some environmental monitoring source channel; channel calibration reference light source and environmental monitoring light channel comprises a fiber source emitter, beam converging lens, the optical fiber receiving head, corner reflector; the light emitted by the light source optical fiber core transmission optical fiber cable transmission to the optical beam splitter, respectively after beam splitting into calibration reference light channel and a number of environmental monitoring light emitter output channel; through the optical fiber light source calibration reference light source, light source of environmental monitoring that was the corner reflector, along the way back to the incident light beam focusing lens, the convergence is coupled to the optical fiber receiving head Then, through multi core optical fiber cable transmission output to the photoelectric sensor is connected with the signal data processing system, real-time monitoring and early warning of tunnel smoke, air quality.

【技术实现步骤摘要】
光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统
本专利技术涉及油烟气体监测光学仪器设备领域，特别是涉及一种适合铁道、公路、江河海底等长隧道空间环境油烟气体光学监测仪光路系统设计。
技术介绍
随着交通运输事业朝着便利快捷方向发展，高铁、高速公路、江河海底隧道等长型、超长型隧道建设使用规模越来越大，特别如大西南公路铁路隧道、江底隧道与近海隧道的建设使用，给物质流通及人们的出行带来了极大的方便，人们在享受安全舒适、快捷便利的交通出行的同时，安全防范意识在大步提升，特别世界各国在经历了一次次大小事故之后，隧道安全预警、监控问题被提到前所未有新高度，隧道安全防范除对地震裂缝、滑坡、泥石流等自然灾害进行实时监测预警外，特别对一些常见重大人为事故如火灾、烟雾、有毒气体泄露等进行实时监控预警更显至关重要。常规的室内火灾烟雾探测报警技术系统，是在隧道顶部分布一些烟雾探测传感器，用电线电缆将传感器探测信号链接到隧道监控中心监视室监控，一旦隧道产生烟雾发生火灾，扩散到达传感器的烟雾达一定浓度值时，传感器烟雾信号推动火灾报警系统进行报警。由于此类探测器灵敏度低、反应时间慢，且在隧道空间布置的数量有限，除对一些重大火灾进行报警，不能在烟雾浓度较低的火灾初始阶段即不能于火灾发生前进行预警，也不能对一些无色无烟但毒害性很大的化学气体进行监测预警，安全预警效果并不理想，不能满足对隧道安全进行实时监控预警需求。因此亟需提供一种新型的隧道安全监控预警装置来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，能够对隧道空间环境中油烟气体含量、碳氢化合物浓度等空气质量进行实时监控、预警。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，包括安装在隧道外部监控室的光纤光源、光电传感器、信号数据处理系统、安装在隧道内的光纤光源分束器、标定参考光源通道、若干环境监测光源通道、以及连接隧道内部与外部监控室的多芯传输光纤光缆；标定参考光源通道与环境监测光源通道均由光学接收-发射头、角反射器组成，光学接收-发射头包括光纤光源发射头、光束会聚透镜、光纤接收头；光纤光源的发射光通过多芯传输光纤光缆传输至光纤光源分束器，被光纤光源分束器分束后分别引入标定参考光源通道及若干环境监测光源通道；标定参考光源、环境监测光源分别通过光纤光源发射头输出，被角反射器反射后沿入射光路返回至光束会聚透镜，经光束会聚透镜汇聚耦合到光纤接收头，再经多芯传输光纤光缆输出至光电传感器转换为光电信号，所述光电信号传输至信号数据处理系统。在本专利技术一个较佳实施例中，标定参考光源通道还包括标定用封闭空间管网，其包括若干相互串接的中空管，标定参考光发射头与角反射器分别置于中空管的两端。标定用封闭空间管网为标定光纤光源光谱功率值，及被监测环境的背景参考光用封闭清洁空间。进一步的，标定用封闭空间管网安装固定在隧道平直光滑路段侧墙上方，与环境监测光源通道的传输光纤光缆平行。在本专利技术一个较佳实施例中，光纤光源分束器与标定参考光源通道及若干环境监测光源通道的光纤光源发射头分别通过传输光纤相连。在本专利技术一个较佳实施例中，光纤光源发射头为带尾纤与光学准直器的光纤光源发射头，尾纤通过一连接器与传输光纤连接。在本专利技术一个较佳实施例中，多芯传输光纤光缆的每根传输光纤光缆的一端分别与标定参考光源通道、若干环境监测光源通道的光纤接收头相连，另一端分别与对应标定参考光源通道、若干环境监测光源通道的光电传感器相连。标定参考光源通道及每个环境监测光源通道均有各自的传输光纤。进一步的，根据隧道内环境需求，光纤光源分束器为两路或多路分束，每路光束分光比值相同或不同。进一步的，光电传感器包括光电探测器、光谱仪。在本专利技术一个较佳实施例中，对于超过20km长的隧道通过分段设点布置的方式，串接或并接若干所述光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统对隧道进行监控。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用全光纤光学系统设计，光能、信号传输均采用光纤光缆技术，将监测光源发射与接收通过光纤光缆进行隧道与外部监控室的信号链接，由于光纤光缆传输光能信号损耗小，抗干扰能力强，传输距离远，对于长度为几千米、十几千米内的隧道，监测系统完全可以实现无中继站运行，而对于几十千米、几百千米超长隧道，既可以将监测信号通过光纤光缆传输到隧道终端地面，由地面中央监控室统一集中监控，也可由隧道内置预留的道间监控室分散监控，从而实现全隧道的全方位24小时实时监控预警；(2)本专利技术监测光束穿过隧道空间，被隧道空间环境中油烟气体、碳氢化合物等吸收，运用光学光功率谱吸收技术方法，实时检测光束光谱功率数值变化量，对此数据进行分析处理，从而获得隧道空间环境中油烟气体或有毒有害化合物的成分含量、浓度分布信息，为隧道安全预报预警提供依据，完成隧道空间环境油烟气体成分、含量浓度分布的数据显示、信息输出及预警预报；(3)本专利技术将光纤光源、光电接收、数据处理等大型带电设备安装在离隧道口较远的地面监控室安全场所，避免监控仪器设备等占用隧道宝贵的空间，同时也给仪器操作监控、维护保养等带来极大方便，由于光纤监测系统没有将电源电线引入隧道，避免了监测仪器设备给隧道增添次生不安全因素；(4)光纤型光学仪器设备结构简单，费用低，使用寿命长，安全可靠，使用维护方便。附图说明图1是本专利技术光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统一较佳实施例的结构示意图；附图中各部件的标记如下：1、光纤光源调制驱动模块，2、光纤光源，3、多芯传输光纤光缆，4、光纤光源分束器，5、传输光纤，6、监测光发射头，7、被监测环境空间，8、角反射器，9、光束会聚透镜，10、监测光光纤接收头，11、光电传感器，12，标定参考光发射头，13，标定用封闭空间管网，14、标定参考光光纤接收头，15、信号数据处理系统，16、标定参考光源通道，17、环境监测光源通道。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，本专利技术实施例包括：一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，包括安装在隧道外部隧道中央监控室内的光纤光源调制驱动模块1、光纤光源2、光电传感器11、信号数据处理系统15、安装在隧道内的光纤光源分束器4、标定参考光源通道16、若干环境监测光源通道17、以及连接隧道内部与外部监控室的多芯传输光纤光缆3，标定参考光源通道16用于所述光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪的校准，用于光纤光源2及被监测环境背景光的修定；环境监测光源通道17则用于隧道空间环境油烟气体、化合物浓度的监测。标定参考光源通道16与环境监测光源通道17均由光学接收-发射头、角反射器8组成，光学接收-发射头包括光纤光源发射头、光束会聚透镜9、光纤接收头。标定参考光源通道16还包括标定用封闭空间管网13，标定用封闭空间管网13为光纤光源2及监测环境背景标定用封闭的环境空气清洁的空间管网，其包括若干相互串接的中空管，标定参考光发射头12与角反射器8分别置于中空管的两端。光纤光源调制驱动模块1为光纤光源2提供电力驱动，光纤光源2为光纤输出的隧道监测用光源。光电传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，其特征在于，包括安装在隧道外部监控室的光纤光源、光电传感器、信号数据处理系统、安装在隧道内的光纤光源分束器、标定参考光源通道、若干环境监测光源通道、以及连接隧道内部与外部监控室的多芯传输光纤光缆；标定参考光源通道与环境监测光源通道均由光学接收‑发射头、角反射器组成，光学接收‑发射头包括光纤光源发射头、光束会聚透镜、光纤接收头；光纤光源的发射光通过多芯传输光纤光缆传输至光纤光源分束器，被光纤光源分束器分束后分别引入标定参考光源通道及若干环境监测光源通道；标定参考光源、环境监测光源分别通过光纤光源发射头输出，被角反射器反射后沿入射光路返回至光束会聚透镜，经光束会聚透镜汇聚耦合到光纤接收头，再经多芯传输光纤光缆输出至光电传感器转换为光电信号，所述光电信号传输至信号数据处理系统。

【技术特征摘要】
1.一种光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，其特征在于，包括安装在隧道外部监控室的光纤光源、光电传感器、信号数据处理系统、安装在隧道内的光纤光源分束器、标定参考光源通道、若干环境监测光源通道、以及连接隧道内部与外部监控室的多芯传输光纤光缆；标定参考光源通道与环境监测光源通道均由光学接收-发射头、角反射器组成，光学接收-发射头包括光纤光源发射头、光束会聚透镜、光纤接收头；光纤光源的发射光通过多芯传输光纤光缆传输至光纤光源分束器，被光纤光源分束器分束后分别引入标定参考光源通道及若干环境监测光源通道；标定参考光源、环境监测光源分别通过光纤光源发射头输出，被角反射器反射后沿入射光路返回至光束会聚透镜，经光束会聚透镜汇聚耦合到光纤接收头，再经多芯传输光纤光缆输出至光电传感器转换为光电信号，所述光电信号传输至信号数据处理系统。2.根据权利要求1所述的光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，其特征在于，标定参考光源通道还包括标定用封闭的环境空气清洁的空间管网，其包括若干相互串接的中空管，标定参考光源发射头与角反射器分别置于中空管的两端。3.根据权利要求2所述的光纤型隧道空间环境油烟气体监测仪光学系统，其特征在于，标定用封闭空间管网...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小龙，左昌余，洪宇，王进祖，冯进文，陈庆华，张莉，刘琼，
申请(专利权)人：安徽庆宇光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34