布里渊‑拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种布里渊‑拉曼融合的矿井支护墙温度及应变检测装置。本实用新型专利技术包括DFB激光器光源、LD激光光源、电光调制器、掺铒光纤放大器、两个环形器、三个光开关、三个分束器以及直接检测模块输出端、相干检测模块、数据采集卡、计算机。本实用新型专利技术可以同时实现井下沿传感光纤铺设方向上温度和压力的实时检测。

【技术实现步骤摘要】
布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测装置
本技术涉及一种矿井支护墙检测装置，尤其是涉及一种布里-渊拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测装置。
技术介绍
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位，约占70%。从目前我国能源现状、经济发展水平和世界能源格局来看，在相当长的时间内，我国以煤炭为主要能源消费结构的格局难以改变。据2015年数据显示，虽然我国的煤炭产量占到世界煤炭产量的47%。然而，我国煤矿生产以及检测设备相对落后且管理不规范，传统的矿井安全检测装置由于布线繁琐、易受干扰、易被腐蚀等原因，无法实现大范围分布式安全检测，因此无法对矿井坍塌、煤炭自燃等险情进行及时有效地预警，致使我国煤矿事故死亡人数在世界所有产煤国家中也是高居榜首。其中，由于支护墙压力过大造成的坍塌事件及温度过高造成的煤炭自燃事件最为常见，所占比例是造成矿井停产事故总和的93%以上。上述问题，尚无便捷有效的方法解决。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本技术的目的在于提供一种布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测方法及装置。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本技术中的DFB激光光源与第一分束器输入端连接，第一分束器分出的两束光一束接电光调制器输入端，另一束接第三分束器一个输入端；电光调制器输出端接第二分束器输入端，第二分束器分出的两束光一束接扰偏器输入端，另一束通过偏压自动控制装置，偏压自动控制装置控制电光调制器；扰偏器输出端接第一光开关一个输入端，LD激光光源接入第一光开关另一个输入端，第一光开关输出端接第一环形器输入端，第一环形器的一路输出接第三光开关输入端，另一路接第二光开关输入端；第三光开关与传感光纤的两个端口相连；第二光开关的一个输出端接直接检测模块，另一个输出端经过掺铒光纤放大器后接第二环形器输入端；第二环形器的一路输出端接光纤光栅滤波器，另一路输出端接第三分束器另一个输入端；第三分束器的输出端接相干检测模块输入端，直接检测模块输出端、相干检测模块输出端接数据采集卡的不同通道，数据采集卡将数据传给计算机。所述的传感光纤在矿井巷道内铺设时采用的是双端铺设、双端采集的方式，即传感光纤的两个端口都接在装置上，通过第三光开关切换传感光纤的两个输入/输出端口，实现双端入射和双端采集；传感光纤的中间传感部分用黏合剂分别固定在巷道两侧的支护墙表面，并且两个固定点之间的光纤呈拉紧状态，根据每个作业巷道的预掘进距离，预留出相应长度的光纤捆，随着作业巷道的掘进进行铺设。与
技术介绍
相比，本技术的有益效果是：1.本技术中的一种布里渊-拉曼融合的矿井支护墙压力温度检测装置可以同时实现井下沿传感光纤铺设方向上温度和压力的实时检测。2.装置中的传感器和信号传输介质是同一根光纤，布线简单方便，且具有光纤的抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。3.传感光纤采用的黏合剂固定的方式，铺设固定简单，可跟随巷道的掘进实现跟踪检测。4.由于传感光纤是连续的，在光纤铺设范围内可实现大范围分布式检测。5.传感光纤相比于传统的电学式传感器在矿井下是本安防爆的，可以避免因电火花引发的瓦斯爆炸事故。6.由于采用了双端铺设、双端采集的安装方式，且两个端口可以独立工作，即使传感光纤中间出现断裂，装置仍然可以通过两个端口分别检测断裂位置两端传感光纤上的温度和应变信息，并检测出光纤断裂位置。附图说明图1是本技术装置结构示意图；图2是矿井巷道及传感光纤铺设方式示意图；图3是矿井巷道及传感光纤位置截面图；图4是传感光纤在矿井巷道支护墙表面的固定方式示意图；图5是传感光纤断裂位置示意图。具体实施方式如图1所示，本技术中采用DFB高性能激光光源作为布里渊传感的泵浦光源，发出连续稳定的激光，第一分束器将激光器发出的光分成两部分，一部分用作检测时的参考光，另一部分被电光调制器调制成脉冲光；被调制后的脉冲光送入第二分束器，第二分束器将该脉冲光又分成两部分，一部分通过扰偏器后被送入第一光开关，另一部分接入偏压自动控制装置，偏压自动控制装置通过检测第二分束器分出的光来控制电光调制器，使电光调制器的输出满足布里渊传感的要求；同时另一高速脉冲激光光源LD（拉曼传感光源）直接接入第一光开关；第一光开关的输出端接第一环形器的输入端，第一环形器的两个输出端分别接第三光开关和第二光开关的输入端；第三光开关的两个输出端接传感光纤的两个端口；第二光开关的两个输出端一个接掺铒光纤放大器，另一个接直接检测模块；掺铒光纤放大器的输出接第二环形器的输入，第二环形器的两个输出一个接光纤光栅滤波器，另一个输出和第一分束器分出的90%的连续光接入第三分束器的两个输入；第三分束器的输出接相干检测模块；数据采集卡的两个通道分别和直接检测模块、相干检测模块连接，计算机和数据采集卡相连。如图1中虚线框内的部分即为布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测装置的组成结构。如图2、图3和图4中所示，为矿井巷道内支护墙上传感光纤的铺设示意图，1为布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度应变检测装置，放置在地表；2为铠装单模传感光纤；3为开矿处的地表；4为矿井入口；5为待采煤区；6为矿井下巷道；7为铠装单模光纤捆；8为传感光纤黏合固定装置；9为矿井巷道支护墙。从图3和图4可以看出，传感光纤是通过黏合固定装置安装在巷道两侧支护墙的表面，呈拉紧状态。从图2中可以看出，整根传感光纤两个端口都接在检测装置上，中间连续部分用作传感和信号传输，并且在每一个巷道分支内，都有一个铠装单模光纤捆7，在采煤过程中，可以随掘进随铺设传感光纤，实现跟踪监测。如图5所示，为传感光纤中间出现断裂时的示意图，当光纤在位置C处出现断裂，由于C的两端分别和传感光纤的端口A和端口B相连，信号仍然可以通过不同的端口分别到达断裂位置C处，装置仍可以检测整根传感光纤上的温度和应变信息，并检测出C距离两个端口A、端口B的距离，根据光纤包层上的信息就可以确定C的具体位置。本技术的工作过程如下：当第一光开关打开高速脉冲光源LD（拉曼传感光源）与第一环形器之间的通道，关闭扰偏器与第一环形器之间的通道时，第二光开关同时打开第一环形器与直接检测模块之间的通道，关闭第一环形器与掺铒光纤放大器之间的通道，此时，第三光开关需要完成一次两个通道的切换，通道切换的时间间隔为第一光开关和第二光开关通道切换时间间隔的一半；拉曼传感光源的脉冲光第一次从传感光纤的A端注入传感光纤，并将从A端反射回来的信号通过环形器第三光开关、第一环形器和第二光开关送入直接检测模块；第三光开关切换通道之后，拉曼传感光源将从传感光纤的B端口注入，并将从B端口反射回来的信号通过第三光开关、第一环形器和第二光开关送入直接检测模块；此时，第一光开关、第二光开关、第三光开关同时切换通道，通过扰偏器后的布里渊传感的光源通过第一光开关注入到第一环形器中，并通过第三光开关注入到传感光纤的A端口，由A端口反射回来的信号通过第三关开关、第一环形器和第二光开关被送入掺铒光纤放大器，紧接着进入第二环形器和光纤光栅滤波器，滤除无用的散射信号后经第二环形器和由第一分束器分出来的参考光同时通过第三分束器发生干涉，干涉信号进入相干检测模块；第三光开关切换通道之后，光源发出的脉冲光通过传感光纤的B端口注入本文档来自技高网...

【技术保护点】
布里渊‑拉曼融合的矿井支护墙温度及应变检测装置，其特在于：该装置中的DFB激光光源与第一分束器输入端连接，第一分束器分出的两束光一束接电光调制器输入端，另一束接第三分束器一个输入端；电光调制器输出端接第二分束器输入端，第二分束器分出的两束光一束接扰偏器输入端，另一束通过偏压自动控制装置，偏压自动控制装置控制电光调制器；扰偏器输出端接第一光开关一个输入端，LD激光光源接入第一光开关另一个输入端，第一光开关输出端接第一环形器输入端，第一环形器的一路输出接第三光开关输入端，另一路接第二光开关输入端；第三光开关与传感光纤的两个端口相连；第二光开关的一个输出端接直接检测模块，另一个输出端经过掺铒光纤放大器后接第二环形器输入端；第二环形器的一路输出端接光纤光栅滤波器，另一路输出端接第三分束器另一个输入端；第三分束器的输出端接相干检测模块输入端，直接检测模块输出端、相干检测模块输出端接数据采集卡的不同通道，数据采集卡将数据传给计算机；所述的传感光纤在矿井巷道内铺设时采用的是双端铺设、双端采集的方式，即传感光纤的两个端口都接在装置上，通过第三光开关切换传感光纤的两个输入/输出端口，实现双端入射和双端采集；传感光纤的中间传感部分用黏合剂分别固定在巷道两侧的支护墙表面，并且两个固定点之间的光纤呈拉紧状态，根据每个作业巷道的预掘进距离，预留出相应长度的光纤捆，随着作业巷道的掘进进行铺设。...

【技术特征摘要】
1.布里渊-拉曼融合的矿井支护墙温度及应变检测装置，其特在于：该装置中的DFB激光光源与第一分束器输入端连接，第一分束器分出的两束光一束接电光调制器输入端，另一束接第三分束器一个输入端；电光调制器输出端接第二分束器输入端，第二分束器分出的两束光一束接扰偏器输入端，另一束通过偏压自动控制装置，偏压自动控制装置控制电光调制器；扰偏器输出端接第一光开关一个输入端，LD激光光源接入第一光开关另一个输入端，第一光开关输出端接第一环形器输入端，第一环形器的一路输出接第三光开关输入端，另一路接第二光开关输入端；第三光开关与传感光纤的两个端口相连；第二光开关的一个输出端接直接检测模块，另一个输出端经过掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽国，胡佳成，王梓鉴，罗亮，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33