一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统，包括感温光缆、若干分布式测温装置，若干气体检测装置、报警器，环网接入器和控制模块。感温光缆和分布式测温装置的输入端连接，分布式测温装置、气体检测装置和控制模块均连接至工业环网中，控制模块的输出端与报警器连接，分布式测温装置和气体检测装置的数据通过环网接入器进行数据上传；控制模块设置在地面工作站中，负责监测数据显示，记录，存储，分析和报警。可以利用光纤对于煤矿采空区进行温度、气体的实时监测，可以监测采空区从起火到灭火的整个过程，可以检测采空区是否发生气体泄漏，并且对于井下工人进行及时预警，避免由此造成的巨大损失。

A distributed optical fiber early warning system based on temperature field

The utility model discloses an early warning system based on distributed optical fiber monitoring of temperature field, which comprises a temperature sensing optical cable, a number of distributed temperature measuring devices, a number of gas detection devices, an alarm, a ring network access device and a control module. The temperature sensing optical cable is connected with the input end of the distributed temperature measuring device. The distributed temperature measuring device, gas detection device and control module are all connected to the industrial ring network. The output end of the control module is connected with the alarm. The data of the distributed temperature measuring device and gas detection device are uploaded through the ring network connector. The control module is set in the ground workstation and is responsible for monitoring data display , record, store, analyze and alarm. Optical fiber can be used for real-time monitoring of temperature and gas in the goaf of coal mine. It can monitor the whole process of goaf from fire to fire-fighting. It can detect whether there is gas leakage in the goaf. It can also give early warning to the underground workers in time to avoid the huge losses caused.

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统
本技术属于火灾监测
，具体涉及一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统。
技术介绍
我国是矿业大国，在矿业发展迅猛的今天，矿山安全问题也日益突出和显露出来，尤其是煤矿火灾频发问题。目前煤矿的火灾预警监测系统主要由传统线型感温探测系统与束管监测系统结合工作，无法对起火位置进行实时定位，且在矿山井下这种复杂多变的环境下，传统感温探测系统无法实时监测煤矿起火情况，束管系统则易发生漏气使得火灾测量结果不准确。
技术实现思路
针对现有煤矿火灾预警监测系统的缺陷与不足，本技术提出了一种实时监测及数据采集处理煤矿火灾预警监测系统，可以进行远程监测并及时报警。为达到上述目的，本技术所述一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统包括感温光缆、若干分布式测温装置，若干气体检测装置、报警器，环网接入器和控制模块，感温光缆和分布式测温装置的输入端连接，分布式测温装置、气体检测装置、控制模块和报警器通过工业环网连接。进一步的，分布式测温装置用于采集温度信号并将温度信号传递至控制模块，气体检测装置用于采集气体浓度信号，并将气体浓度信号传递至控制模块，控制模块用于根据温度信号判断是否起火以及起火点的位置，根据气体浓度信号判断是否发生气体泄漏。进一步的，分布式测温装置包括脉冲激光器和多模传感光纤，脉冲激光器和波分复用装置的输入端连接，多模传感光纤和波分复用装置双向连接，波分复用装置的输出端与第一光电探测器和第二光电探测器的输入端连接，第一光电探测器的输出端和第一信号放大装置的输入端连接，第二光电探测器的输出端和第二信号放大装置的输入端连接，脉冲激光器、第一信号放大装置和第二信号放大装置的输出端均和第二数据采集卡的输入端连接，第二数据采集卡的输出端和控制模块的输入端连接；多模传感光纤和感温光缆连接。进一步的，脉冲激光器用于产生窄脉宽光脉冲信号并传递至多模传感光纤；多模传感光纤用于传导窄脉宽光脉冲信号，使其与感温光缆物质分子产生非弹性碰撞，发生能量交换，产生后向拉曼散射光；波分复用装置用于将多模传感光纤传导的后向拉曼散射光滤出反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光，并将反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光分别耦合至第一光电探测器和第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器分别用于将反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光转换为电信号，并将电信号分别传递至第一放大器和第二放大器；第一放大器和第二放大器均用于将接收到的电信号进行放大，并传递至第一数据采集卡；第一数据采集卡用于将采集到的电信号转换为数字信号。进一步的，气体检测装置包括驱动模块，驱动模块的输出端和分布式反馈激光器的输入端连接，分布式反馈激光器通过单模光纤和第一耦合连接器的输入端连接，第一耦合连接器的输出端通过光子晶体光纤和第二耦合连接器的输入端连接，第二耦合连接器的输出端和第三光电探测器的输入端连接，第三光电探测器的输出端和第三信号放大装置的输入端连接，第三信号放大装置的输出端与第二数据采集卡的输入端连接，第二数据采集卡的输入端和控制模块的输入端连接；其中，第一耦合连接器和第二耦合连接器设置在气室中。进一步的，驱动模块用于控制分布式反馈激光器电流与温度；分布式反馈激光器用于发射激光；单模光纤用于传导分布式反馈激光器发射的激光信号；光子晶体光纤用于与待监测气体充分接触，使得激光通过这段光纤就会产生相应气体浓度的衰减，从而测出气体浓度；第一耦合连接器和第二耦合连接器用于连接单模光纤与光子晶体光纤；第三光电探测器用于将激光信号转换为电信号，并将电信号发送至第三信号放大装置；第三信号放大装置用于对接收到的电信号进行放大；第二数据采集卡用于对第三信号放大装置放大后的电信号进行采集。进一步的，气体检测装置布置在工作面通风巷道内，相邻的每隔50m布置一个。进一步的，感温光缆设置在工作面通风巷道内，并延伸至开采矿物或岩石的工作地点。进一步的，工业环网的通信协议采用TCP/IP协议。与现有技术相比，本技术至少具有以下有益的技术效果，目前的火灾预警监测系统主要是传统线型感温探测系统结合束管监测系统，无法对起火位置进行实时定位，而光纤分布式监测系统可以对地下煤矿内部进行实时监测并对起火位置进行准确定位。该监测预警系统采取现场气体检测装置，避免了传统探测系统的漏气带来的危险，可以有效地指导防治火灾的行动，保证工作人员安全。本系统利用光纤对于煤矿采空区进行温度、气体的实时监测，可以监测采空区从起火到灭火的整个过程，同时可以检测采空区是否发生气体泄漏，并且对于井下工人进行及时预警，避免由此造成的巨大损失。温度、气体监测系统的结合，还可以在可在回采过程中连续监测，而不需要等整个工作面采完后再对采空区进行监测。附图说明图1为光纤温度、多种气体监测系统拓扑结构；图2为实施例1的光纤分布式测温装置示意图；图3为气体监测系统示意；图4为实施例2的光纤分布式测温装置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。实施例1光纤灵敏度高、精度高，本质安全，可适用于地下煤矿等恶劣环境的信息传递。光纤传感器工作原理是：光源产生的光线经光导纤维进入光传感元件，在光传感元件中受到周围环境场的影响而发生变化，随后再进入光调制机构，由光调制机构将传感元件所检测得到的参数调制成幅度、偏振等信息，这一过程也称为光电转换过程，最后利用频谱仪进行信号处理。参照图1，一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统包括感温光缆、若干分布式测温装置，若干气体检测装置、报警器，环网接入器和控制模块。感温光缆和分布式测温装置的输入端连接，分布式测温装置的输出端和第一环网接入器的输入端连接，第一环网接入器、第二环网接入器和第二环网接入器均连接至工业环网，气体检测装置的输出端和第二环网接入器的输入端连接，第二环网接入器的输出端和控制模块的输入端连接，控制模块为计算机，计算机通过第三环网接入器接入工业环网，报警器接入工业环网中，工业环网的通信协议采用标准的TCP/IP协议，分布式测温装置和气体检测装置的数据通过环网接入器进行数据上传；感温光缆设在巷道内，并延伸到直接开采矿物或岩石的工作地点，随着采掘进度而向前铺设，进行对于采空区的实时温度监测。分布式测温装置、气体检测装置、第一环网接入器、第二环网接入器和报警器均设置在地下矿井中；控制模块设置在地面工作站中，负责监测数据显示，记录，存储，分析和报警。当检测到的温度值或气体浓度值大于其对应的阈值时，控制模块驱动报警器及时发出警报，进行人员疏散并向工作站发出报警信号，及时获得地面救援。计算机中安装有地面监控软件，地面监控软件使用山东省科学院激光研究所研制的煤矿采空区光纤温度、多种气体在线监测系统该系统可以实时监测是否发生火灾与有毒气体泄漏。(1)分布式测温装置介绍。参照图2，分布式测温装置包括脉冲激光器Laser、多模传感光纤MMF、波分复用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统，其特征在于，包括感温光缆、分布式测温装置、若干气体检测装置、报警器，环网接入器和控制模块，感温光缆和分布式测温装置的输入端连接，分布式测温装置、气体检测装置、控制模块和报警器通过环网接入器接入工业环网；其中，所述分布式测温装置用于采集温度信号并将温度信号传递至控制模块；所述气体检测装置用于采集气体浓度信号，并将气体浓度信号传递至控制模块；所述控制模块用于根据采集到的温度信号得到温度值，并将温度值和温度阈值进行比较，若温度大于温度阈值则控制报警器报警；所述控制模块还用于根据气体浓度信号得到气体浓度值，并对气体浓度值和气体浓度阈值进行比较，若气体浓度大于浓度阈值则控制报警器报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统，其特征在于，包括感温光缆、分布式测温装置、若干气体检测装置、报警器，环网接入器和控制模块，感温光缆和分布式测温装置的输入端连接，分布式测温装置、气体检测装置、控制模块和报警器通过环网接入器接入工业环网；其中，所述分布式测温装置用于采集温度信号并将温度信号传递至控制模块；所述气体检测装置用于采集气体浓度信号，并将气体浓度信号传递至控制模块；所述控制模块用于根据采集到的温度信号得到温度值，并将温度值和温度阈值进行比较，若温度大于温度阈值则控制报警器报警；所述控制模块还用于根据气体浓度信号得到气体浓度值，并对气体浓度值和气体浓度阈值进行比较，若气体浓度大于浓度阈值则控制报警器报警。2.根据权利要求1所述的一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统，其特征在于，所述分布式测温装置包括脉冲激光器和多模传感光纤，所述脉冲激光器和波分复用装置的输入端连接，所述多模传感光纤和波分复用装置双向连接，所述波分复用装置的输出端与第一光电探测器和第二光电探测器的输入端连接，所述第一光电探测器的输出端和第一信号放大装置的输入端连接，所述第二光电探测器的输出端和第二信号放大装置的输入端连接，所述脉冲激光器、第一信号放大装置和第二信号放大装置的输出端均和第二数据采集卡的输入端连接，所述第二数据采集卡的输出端和控制模块的输入端连接；所述多模传感光纤和感温光缆连接。3.根据权利要求2所述的一种基于温度场分布式光纤监测的预警系统，其特征在于，所述脉冲激光器用于产生窄脉宽光脉冲信号并传递至多模传感光纤；所述多模传感光纤用于传导窄脉宽光脉冲信号，使窄脉宽光脉冲信号与感温光缆物质分子产生非弹性碰撞，发生能量交换，产生后向拉曼散射光；所述波分复用装置用于将多模传感光纤传导的后向拉曼散射光滤出反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光，并将反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光分别耦合至第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一光电探测器和第二光电探测器分别用于将反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光转换为电信号，并将电信号分别传递至第一放大器和第二放大器；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵力行，姜程程，任钊，赵华应，郭宪立，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61