一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统技术方案

本发明专利技术提供了一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统，属于煤田火区治理监测预警领域，包括供电模块、温度—气体检测模块、系统拓展模块、控制模块、无线通信模块以及远程在线监测预警模块。煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统改善了以往人工监测单次数据采集时间间隔长、效率低，以及难以对火区变化情况进行及时跟踪的问题，通过温度—气体检测模块可以实时观测孔内煤火态势气体浓度、温度等的变化趋势，利用无线通信模块将检测的所有参数实时传输给远程在线监测预警模块，进而对煤田火区灭火态势进行远程研判、预警，并实时存储煤火态势参数，达到煤火早发现、早治理的目标，提升煤火灾害监测和预警能力。提升煤火灾害监测和预警能力。提升煤火灾害监测和预警能力。

【技术实现步骤摘要】
一种煤田火区温度
—
气体远程在线检测与预警系统


[0001]本专利技术属于煤田火区治理监测预警领域，具体是一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统。

技术介绍

[0002]《煤田火灾灭火规范》规定煤田火区治理效果主要依靠对火区温度和CO等气体的变化进行分析。现有技术对煤田火区温度—气体检测还主要采用人工现场检测的方法。我国煤田火区一般都分布在人迹偏远的地区，且各火区之间间隔较远，这种监测方式单次数据采集时间间隔长(往往间隔几个月才能采集一次数据)、效率低，难以对火区变化情况进行及时跟踪。因此，亟需开发一种能够实现对煤田火区温度
‑
气体远程监测的装置与系统。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术的不足，本专利技术实施例要解决的技术问题是提供一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统，包括供电模块、温度—气体检测模块、系统拓展模块、控制模块、无线通信模块以及远程在线监测预警模块；所述供电模块用于在野外极端条件下为温度—气体检测模块、系统拓展模块、控制模块和无线通信模块持续供电；所述温度—气体检测模块用于实现对CO和C2H4气体浓度及钻孔温度同时检测；所述温度—气体检测模块包括钻孔温度测试部件、除尘部件、三级水蒸气干燥部件、气体管路、气体浓度测试部件以及装置机壳；所述钻孔温度测试部件用于直接对钻孔温度进行测量；所述除尘部件用于净化待测气体中的微小粉尘颗粒，以防止其堵塞气体管路；所述三级水蒸气干燥部件用于对将测气体进行干燥处理，以去除待测气体中的水蒸气；所述气体浓度测试部件用于对待测煤自燃气体的浓度进行检测；所述系统拓展模块用于实现装置内部设备运行环境的实时监测及温度调节；所述无线通信模块用于实现系统检测数据的远程传输并接收反馈的调节信号；所述远程在线监测预警模块用于通过无线通信模块以及控制模块实现对供电模块、温度—气体检测模块工作以及系统拓展模块的远程操控，实时显示包含钻孔煤火态势气体浓度、温度等参数的变化趋势，并会对超过阈值的气体浓度和温度进行报警；所述控制模块根据经由所述无线通信模块接收到的远程信号对所述供电模块、所述温度—气体检测模块以及所述系统拓展模块的工作状态进行调节；
[0006]所述气体浓度测试部件包括红外宽谱带光源、气体吸收池、主动可调谐的多通道窄带光学滤波器、光电探测器和信号处理元件，其中，所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器，为基于缺陷模式和导模共振实现的多通道超窄谱带光学滤波器，所述红外宽谱带光源，用于发射出含有C2H4、CO气体“指纹”特征检测波长和参考波长的宽谱带红外光谱，所述气体吸收池，用于对经由进气管路经加热散热部件进行温度调节后的待测煤自燃气体进行接收，并对所述红外宽谱带光源发射出的宽谱带红外光谱进行特征选择性吸收，所述光电
探测器，用于将接收到的光强信号转换成第一电信号U
ref
和U
CO
、通过锁相放大器对所述第一电信号进行锁相放大，所述信号处理元件，用于对所述第一电信号进行补偿解算，以获得CO气体的测量浓度以及获得C2H4气体的测量浓度经气体间交叉干扰分析后可第一次获得CO、C2H4气体的真实浓度c
CO
、
[0007]所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器经由电刺激改变滤波性能，将经滤波作用后的检测波长和参考波长经由所述光电探测器分别转化为第二电信号U'
ref
和U'
CO
、进行补偿解算获得CO气体的测量浓度以及获得C2H4气体的测量浓度经气体间交叉干扰分析后可第二次获得CO、C2H4气体的真实浓度c'
CO
、进而得出CO气体的最终检测浓度Δc
CO
＝(c
CO
+c'
CO
)/2，以及C2H4气体的最终检测浓度
[0008]作为本专利技术进一步的改进方案：所述供电模块包括外部发电部件以及温控蓄电池部件，所述温控蓄电池部件内部设有温控装置，所述温控装置用于实现温度控制，以保证在极热极寒天气下正常工作。
[0009]作为本专利技术进一步的改进方案：所述系统拓展模块包括大气压力检测部件、环境温度检测部件、环境湿度检测部件以及加热散热部件；
[0010]所述大气压力检测部件用于监测大气压力，所述环境温度检测部件用于监测环境温度，所述环境湿度检测部件用于监测环境湿度，所述加热散热部件用于在极端条件时调节装置内部的温度参数；
[0011]所述加热散热部件用于控制气流的进气温度，并通过调节气体管路、气体吸收池内的气流速度，进一步控制气体吸收池内的气体压力。
[0012]作为本专利技术再进一步的改进方案：所述信号处理元件基于比尔朗伯定律对探测到的“指纹”特征检测波长和参考波长的电信号进行反演解算，以获得待测煤自燃气体浓度的测量值，所述解算公式如下：
[0013][0014]式中，I
α
、I
β
是无待测气体时的电流响应，R
α
、R
β
是系统相关常数，C
α
、C
β
是探测器响应系数，K为气体吸收池内气流温度，L为气体吸收光程，以上参数针对气体检测模块为恒定常量；U
α
、U
β
是经锁相放大后的参考电压和检测电压，可根据两个电压参数的比值得到待测气体的测量浓度；进行单组分煤自燃气体浓度检测时，测量浓度即为待测气体的真实浓度多组分煤自燃气体浓度检测时，对各煤自燃气体的测量浓度进行交叉干扰分析，可得各待测气体的真实浓度。
[0015]作为本专利技术再进一步的改进方案：所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器通过电刺激控制多通道窄带光学滤波器中相变材料相态的方式对其滤波特性进行主动调谐，通过相变材料进行相态转换，提高检测准确：实现一种气体在两种不同检测和参考波长下光强信号的获取，进而远程实现待测煤自燃气体浓度的两次检测浓度并求取均值，可提高检测结果的准确性。
[0016]作为本专利技术再进一步的改进方案：所述无线通信模块选用2G/3G/4G网络，以解决不同发火情况下的检测次数问题：无发火情况下以24次/天的采集频率正常工作，在不同发火情况下可对采集频率进行调节。
[0017]作为本专利技术再进一步的改进方案：所述远程在线监测预警模块基于Java平台和MySQL数据库构建。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术所述的煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统，改善了以往人工监测单次数据采集时间间隔长、效率低，引起难以对火区变化情况进行及时跟踪的问题，通过温度—气体检测模块可以实时观测孔煤火态势气体浓度、温度等的变化趋势，利用无线通信模块将检测的所有参数实时传输给远程在线监测预警模块，进而对煤田火区灭火发展态势进行远程研判、预警，并实时存储煤火态势本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统，其特征在于，包括供电模块、温度—气体检测模块、系统拓展模块、控制模块、无线通信模块以及远程在线监测预警模块；所述供电模块用于在野外极端条件下为温度—气体检测模块、系统拓展模块、控制模块和无线通信模块持续供电；其中，所述温度—气体检测模块用于实现对CO和C2H4气体浓度及钻孔温度同时检测；所述温度—气体检测模块包括钻孔温度测试部件、除尘部件、三级水蒸气干燥部件、气体管路、气体浓度测试部件以及装置机壳，所述钻孔温度测试部件用于直接对钻孔温度进行测量，所述除尘部件用于净化待测气体中的微小粉尘颗粒，以防止其堵塞气体管路，所述三级水蒸气干燥部件用于对待测气体干燥处理，以去除待测气体中的水蒸气，所述气体浓度测试部件用于对煤自燃态势研判气体浓度进行检测；所述系统拓展模块用于实现装置内部设备运行环境的实时监测及温度调节；所述无线通信模块用于实现系统检测数据的远程传输并接收反馈的调节信号；所述远程在线监测预警模块用于通过无线通信模块以及控制模块实现对供电模块、温度—气体检测模块工作以及系统拓展模块的远程操控，实时显示包含钻孔煤火态势气体浓度、温度等参数的变化趋势，并会对超过阈值的气体浓度和温度进行报警；所述控制模块根据经由所述无线通信模块接收到的远程信号对所述供电模块、所述温度—气体检测模块以及所述系统拓展模块的工作状态进行调节；所述气体浓度测试部件包括红外宽谱带光源、气体吸收池、主动可调谐的多通道窄带光学滤波器、光电探测器和信号处理元件；其中，所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器，为基于缺陷模式和导模共振实现的多通道超窄谱带光学滤波器；所述红外宽谱带光源用于发射出含有C2H4、CO气体“指纹”特征检测波长和参考波长的宽谱带红外光谱；所述气体吸收池用于对经由进气管路经加热散热部件进行温度调节后的煤自燃态势研判气体接收，并对所述红外宽谱带光源发射出的宽谱带红外光谱进行特征选择性吸收；所述光电探测器用于将接收到的光强信号转换成第一电信号U
ref
和U
CO
、通过锁相放大器对所述第一电信号进行锁相放大；所述信号处理元件用于对所述第一电信号进行补偿解算，以获得CO气体的测量浓度以及获得C2H4气体的测量浓度经气体间交叉干扰分析后可第一次获得CO、C2H4气体的真实浓度c
CO
、所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器经由电刺激改变滤波性能，将经滤波作用后的检测波长和参考波长经由所述光电探测器分别转化为第二电信号U
′
ref
和U'
CO
、进行补偿解算获得CO气体的测量浓度以及获得C2H4气体的测量浓度经气体间交叉干扰分析后...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲晓星，周昆，徐永刚，邵振鲁，候飞，王建涛，曹威虎，朱迪，孙希贤，秦波涛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：