CN103424360A - 分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统 - Google Patents

分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统 Download PDF

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Abstract

分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度监测系统涉及光纤传感在煤及非煤矿山、油库石化易燃易爆、有毒有害气体安全监测领域应用。本发明针对甲烷或硫化氢或一氧化碳或二氧化碳或烃烷类油气采取不同波长激光的光纤气体浓度传感系统检测被测气体浓度,取代催化燃烧式、红外式传感器。将一套置于分站内的光纤传感调制激光经光分路器、光缆分别传输到处于监控现场2~32个光纤气体浓度传感终端,再将被测气体干涉光回传分站分析处理,一支光经光纤回传传感终端显示,另一支转为电信号分站显示、报警及上传,实现一套系统集控若干光纤传感终端。分站到各传感终端距离可数百米到十千米,传输光缆及传感终端全光非电本质安全。

Description

分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统
技术领域:
本发明专利涉及光纤传感技术在煤矿矿井、非煤矿山开采冶炼、油库洞库油罐、石油炼化行业等作业环境存在的各类易燃易爆、有毒有害气体浓度安全检测监控领域的应用。
背景技术:
当前国内外,无论煤矿矿井甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)气体监测、非煤矿山开采、冶炼一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、油库洞库油罐烃、烷类汽、柴油气混合气体、石油炼化行业CH4、CO、CO2、H2S等作业环境存在的易燃易爆、有毒有害气体、浓度检测基本采取催化燃烧式传感器及红外式传感器。催化燃烧式传感器直接通电工作、温度高(400~500℃)、受环境温度湿度影响大、每周需调校、传感器中的催化元件易中毒失效、使用寿命不超过12个月;红外式传感器受环境温度湿度影响大,工作不稳定、无法准确报警、通常做辅助定性监测使用。该两类传感器都需通电且耗电量大。
通常矿井安全监控系统由井上监控中心到井下若干监控分站(以下简称:分站)再延伸到各工作现场的众多各类监控传感器三级组成。井下分站到井上监控中心、分站到各监控点传感器之间的电力及信号通过电缆/光缆传输,所有部分均要求防爆、本质安全。
受制于防火防爆规范要求,必须限制分站向各传感器输出电量总量。以煤矿井下分站为例,一分站通常仅可输出两路常规瓦斯(主要是甲烷)气体监测传感器,极大限制监测布控点数量;对于油库、洞库,由于担心传统电传感器本身及输电和信号电缆漏电起火,也严格限制传感器的广泛布点应用。
鉴于传统传感器本身技术缺陷、布控点限制,造成监控不到位,国内煤矿瓦斯爆炸、石油储存、炼化企业多有大型火灾发生,非煤矿山有毒有害气体毒害等恶性事故、给生命及财产造成极大损失。
光纤传感是近十年发展起来的新兴技术。甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、烃烷类气体等不同有机、无机气体对不同特定波长激光具有吸收作用,且随浓度变化而呈线性变化,这些在光纤传感实验室内已经被认证。将光纤气体浓度传感技术应用于实际环境、消除作业现场环境的温度、湿度、粉尘影响而精确、稳定、可靠监测报警,组成本质安全,性价比好可广泛应用的光纤传感器系统,是当今新技术应用的重要课题。
发明内容:
本发明采用光纤传感技术,针对不同气体采用不同波长激光调制、分析处理系统,将特定气体浓度检测光源光路模块、电路模块以及光分路器等辅助设备安置于防爆的井下分站内,光路模块产生的特定波长调制激光经由光分路器输出,通过传输光纤(光缆)分别、循环通入数百米外监控现场的、分处不同监测点的、各自独立的2~32个终端光纤气体浓度传感器的开放式检测气体气室,气室采取透镜反射器传送光信号,而后将经被测气体吸收过的激光经由返回光纤(光缆)传输回分站内的光分路器再进入光纤气体监控系统的光路、电路模块进行分析处理、并转换为电信号,系统将检测到的数据信号上传、就地显示及存储等,以及再通过光纤(光缆)发送到终端光纤气体浓度传感器显示、报警,从而实现一套安置在分站的光纤传感分析系统、集控处于监控现场的若干个终端光纤气体浓度传感器、对处于监测现场的、上述各类易燃易爆、有毒有害气体浓度进行实时、准确、快捷地监测、分析、上传、报警。
本发明采用光纤气体浓度传感器监控系统取代传统催化燃烧式传感器和红外式传感器监控系统,并且由一套光电系统集控若干个独立的光纤气体传感器终端,形成新一代光纤甲烷(或一氧化碳、或硫化氢、或二氧化碳、或柴、汽油)气体浓度检测系统。
分站集控式光纤气体浓度传感器系统具有测量精度高、响应速度快、工作稳定,传感器本身全光非电、本质安全,低能耗、调校周期长、一套系统可同时监测分处不同位置的2~32个终端光纤气体你的传感器,整个系统使用维护方便、使用寿命达5年以上、性价比好等优点,是替代传统催化燃烧式、红外式传感器的本质安全、技术先进的新一代产品。
本发明由:安置在分站内的一套集控激光传感光源调制、分析光路模块、电路模块、2~32路光分路器、电源模块、信号设置、信号分析、信号传输、数据分析显示/报警、存储软硬件系统,安置在监测现场不同位置监测点的若干个(2、4、8、16、32个可选)各自独立工作的光纤气体浓度传感器以及分站与各光纤气体浓度传感器之间光信号传输的光纤(光缆)组成。
其特征是:将光纤传感系统的光模块、电模块安置在集控分站内,光纤传感器本体安置在监控现场,二者间采用光纤(光缆)联接,完全非电信号传输,一套分站集控2~32套各自独立的光纤气体传感器,大大增加易燃易爆有毒有害气体传感监测点的设置密度、提高监测的可靠性、安全性,同时降低整套光纤传感器系统的成本,提高煤矿瓦斯监控可靠性和安全性、减轻非煤矿山有毒有害气体对人员的伤害,对油库洞库储油罐及管道、石油炼化环境油气泄漏监测、提前火灾报警,从而避免人员伤亡和重大灾害,保证安全生产。
附图说明:
下面结合附图和实施方式对本专利进一步说明。
图1是分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统图。
图2是分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统的一个光纤气体浓度传感器终端图。
图中,1.光纤气体浓度传感器系统光路模块,2.光分路器,3.光纤(缆),4.光纤气体浓度传感器终端(2~32个),5.分站电源输入接口,6.分站电源模块,7.分站集控模块,8.其他物理量检测系统模块,9.本安分站机箱,10.集控分站接其他物理量监测系统传感器的电源/信号缆,11.分站内部电源/信号线,12.分站监控数据显示系统,13.光纤气体浓度传感器终端壳,14.终端光纤气体浓度显示/报警器,15.光纤气体浓度传感器。
具体实施方式:
图1中,(9)为处于井下本质安全的监控分站机箱,(6)为分站电源模块,为分站内部设备提供电源,(7)为分站集控器,负责集控处理分站管理的各类传感监测系统数据设定、数据向监控中心数据上传、下达及报警,(8)为除光纤气体浓度监测系统外的其他物理量监控系统模块,(10)为集控分站接其他物理量监测系统传感器的电源/信号缆;(11)为集控分站集控器与光纤气体浓度监测系统之间的电源/信号线缆;
光纤气体浓度传感系统的光路、电路模块(1),向分站电源模块(6)取电并为激光光源供电,激光发生并调制,然后发送到光分路器(2),特定波长激光再由光分路器(2)分别地、循环地、经数百米的光缆(3)向处于监控现场的各光纤气体浓度传感器终端(4)发送。
图2中,监测环境的被测气体透入光纤气体浓度传感器终端(4)的传感器(15)的开放式气室。经由光分路器(2)的激光进入到光纤气体传感器终端(4),传输入光纤气体浓度传感器(15),激光在传感器(15)的开放式气室的若干个透镜反射器间传输,并被被测气体吸收影响,激光再经由光缆(3)内的返回光纤传输回分站内的光分路器(2)、再进入光纤气体监控系统的光路、电路模块(1)进行分析处理、并转换为电信号,系统将检测到的数据信号就地数字化显示及存储等、并上传分站监控器(7)、最终传输到地面监控中心。
与此同时,光纤气体传感监测系统还将判别检测到的气体浓度信号再通过光缆(3)的信号显示光纤发送到终端(4)的光纤气体浓度显示报警器(14)的激光灯进行被测气体浓度显示、报警。
光分路器(2)按系统预先设定的一定时间间隔、循环地将激光分别通过各自光缆发送到各个光纤传感器终端进行特定气体浓度监测、再将被监测气体干涉过的激光送系统光路电路模块分析处理,同时还将被测气体监测情况送现场、光纤传感器终端显示及报警。
从而实现一套安置在分站的光纤传感分析系统、集控处于监控现场的若干个终端光纤气体浓度传感器、对处于监测现场的、上述各类易燃易爆、有毒有害气体浓度进行实时、准确、快捷地监测、分析、上传、报警。
光缆(3)由数根光纤组成,其中两根光纤形成气体浓度检测光回路,一根光纤作光纤气体传感系统监测信号传输,实现监测现场传感器终端(4)气体浓度数值显示/报警,以及若干根备用光纤。
如果井下作业不慎将某一条光缆损伤造成光路短路,则处于集控分站内的光纤气体传感系统将会检测到,并作该光路断路报警。
本发明针对不同气体(或甲烷气体或硫化氢气体或一氧化碳气体或二氧化硫气体或二氧化碳气体或一氧化氮气体或烃烷类油气)采用不同波长激光调制、分析处理系统,将特定气体浓度检测光源光路模块、电路模块以及光分路器等辅助设备安置于防爆的井下分站内,通过光纤光缆对处于监测现场的2~32个光纤气体传感终端对特定气体进行您的监测,从而实现对不同气体浓度监测报警。
本发明的光纤传感器终端到集控分站的距离可根据现场情况从数百米到数千米之远均可,距离远近不影响信号传输及最终检测精度和响应时间。

Claims (10)

1.分站集控式光纤传感易燃易爆、有毒有害气体浓度检测系统由一套安置在集控分站机箱内的光纤传感光路、电路系统,和安放在监测现场的若干个(2~32)光纤气体浓度传感器终端以及集控分站到各光纤气体浓度传感器终端之间的多芯光缆组成。
2.光纤气体浓度传感光路、电路系统向集控分站电源取电、由一套激光发生器发出针对不同被测气体的特定波长激光、经调制后再经过光分路器分别、循环地通过传输光缆向距集控分站数百至数千米的、处于监测现场的若干个独立的光纤气体传感器终端发送检测激光,激光在光纤气体传感器终端的开放式气室内被被测气体干涉影响后、再经由传输光缆返回到集控分站内的光分路器进入光纤传感监测系统的光路、电路系统进行被测气体浓度集控分析处理,并转换为被测气体浓度电信号输出给分站集控器、进而向地面监控中心传输及储存,同时在集控分站显示/报警器上显示被测气体浓度数值及报警。
3.与此同时,处于集控分站内的光纤气体传感监测系统将监测到的各个光纤气体传感器终端的被测气体浓度数值光信号通过传输光缆内的信号显示光纤、再分别传输到处于监测现场的各个光纤气体传感器终端的光纤气体浓度显示/报警器进行光显示及报警。
4.处于监测现场的各个光纤气体传感器终端的气体浓度监测、显示及报警是全声光、非电、本质安全的。
5.集控分站分别通到各个光纤气体浓度传感器终端的光缆内起码有三根光纤,其中两根光纤作为气体检测信号光回路,一根为集控分站内的光纤气体监测系统将监测到的各个光纤气体传感器的被测气体浓度数值的光信号通过该根光纤传输到光纤气体浓度传感器终端进行气体浓度显示/报警用。
6.光纤气体浓度传感监测报警数值可在集控分站的光纤传感系统设定、记忆及更改。
7.如果光路系统、包括:光分路器、信号传输光缆、光纤气体传感器终端的光路发生断路,则光纤气体传感系统能够自行、适时检测发现并发出光路断路故障报警信号以便及时通知维修处理。
8.该分站集控式光纤传感易燃易爆、有毒有害气体浓度检测系统根据不同气体如:甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、烃烷类汽油柴油混合气体分别采取不同激光器、产生不同波长激光、通过相同传输处理方法达到对不同气体浓度的监测,但其从集控分站到监测现场的光纤传感器终端的结构及传输模式、监测、显示及报警方式是一致的,光纤传感系统对被测气体浓度监测范围从0~100%。
9.光纤气体浓度传感检测系统激光器产生、并经调制后的特定波长激光可以是均匀发射的激光,也可以是脉冲激光;可以是波长调制激光,也可以是光强调制激光。
10.从集控分站到监控现场的各光纤传感器终端的距离可以根据需要、从数百米最多到十千米之远,其间由传输光缆连接,距离远近不影响传感系统气体浓度检测精度和响应时间。
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