CN103883353A - 一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，涉及激光气体探测领域。本发明使用传感器探头，设置在安全控制中心室的激光检测主机，以及监控上位机组成；其中传感器探头包括纯无源光信号报警装置，纯无源光信号报警装置直接将可见光报警信号显示在传感探头所对的墙面上，可见光报警信号来自传感器探头所连接激光监测主机。本发明填补了分布式激光气体探测技术纯无源报警装置的空白，具有成本低，易推广，安全性高的特点，广泛适用于激光气体探测领域。

Description

一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其是一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置。

背景技术

目前公知煤矿使用的甲烷传感器普遍是一个气敏气体感元件，一体式且有源带电，一旦气敏气体感元件损坏整台设备报废失去预警报警功能，给煤矿安全生产带来极大障碍。倘若因此发生燃烧或爆炸，那将是极其重大的安全事故，对社会安定以及人类进步也会造成巨大的影响。煤矿瓦斯是可燃、可爆气体的总称，其主要成分是甲烷，约占瓦斯总量的83%-89%，在采煤过程中，瓦斯主要从煤层、岩层、采空区中释放出来，以及在生产过程中产生。甲烷是天然气、沼气以及可燃液体的主要成分，是无色无味的气体，难溶于水，性质比较稳定，难以检测，甲烷在大气中的爆炸上限为15.0%，下限为5.3%。在重特大安全事故和死亡人数方面煤矿瓦斯事故均达到70%以上，因此，在煤矿安全生产治理中，煤矿瓦斯治理成为治理的核心，对瓦斯浓度进行检测是有效预防煤矿瓦斯事故的关键所在。

根据检测原理，可以将煤矿的瓦斯检测仪器分为：(1)气相色谱法：该法取样复杂，需要专门的技术人员进行操作和维护、易中毒，不能实时检测。(2)电化学法：测量头化学成份与甲烷气体发生反应，利用产生电流反映甲烷的浓度值，此方法气体选择性差、需要定期标定且寿命一般为2年。(3) 热导型 ：通过热导原理制成的气体检测仪器，是根据所测气体与空气之间的热导率之差进而达到检测气体浓度的目的。将待测气体注入气室，气室中有铂丝、钨丝等热敏原件，将热敏元件进行加热，达到一定温度后，如果待测气体的导热性能比较高，那么通过热敏元件散热，使得热敏元件的阻值减少，基于惠斯通电桥原理，感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧，感应电阻的阻值随温度发生变化，反映可燃气体浓度情况，这种传感器灵敏度较低且对其他可燃气体敏感，准确性不高。(4) 气敏半导体型：在特定温度下，利用某些金属氧化物能够吸附不同气体，进而引发电阻率发生变化。近年来，在瓦斯检测设备方面，气敏半导体型瓦斯监测仪得到迅速发展。利用被测气体的吸附作用改变半导体的电导率，通过测量电流的变化来确定还原性气体的数量，这类传感器制作工艺简单，但选择性差，稳定性差且灵敏度不高。(5) 光干涉型：根据光波在不同介质中的传播速度不同制成瓦斯检测仪器，利用光波在空气和瓦斯中产生的光程差产生移动的干涉条纹进而检测瓦斯浓度。让从同一光源发出的两束光线分别通过充有空气的气室和充有待测气体的气室后，经折射后两束光线再相遇将产生干涉条纹。由于瓦斯浓度不同，那么出现干涉条纹的位置就会有所不同，然后按照干涉条纹的位置检测瓦斯的浓度。利用甲烷与空气对光的折射率差异形成光程差，利用光干涉原理实现甲烷的测量，此类系统对其他气体敏感，测量时需要对被测气体进行分离，费时、费力、性价比较低且系统校正复杂。(6) 红外气体吸收型：利用不同气体对红外辐射存在着不同的吸收光谱，根据吸收强度和气体浓度的关系完成瓦斯浓度的监测。红外吸收型气体监测仪器通常由白炽灯或红外LED辐射源、气室、滤光片（选择波长的装置），选用半导体红外检测器，采用负滤光红外分析技术，实时分析被测气中甲烷浓度。

本发明为适应当前煤矿安全的要求，它提供世界先进水平的光纤气体传感技术，有灵敏度较高，响应速度快，抗温度、湿度等环境干扰能力强，该激光瓦斯传感器为无源探测、现场纯无源光报警，光纤长距离传输光信号，能方便放置于煤矿井下各个工作区域，它是目前最有用途和接近于实用化的一种光纤传输分布式激光瓦斯气体纯无源报警传感器。本产品广泛应用于煤矿“迎头”高瓦斯危险部位、通风口、回采工作面和掘进工作区域。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是，提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，能够实现现场纯无源探测、纯无源光报警，不会产生由于电信号导致的爆炸等危险，最大限度的减少了安全隐患节点，光纤长距离传输光信号，检测主机放置在安全区，不会产生由于电信号导致的爆炸等危险，同时能够快速实现对瓦斯气体泄漏的判断，并显示于分布式激光检测主机及监测上位机系统，当瓦斯气体浓度超出报警值时能够实现现场光报警，适应煤矿生产现场的要求。  

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，包括：传感器探头、设置在安全控制中心室的激光检测主机以及监控上位机，所述传感器探头还包括第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头及第四传感器探头；

所述传感器探头包括悬挂装置、纯无源报警装置、探头气室和光纤法兰接口；

所述传感器探头均安装在煤矿井下“迎头”高瓦斯危险部位、通风口、回采工作面和掘进工作区域上；

所述第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头及第四传感器探头分别通过光缆连接设置在安全控制中心室的激光检测主机；

所述的光缆传输光信号距离可达十公里；

所述检测主机通过网线连接设置在井上安全区的监控上位机的网口。

为解决上述技术问题，本发明提供的另一种技术方案是：提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，包括：

光谱信息获取，将所述激光信号激发，光路控制激光光束；

所述激光光束，其中，所述激光光束的光路经过光缆传输，到传感器探头；

接收经过可燃气体检测区的激光光束，得到目标激光信号；

分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定瓦斯气体检测区是否有瓦斯泄漏，并在判定有瓦斯气体泄漏的情况下根据相应传感器探头确定瓦斯气体泄漏的位置范围及现场光报警。

具体的，显示控制将浓度显示于显示屏。

所述传感器探头包括纯无源报警装置，纯无源报警装置直接将可见光报警信号显示在传感探头的报警灯，可见光报警信号来自传感器探头所连接激光监测主机，可见光报警信号的强度取决于激光检测主机所发出的可见光强度和可见光在光纤中传播所做的衰减，经过大量实验本装置可以完成同一根光纤传播传感器探头探测信号和回传可见光报警信号，传播距离为10公里，可见光种类为红光。

（三）有益效果

区别于背景技术，本发明提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，设置了分布式激光瓦斯浓度传感器探头，由于检测主机可通过光缆拨接4个纯无源传感探头，使得一台检测主机同时满载4个纯无源感知传感器探头，成本低，效率高。本发明主要通过无源传感器探头和检测主机光纤连接传输光信号，使得感知速度1-2s、寿命长、标定周期长，光纤连接最大距离可达十公里。传感器探头通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机，且激光光柱是无源探测体，实现现场感知传感器探头不带电，纯无源光报警，实现现场光报警功能，工作面不带电，预警时自动现场红光闪烁报警，可以做到完全纯无源设备，快速准确地实现甲烷泄漏的无源探测。完全符合煤矿巷道应用中检测的需求。

附图说明

图1是本发明一实施方式中分布式激光瓦斯纯无源报警监测系统的结构示意图；

图2是本发明分布式激光瓦斯纯无源报警监测系统传感器探头结构示意图；

图3是本发明一实施方式中分布式激光瓦斯纯无源报警监测系统的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合图1至图3和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。请参阅图1，本实施方式提供了一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，包括：传感器探头1、设置在安全控制中心室的激光检测主机2以及监控上位机3，所述传感器探头1还包括第一传感器探头1、第二传感器探头7、第三传感器探头8及第四传感器探头9。所述第一传感器探头1、第二传感器探头7、第三传感器探头8及第四传感器探头9分别通过光缆4连接设置在安全控制中心室的激光检测主机2，所述的光缆4传输光信号距离可达十公里。所述检测主机2通过网线5连接设置在井上11安全区的监控上位机3的网口。

请参阅图2，所述传感器探头1包括悬挂装置12、纯无源报警装置13、探头气室15和光纤法兰接口14，所述传感器探头1均安装在煤矿井下10“迎头”高瓦斯危险部位、通风口、回采工作面和掘进工作区域6上，所述的探头气室15上装有探头防护层和探头防尘罩，光纤法兰接口14上连接有铠装光缆4。插上铠装光缆4井下10传感器探头1进行工作。

请参阅图3，本实施方式提供一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，该方法起始于步骤S401，检测主机2发射激光信号，光谱信息获取，将所述激光信号激发，光路控制激光光束。

步骤S402，所述激光光束，其中，所述激光光束的光路经过光缆传输，到传感器探头1。

步骤S403，接收经过可燃气体检测区6的激光光束，得到目标激光信号。当探头气室15中出现甲烷气体时（甲烷气体在空气中自然扩散入探头气室），探头气室15上准直器件将探测到的浓度激光信号通过光纤法兰接口接入光缆4传回检测主机2。

步骤S404，检测主机2用TDLAS技术（TDLAS是Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy的简称。中文翻译：可调谐半导体激光吸收光谱）分析接收到的光信号的光谱变化，分析所述目标激光信号的光谱，根据目标激光信号的光谱变化判定可燃气体检测区是否有天然气泄漏，并在判定有可燃气体泄漏的情况下根据相应传感器探头确定可燃气体泄漏的位置范围及现场光报警。

步骤S405，具体的，甲烷浓度超出报警值时，检测主机2和监控上位机3发出报警信号，通过光缆将激光浓度报警信号传送到探头内纯无源报警装置13，传感器探头1报警灯将发出红光闪烁报警信号，显示控制将浓度显示于检测主机2显示屏。工作人员依据报警信号采取安全措施。

在本实施方式中，激光瓦斯传感器探头通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机，应用激光传感器探头无源探测、可靠性高、寿命长的优势，进入监控区域（即可燃气体检测区）的激光传感器探头均不带电，应用激光无源探测、可靠性高、寿命长的优势，传感器探头纯无源红光报警实现现场光报警功能，可以做到完全无源设备，测试距离也均在十公里左右。完全符合煤矿巷道应用中检测的需求，能够解决背景技术中提到的问题。本领技术人员应该理解的是，其他类似的大型场所的可燃气体检测均可应用本发明的技术方案，还可以广泛的应用在厂矿企业、大型油田油库等需要重点加强监控、防范等所有室内外环境。当然对于其他需要监测的气体如CO，SO₂等，也可根据本发明的思想进行变换，属于本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (3)

1.一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，包括：传感器探头、设置在安全控制中心室的激光检测主机以及监控上位机，所述传感器探头还包括第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头及第四传感器探头；

所述传感器探头包括悬挂装置、纯无源报警装置、探头气室和光纤法兰接口，所述传感器探头均安装在煤矿井下“迎头”高瓦斯危险部位、通风口、回采工作面和掘进工作区域上；

所述第一传感器探头、第二传感器探头、第三传感器探头及第四传感器探头分别通过光缆连接设置在安全控制中心室的激光检测主机，所述的光缆传输光信号距离可达十公里；

所述检测主机通过网线连接设置在井上安全区的监控上位机的网口；

所述传感器探头包括纯无源报警装置，纯无源报警装置直接将可见光报警信号显示在传感探头的报警灯，可见光报警信号来自传感器探头所连接激光监测主机，可见光报警信号的强度取决于激光检测主机所发出的可见光强度和可见光在光纤中传播所做的衰减，经过大量实验本装置可以完成同一根光纤传播传感器探头探测信号和回传可见光报警信号，传播距离为10公里，可见光种类为红光。

2.根据权利要求1所述的一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，其结构特征在于设置了分布式激光瓦斯浓度传感器探头，由于检测主机可通过光缆拨接4个纯无源传感探头，使得一台检测主机同时满载4个纯无源感知传感器探头，成本低，效率高。

3.根据权利要求1所述的一种分布式激光瓦斯纯无源报警监测装置，其特征在于本发明主要通过无源传感器探头和检测主机光纤连接传输光信号，使得感知速度1-2s、寿命长、标定周期长，光纤连接最大距离可达十公里；传感器探头通过光缆连接设置在安全区内激发激光信号的检测主机，且激光光柱是无源探测体，实现现场感知传感器探头不带电，纯无源光报警，实现现场光报警功能，工作面不带电，预警时自动现场红光闪烁报警，可以做到完全纯无源设备，快速准确地实现甲烷泄漏的无源探测。

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