CN108106761A - 一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法，属于光纤传感与电气安全工程交叉领域，具体涉及一种用于矿井及其它易燃易爆场所电气设备开盖超前预控装置及预控方法。本发明是为了解决现有的防止违规操作电气设备盒盖的技术存在的不足，所述预控装置包括盒盖、销钉、盒体、应力传感器部分、弹性横梁及其固定端、光纤法兰接头、螺栓、电气设备顶板和信号检测仪，应力传感器部分用于探测违规操作电气设备盒盖引起的应力变化，信号检测仪用于检测应力变化引起的反射峰值波长漂移，整套装置可以实现对操作电气设备盒盖行为的超前预控。适用于煤矿等易燃易爆环境，具有可靠性高、本质安全、抗电磁干扰、安装方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感与电气安全工程交叉领域，具体涉及一种用于矿井及其它易燃易爆场所的电气设备开盖超前预控装置及预控方法。
背景技术
煤矿井下作业中，人员带电检修等违章操作时有发生，这些情况极易造成触电事故，甚至产生电火花引起瓦斯爆炸。《煤矿安全规程》规定：“井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线，非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备，采区电工不得擅自打开采区变电所电气设备进行修理”。尽管有健全的煤矿安全制度，但是从技术装备上依然很难完全保证以上条款的贯彻落实，一些员工忽视安全规定，违规操作，给煤矿生产带来极大的安全隐患，煤矿企业中因此发生过多起机电伤亡及瓦斯爆炸事故。为了避免类似事故的发生，煤矿电气设备亟需从技术上采取解决措施，从根本上杜绝上述人为因素所造成的事故，以确保煤矿井下的安全生产，但当前的解决措施或存在操作不便、或不能超前预控、或难以做到本质安全。
发明内容
本发明提出一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法，其目的在于解决现有防止违规操作电气设备盒盖技术存在的不足。公开一种全新的超前预控方案，设计一套光纤光栅超前预控装置，适用于煤矿等易燃易爆环境，具有可靠性高、本质安全、抗电磁干扰、安装方便且使用寿命长，后期维护成本低等优点。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种基于光纤光栅的超前预控装置，包括顶部带有盒盖1的盒体3、通过一对弹性横梁固定端9水平固定在盒体3两相对内壁之间的弹性横梁8以及设置在弹性横梁8和盒盖1之间的应力传感器部分；所述应力传感器部分包括水平设置的支撑杆底板4、顺次连接在支撑杆底板4一侧的支撑杆5、支撑杆顶片6以及传感光纤7；所述传感光纤7上刻有光纤光栅的部分与支撑杆顶片6紧贴，二者之间存在有预应力；盒盖1下表面和弹性横梁8的上表面之间构成一对安装面，所述传感光纤7和支撑杆底板4分别固定于这一对安装面上且传感光纤7的两端均伸出盒体3相对的两个侧壁；传感光纤的一端连接有信号检测仪13；盒盖1与盒体3通过销钉2连接，盒体3的底部固定在电气设备顶板12上。
作为一种优选方式：应力传感器部分上置：支撑杆底板4采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于弹性横梁8上面，支撑杆5下端固定于支撑杆底板4上，支撑杆顶片6固定于支撑杆5上端，传感光纤7水平铺设在盒盖1的下表面并与盒盖1紧贴，通过两端的光纤法兰接头10固定在横梁固定端9上；其中一个光纤法兰接头10的一端连接信号检测仪13。
作为一种优选方式：应力传感器部分下置：支撑杆底板4采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于盒盖1下面，支撑杆5上端固定于支撑杆底板4上，支撑杆5下端悬挂支撑杆顶片6，传感光纤7水平铺设在弹性横梁8的上表面并与弹性横梁8紧贴，通过两端的光纤法兰接头10固定在横梁固定端9上；其中一个光纤法兰接头10的一端连接信号检测仪13。
一种基于光纤光栅的超前预控方法，采用本发明所述的装置来实现，按照如下的步骤进行：
步骤一：倘若有人违规操作电气设备盒盖，试图拆下销钉2，触动或取下盒盖1，此时传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力发生变化或消失；
步骤二：传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力变化将导致光栅周期或有效折射率的变化，从而产生反射峰值波长漂移；
步骤三：通过信号检测仪13检测反射峰值波长的漂移，即可获得传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力变化情况，进而即可判断是否有操作电气设备盒盖的行为。
本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法与传统基于电学信号动作传感器比较优点在于：
Ⅰ.利用光纤光栅应力传感器，通过光信号检测应力变化，具备本质安全特性；
Ⅱ.铺设方便，检测灵敏度更高，适用于长距离的电气设备操作的安全监测。
附图说明
图1是本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法所述预控装置的一种结构剖面示意图；
图2 是本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法所述预控装置的另一种结构剖面示意图；
图3是本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法所述预控装置取下盒盖后的俯视示意图；
其中：1、盒盖，2、销钉，3、盒体，4支撑杆底板，5、支撑杆，6、支撑杆顶片，7、传感光纤，8、弹性横梁， 9、弹性横梁固定端，10、光纤法兰接头，11、螺栓，12、电气设备顶板，13、信号检测仪。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，是本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置的一种布置方式剖视图，该装置由盒盖1、销钉2、盒体3、支撑杆底板4、支撑杆5、支撑杆顶片6、传感光纤7、弹性横梁8、横梁固定端9、光纤法兰接头10、螺栓11、电气设备顶板12和信号检测仪13组成，盒盖1通过销钉2固定于盒体3顶部，弹性横梁8通过横梁固定端9固定在盒体3上，盒体3和电气设备顶板12通过螺栓11固定在一起，支撑杆底板4采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于弹性横梁8上面，支撑杆5下端固定于支撑杆底板4上，支撑杆顶片6固定于支撑杆5上端，传感光纤7水平铺设在盒盖1的下表面并与盒盖1紧贴，通过两端的光纤法兰接头10固定在横梁固定端9上，传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6紧贴，二者之间存在有预应力，光纤法兰接头10的一端连接信号检测仪13。附图3主要是为了说明螺栓11和弹性横梁8不在同一垂直平面内，方便正常情况下安装和拆卸该装置。
实施例2
如图2所示，是本发明一种基于光纤光栅的超前预控装置及预控方法所述的预控装置的另一种剖视图，该装置由盒盖1、销钉2、盒体3、支撑杆底板4、支撑杆5、支撑杆顶片6、传感光纤7、弹性横梁8、横梁固定端9、光纤法兰接头10、螺栓11、电气设备顶板12和信号检测仪13组成，盒盖1通过销钉2固定于盒体3顶部，弹性横梁8通过横梁固定端9固定在盒体3上，盒体3和电气设备顶板12通过螺栓11固定在一起，支撑杆底板4采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于盒盖1下面，支撑杆5上端固定于支撑杆底板4上，支撑杆5下端悬挂支撑杆顶片6，传感光纤7水平铺设在弹性横梁8的上表面并与弹性横梁8紧贴，通过两端的光纤法兰接头10固定在横梁固定端9上，传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6紧贴，二者之间存在有预应力，光纤法兰接头10的一端连接信号检测仪13。附图3主要是为了说明螺栓11和弹性横梁8不在同一垂直平面内，方便正常情况下安装和拆卸该装置。
实施例3
利用实施例1或者实施例2中的基于光纤光栅的超前预控装置实现光纤光栅的超前预控方法。
步骤一：倘若有人违规操作电气设备盒盖，试图拆下销钉2，触动或取下盒盖1，此时传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力发生变化或消失；
步骤二：传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力变化将导致光栅周期或有效折射率的变化,从而产生反射峰值波长漂移；
步骤三：通过信号检测仪13检测反射峰值波长的漂移,即可获得传感光纤7上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片6之间的应力变化情况，进而即可判断是否有操作电气设备盒盖的行为。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体方式的组合同样也可以实现发明的目的。
Claims (6)
1.一种基于光纤光栅的超前预控装置，其特征在于，包括顶部带有盒盖（1）的盒体（3）、通过一对弹性横梁固定端（9）水平固定在盒体（3）两相对内壁之间的弹性横梁（8）以及设置在弹性横梁（8）和盒盖（1）之间的应力传感器部分；所述应力传感器部分包括水平设置的支撑杆底板（4）、顺次连接在支撑杆底板（4）一侧的支撑杆（5）、支撑杆顶片（6）以及传感光纤（7）；所述传感光纤（7）上刻有光纤光栅的部分与支撑杆顶片（6）紧贴，二者之间存在有预应力；盒盖（1）下表面和弹性横梁（8）的上表面之间构成一对安装面，所述传感光纤（7）和支撑杆底板（4）分别固定于这一对安装面上且传感光纤（7）的两端均伸出盒体（3）相对的两个侧壁；传感光纤的一端连接有信号检测仪（13）；盒盖（1）与盒体（3）通过销钉（2）连接，盒体（3）的底部固定在电气设备顶板（12）上。
2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的超前预控装置，其特征在于，应力传感器部分上置：支撑杆底板（4）采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于弹性横梁（8）上面，支撑杆（5）下端固定于支撑杆底板（4）上，支撑杆顶片（6）固定于支撑杆（5）上端，传感光纤（7）水平铺设在盒盖（1）的下表面并与盒盖（1）紧贴，传感光纤（7）通过两端的光纤法兰接头（10）固定在横梁固定端（9）上；其中一个光纤法兰接头（10）的一端连接信号检测仪（13）。
3.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的超前预控装置，其特征在于，应力传感器部分下置：支撑杆底板（4）采用瞬干胶粘接或螺钉固定的方式固定于盒盖（1）下面，支撑杆（5）上端固定于支撑杆底板（4）上，支撑杆（5）下端悬挂支撑杆顶片（6），传感光纤（7）水平铺设在弹性横梁（8）的上表面并与弹性横梁（8）紧贴，通过两端的光纤法兰接头（10）固定在横梁固定端（9）上；其中一个光纤法兰接头（10）的一端连接信号检测仪（13）。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种基于光纤光栅的超前预控装置，其特征在于，盒盖（1）、盒体（3）和弹性横梁（8）为木材或塑胶及其它绝缘材质，传感光纤（7）为普通单模光纤，支撑杆（5）为弹簧。
5.如权利要求2或3所述的一种基于光纤光栅的超前预控装置，其特征在于，光纤法兰接头（10）也可用光纤护套代替，并留出一段光纤穿过光纤护套以备熔接。
6.一种基于光纤光栅的超前预控方法，采用如权利要求1~5任一项所述的装置来实现，其特征在于按照如下的步骤进行：
步骤一：倘若有人违规操作电气设备盒盖，试图拆下销钉（2），触动或取下盒盖（1），此时传感光纤（7）上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片（6）之间的应力发生变化或消失；
步骤二：传感光纤（7）上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片（6）之间的应力变化将导致光栅周期或有效折射率的变化,从而产生反射峰值波长漂移；
步骤三：通过信号检测仪（13）检测反射峰值波长的漂移,即可获得传感光纤（7）上刻有光纤光栅的部分和支撑杆顶片（6）之间的应力变化情况，进而即可判断是否有操作电气设备盒盖的行为。
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