CN204101450U - 基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统 - Google Patents

基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统 Download PDF

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杨盼盼
闫鹏程
李�昊
谢璇
王瑞
董晨露
王洋
凌文青
鲁楠
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Abstract

本实用新型涉及一种基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，包括光信号产生模块、光路复用模块、传感器模块、光信号处理模块。光信号产生模块包括激光发生器件MXSLD-CS65M5A；光路复用模块包括光路开关、耦合器和延时光纤；传感器模块包括气室、EFPI传感头、信号处理模块包括HR2000光谱分析仪和前置放大滤波电路。本实用新型能够实现至少32点的大范围的瓦斯浓度实时在线监测，通过光的时分和空分复用技术，将传感范围扩展到32路，并且各路传感器的最小气体可探测精度均达到了5ppm,精确度和稳定性均可满足实际要求，从而提高了光源和信号处理设备的使用效率，降低了系统成本。

Description

基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统
技术领域
本实用新型涉及光纤监测领域，具体为一种多路光纤瓦斯浓度检测系统。
背景技术
随着我国煤矿开采的深度和难度不断增加，瓦斯爆炸事故也频繁发生，瓦斯治理的形势越来越严峻，当前对瓦斯浓度进行准确、实时检测和预警是治理瓦斯危害的有效手段。传统的瓦斯检测方法大都是电化学方法，瓦斯检测仪器多用无焰催化燃烧式传感器，这类传感器响应速度慢，校正周期短，且对甲烷的选择性差，其他气体如CO和H2S等也可以引起该传感器的响应。然而光纤传感器，在瓦斯浓度检测中响应速度快，不会中毒，能够实现对瓦斯气体稳定的长时间大范围动态检测，且精确度高，能有效消除瓦斯气体浓度测量中的各种干扰。由于使用全光纤测量，井下只有光信号没有电信号，因此特别适合像井下这种条件恶劣、干扰大、易燃易爆的环境。然而光纤检测的成本较高，尤其是光源和光谱分析设备体积庞大、价格昂贵，因此如何降低检测成本是一个亟待解决的重大问题。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，以解决现有检测系统精度低和成本高的难题。
为达到上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度传感系统，包括光信号产生模块、光路复用模块、传感器模块、光信号处理模块。光信号产生模块包括激光发生器件MXSLD-CS65M5A；光路复用模块包括光路开关、耦合器和延时光纤；传感器模块包括气室、EFPI传感头、信号处理模块包括HR2000光谱分析仪和前置放大滤波电路。
所述的多路光纤瓦斯浓度传感系统，其特征主要在于：所述激光发生器件MXSLD-CS65M5A产生光源，将调制的电信号转换为光信号。
所述的多路光纤瓦斯浓度传感系统，其特征主要在于：所述光路开关将光源独立的分隔成4份，构成4路空分复用，再由延时光纤构成8路时分复用，共同构成32路传感网络，最终由耦合器将传感器传回的包含有瓦斯浓度信息的光信号耦合进光信号处理终端。
所述的多路光纤瓦斯浓度传感系统，其特征主要在于：所述气室能够透气并且防止粉尘、水汽污染，EFPI传感头能够检测出气体当中的瓦斯浓度并且以光信号的形式返回到耦合器。
所述的多路光纤瓦斯浓度传感系统，其特征主要在于：所述HR2000光谱分析仪将耦合器传送来的包含瓦斯气体浓度信息的光信号解调并以数字电信号形式输出光谱图供上位机分析，前置放大和率波电路对HR2000光谱分析输出的电信号进行整合，便于通信传输。
本实用新型采用激光光源作为煤矿的瓦斯浓度检测的信号源，从激光发生器件MXSLD-CS65M5A产生的光波，经过光路开关将光源独立的分隔成4份，构成4路空分复用，再由延时光纤构成8路时分复用，共同构成32路传感网络，最终进入传感器气室，在将光与腔内待测的煤矿瓦斯气体互相时分和空分后，从光谱分析仪解调出来的煤矿瓦斯浓度信息，经过了光电转换后滤除杂波信号然后对信号进行了放大，由系统信号处理单元对信号进行处理，最后通过上位机对系统信号进行输出显示和报警提示。
本实用新型的优点是：在瓦斯浓度检测中响应速度快，不会中毒，能够实现对瓦斯气体稳定的长时间大范围动态检测，且精确度高，能有效消除瓦斯气体浓度测量中的各种干扰。由于使用全光纤测量，井下只有光信号没有电信号，因此特别适合像井下这种条件恶劣、干扰大、易燃易爆的环境。由于采用光复用技术，减少了传输光纤数量，提高了器件利用率，减少串扰，降低系统体积和成本，促进矿井瓦斯浓度光纤检测系统的推广。
附图说明
附图1是本实用新型的结构框图；
附图2是本实用新型的原理框图；
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型进行详细说明：
结构框图如图1所示，基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度传感系统，包括光信号产生模块、光路复用模块、传感器模块、光信号处理模块。光信号产生模块包括激光发生器件MXSLD-CS65M5A；光路复用模块包括光路开关、耦合器和延时光纤；传感器模块包括气室、EFPI传感头、信号处理模块包括HR2000光谱分析仪和前置放大滤波电路
原理图如图2所示,本实用新型采用激光光源作为煤矿的瓦斯浓度检测的信号源，从激光发生器件MXSLD-CS65M5A产生的光波，经过光路开关将光源独立的分隔成4份，构成4路空分复用，再由延时光纤构成8路时分复用，共同构成32路传感网络，最终进入传感器气室，在将光与腔内待测的煤矿瓦斯气体互相时分和空分后，从光谱分析仪解调出来的煤矿瓦斯浓度信息，经过了光电转换后滤除杂波信号然后对信号进行了放大，由系统信号处理单元对信号进行处理，最后通过上位机对系统信号进行输出显示和报警提示。

Claims (5)

1.一种基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，其特征在于包括：信号产生模块、光路复用模块、传感器模块、信号处理模块；光信号产生模块包括激光发生器件MXSLD-CS65M5A；光路复用模块包括光路开关、耦合器和延时光纤；传感器模块包括气室、EFPI传感头、信号处理模块包括HR2000光谱分析仪和前置放大滤波电路。 
2.根据权利要求1所述的基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，其特征在于：所述激光发生器件MXSLD-CS65M5A产生光源，将调制的电信号转换为光信号。 
3.根据权利要求1所述的基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，其特征在于：所述光路开关将光源独立的分隔成4份，构成4路空分复用，再由延时光纤构成8路时分复用，共同构成32路传感网络，最终由耦合器将传感器传回的包含有瓦斯浓度信息的光信号耦合进光信号处理终端。 
4.根据权利要求1所述的基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，其特征在于：所述气室能够透气并且防止粉尘、水汽污染，EFPI传感头能够检测出气体当中的瓦斯浓度并且以光信号的形式返回到耦合器。 
5.根据权利要求1所述的基于时分和空分复用技术的多路光纤瓦斯浓度检测系统，其特征在于：所述HR2000光谱分析仪将耦合器传送来的包含瓦斯气体浓度信息的光信号解调并以数字电信号形式输出光谱图供上位机分析，前置放大和率波电路对HR2000光谱分析输出的电信号进行整合，便于通信传输。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105241817A (zh) * 2015-11-01 2016-01-13 李俊娇 一种光纤传感瓦斯检测装置
CN109358010A (zh) * 2018-10-31 2019-02-19 榆林学院 一种利用光纤有源内腔法测雾霾主要成分的装置及方法
CN109459393A (zh) * 2018-12-25 2019-03-12 厦门蓝海之光科技有限公司 特定气体多位置检测系统
CN110836865A (zh) * 2019-10-31 2020-02-25 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 用于大规模传感阵列的吸收光谱测量控制系统
CN114166257A (zh) * 2021-12-07 2022-03-11 华北理工大学 一种采空区光纤传感监测系统

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