專利名稱：基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖傳感和礦井特種環境安全監測，具體為一種前端無源的礦井安全監測、預警和定位裝置。
背景技術：
我國礦井事故頻發。以煤礦為例井下引發事故的因素有瓦斯泄漏、爆炸，落石、塌方，透水等情況。其中瓦斯造成的重大事故占所有事故7成左右。因此各種井下安全監測系統應運而生。傳統的井下安全監測系統包括有線網絡的監測系統；無線網絡的監測系統。有線網絡監測系統的缺點是布線復雜，很難跟蹤動態挖掘面布設系統；無線網絡監測系統的缺點是存在信號盲區。兩者共有的缺點是井下需要采用電源供電，很容易帶來安全隱患，同時當井下發生事故時，往往造成供電中斷，兩種監測系統癱瘓。
實用新型內容本實用新型的技術解決問題是克服現有技術的不足，基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，該裝置基于光纖振動傳感技術，達到井下安全監測、預警的同時，結構簡單，易于安裝和實現。本實用新型的技術解決方案是基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置， 包括在礦井地面中控室布設的主機以及礦井下布設的前端光處理模塊和末端光處理模塊； 前端光處理模塊放置在主礦道的起始位置，上端通過傳感光纜與主機連接；末端光處理模塊布置在每個礦道分支盡頭或隨著動態挖掘面前進，前端光處理模塊的下端連接傳感光纜，傳感光纜隨礦道布置，且在每個礦道分支分出兩根光路傳輸方向相反的纖芯，纖芯末端連接末端光處理模塊；主機為傳感光纜提供光源，光信號通過前端光處理模塊以及傳感光纜，傳感光纜采集礦道內的振動信息，將振動引起相位變化的光信號通過末端光處理模塊反射回前端光處理模塊，前端光處理模塊將相位變化的光信號與正常的光信號形成干涉， 生成含有振動信息的光強信號，并將該信號傳輸給主機，主機對該光強信號進行處理，判斷振動類型，同時對振動發生的位置進行定位，實現對礦井安全的監測。還包括語音采集裝置，語音采集裝置的個數根據礦道距離及需求確定，通過串聯方式連接在傳感電纜上，安裝時，將傳感光纜截斷，傳感光纜的兩頭熔接語音采集裝置。還包括信息處理模塊，該信息處理模塊與安防設備聯動，接收主機發出的報警信號，利用該報警信號驅動安防設備啟動，實現報警。所述的傳感電纜隨礦道布置存在下列三種方式隨著礦道的電纜架設、地埋或敷設在礦道地面上。所述的傳感光纜為普通的通訊光纜。本實用新型與現有技術相比有益效果為(1)本裝置安全性、可靠性高。因為井下所有設備無需電源，不帶電，抗干擾，不會引發安全隱患；當井下斷電后，還可以正常工作。同時傳感光纜采用鎧裝光纜，最大程度保護光纜安全。同時光纜可作為本系統的傳感光纜，同時可作為井下其它系統的傳輸光纜(2)本裝置可以長距離監控井下信息。傳感光纜長度可達到50公里。能夠跟隨動態挖掘面前進，滿足礦井需要。(3)本裝置便于實現。傳感光纜布設方式多樣，可隨電纜布設、地埋或直接放置在礦道地面上，施工簡單，易安裝。
圖1是本實用新型裝置結構示意圖；圖2是本實用新型傳感光纜與語音采集裝置連接示意圖；圖3是本實用新型裝置布設在礦井的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本裝置包括在礦井地面中控室布設的主機2以及礦井下布設的前端光處理模塊3和末端光處理模塊5 ；途中雙線連接表示電纜或電信號傳輸，單線連接表示光纜傳輸。在礦井地面中控室布設的主機2包括寬帶激光光源部分，光接收及處理部分、主機服務器和顯示器。這些均需要電源供電。寬帶光源功能為提供分布式光纖傳感系統的光源；光接收及處理部分功能為采集回傳的光干涉信號(即含有振動信息的光強信號)，并進行信號調理，包括光電信號轉換，隔直濾波，信號放大，輸出幅值在士5V的電壓信號，再對電壓信號進行A/D轉換，將數據傳輸至主機服務器；主機服務器接收光強信號數據，將光強信號轉化為相位信號，對該相位信號進行降噪處理后，進行時域、頻域分析，得到一系列信號特征，并依據特征判斷振動的類型，同時確定振動信號位置定位。若判斷后屬于塌方、落石等危險狀況，則輸出報警信息。信息處理模塊1接收主機2發出的報警信號，輸出干接點信號等，與其他安防設備進行聯動報警。在井下布置光處理模塊、光傳感系統。光處理模塊功能為構成光干涉光路，用于振動信號的傳感，這里的光處理模塊由前端光處理模塊3和末端光處理模塊5構成。光傳感系統為分布式傳感光纜4和語音采集裝置6，布設在井下，構成分布式傳感器，其中語音采集裝置6通過光纖多圈盤繞，加強語音信號采集。光處理模塊根據情況布置在礦道中，前端光處理模塊3布置在礦道起始位置，末端光處理模塊5布置在礦道盡頭或隨著動態挖掘面前進。光傳感系統包括傳感光纜4和語音采集裝置6。傳感光纜4隨礦道布置在礦道電纜上、地埋或敷設在礦道地面上。傳感光纜4末端預留一段光纜，通過熔接新的光纜，實現跟隨動態挖掘面的功能。語音采集裝置6每隔50米串聯一個，布設裝置處將傳感光纜截斷， 將語音采集裝置與傳感光纜截斷兩頭熔接，熔接部分采用接頭盒7保護，如圖2所示。礦道中所有系統、設備無需電源供電。本裝置對于井下環境監測當礦道發生塌方、落石時，產生明顯振動。傳感光纜感應到振動，前端光處理模塊將信號傳輸至主機，主機將信號進行處理，還原相位信號，對相位信號進行時域、頻域處理，得到一些列信號特征，判斷振動類型，同時振動發生的位置進行定位，若判斷為塌方、落石情況后，發出該礦道的報警信號，通知值守人員進行排查。當礦道發生透水時，通過環境聲音采集和振動信號采集，發出報警信號通知人員排查事故隱患， 實現預警的功能。對于事故發生后被困人員的定位附近存在語音采集裝置，被困人員可呼喊采集模塊上的位置信息，該聲音信號傳輸到主機，達到向井外傳遞信息的結果；附近沒有語音采集裝置，被困人員可敲擊傳感光纜，傳感光纜感應敲擊的振動，將振動信號傳輸到主機，可大致判斷人員所處礦道位置，若通過不同的敲擊方式，反映簡單的定位信息，還可以進一步確定人員所處位置。敲擊方法和位置信息的制定這里不贅述了。以一個礦井為例(圖幻主機2、信息處理系統1放置在礦井外中控室。在主礦道的起始位置放置前端光處理模塊3，通過傳感光纜4(可以采用普通的通訊光纜)與主機中的光接收及處理部分連接，其中通訊光纜為隨井下礦道敷設的多芯光纜，用于傳輸信號。隨
著礦道的分支，礦道分成礦道1、2、3......，通訊光纜在每個礦道分出2根光纖芯與礦道的
傳感光纜相連，分別為光路輸出光與光路回光。通過a、b光纖芯與礦道1的傳感光纜相連， 末端接末端光處理模塊5。通過c、d與礦道2的傳感光纜相連，末端接末端光處理模塊。通過e、f與礦道3的傳感光纜相連，末端接末端光處理模塊。在傳感光纜中每隔50米串聯一個語音采集裝置。這樣就完成了整個系統的布置。具體見附圖3。最后可以利用傳感光纜進行井下其它系統探測器的信號傳輸，充分利用光纜傳輸優勢，取代現有電纜傳輸。本實用新型未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知常識。
權利要求1.基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，其特征在于包括在礦井地面中控室布設的主機O)以及礦井下布設的前端光處理模塊C3)和末端光處理模塊(5)；前端光處理模塊C3)放置在主礦道的起始位置，上端通過傳感光纜與主機( 連接；末端光處理模塊( 布置在每個礦道分支盡頭或隨著動態挖掘面前進，前端光處理模塊(3)的下端連接傳感光纜G)，傳感光纜(4)隨礦道布置，且在每個礦道分支分出兩根光路傳輸方向相反的纖芯，纖芯末端連接末端光處理模塊(5)；主機( 為傳感光纜(4)提供光源，光信號通過前端光處理模塊(3)以及傳感光纜G)，傳感光纜(4)采集礦道內的振動信息，將振動引起相位變化的光信號通過末端光處理模塊( 反射回前端光處理模塊(3)，前端光處理模塊C3)將相位變化的光信號與正常的光信號形成干涉，生成含有振動信息的光強信號，并將該信號傳輸給主機O)，主機( 對該光強信號進行處理，判斷振動類型，同時對振動發生的位置進行定位，實現對礦井安全的監測。
2.根據權利要求1所述的基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，其特征在于還包括語音采集裝置(6)，語音采集裝置(6)的個數根據礦道距離及需求確定，通過串聯方式連接在傳感電纜(4)上，安裝時，將傳感光纜(4)截斷，傳感光纜的兩頭熔接語音采集裝置(6)。
3.根據權利要求1所述的基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，其特征在于還包括信息處理模塊(1)，該信息處理模塊(1)與安防設備聯動，接收主機發出的報警信號，利用該報警信號驅動安防設備啟動，實現報警。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，其特征在于所述的傳感電纜(4)隨礦道布置存在下列三種方式隨著礦道的電纜架設、地埋或敷設在礦道地面上。
5.根據權利要求1所述的基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，其特征在于所述的傳感光纜(4)為普通的通訊光纜。
專利摘要基于光纖傳感的礦井安全監測、預警及定位裝置，包括在礦井地面中控室布設的主機(2)以及礦井下布設的前端光處理模塊(3)和末端光處理模塊(5)；前端光處理模塊(3)放置在主礦道的起始位置，上端通過傳感光纜與主機(2)連接；末端光處理模塊(5)布置在每個礦道分支盡頭或隨著動態挖掘面前進，前端光處理模塊(3)的下端連接傳感光纜(4)，傳感光纜(4)隨礦道布置，且在每個礦道分支分出兩根光路傳輸方向相反的纖芯，纖芯末端連接末端光處理模塊(5)。
文檔編號E21F17/18GK202325687SQ20112045507
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者周瑩, 常洋, 茍武侯 申請人:北京航天易聯科技發展有限公司