基于光纤传感技术的瓦斯抽采管道安全监测系统-论文.pdf

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1、山东科学第27卷第3期2014年6月出版SHANDONGSCIENCEVOI．27No．3JUn．2014DOI：10．3976／j．issn．1002—4026．2014．03．010基于光纤传感技术的瓦斯抽采管道安全监测系统李艳芳，岳建会，孟辉(1．山东省光纤传感重点实验室，山东省科学院激光研究所，山东济南250014；2．北京理工大学光电学院，北京100081；3．山东微感光电子有限公司，山东济南250101)摘要：应用光谱吸收和光纤光栅技术，研制了基于光纤传感的瓦斯抽采管道安全监测系统。对管道内的甲烷、氧气、温度以及压力等关键参数进行

2、实时在线监测，并根据温度、压力参数对甲烷浓度进行补偿，补偿后系统的精度分别提高了7％和11％。现场实验结果表明，此方法能够实现对瓦斯抽采管道的安全监测。关键词：光谱吸收；光纤光栅；甲烷；氧气；温度；压力；瓦斯抽采管道中图分类号：TP212．44文献标识码：A文章编号：1002-4026(2014)03-0051-06OpticfibersensingtechnologybasedsafetymonitoringsystemforcoalminegasdrainageLIYan—fang，YUEJian—hui，MENGHui(1．Shando

3、ngProvincialKeyLaboratoryofOpticalFiberSensingTechnology，LaserInstitute，ShandongAcademyofSciencesJinan250014，China；2．SchoolofOpt0eIectronics，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China；3．ShandongMicro—SensorPhotonicsLimited，Jinan250101，China)Abstract：Wedevelopedanoptic

4、alfibersensingtechnologybasedgasdrainagepipelinehumanbodysafetymonitoringsystemwithspectrumabsorptionandfiberBragggratingtechnology．Thesystemcanperformrealtimemonitoringforsuchkeyparameterswithinthepipeasmethane，oxygen，temperatureandpressure．Thesystemcanalsocompensatemethan

5、econcentrationbasedontemperatureandpressure．measurementaccuracyimprovementof7％andl1％aftercompensation．Scenarioexperimentalresultsshowthatthesystemcanachievesafetymonitoringforgasdrainagepipeline．Keywords：spectrumabsorption；fiberBragggrating；methane；oxygen；temperature；pressu

6、re；coalminegasdrainage在煤矿开采过程中，对于一些高瓦斯矿实行先抽后采是防范瓦斯事故的治本之策。开展煤矿瓦斯抽采利用，可使高瓦斯矿井在低瓦斯状态下开采，避免了煤矿生产的灾害，还具有非常可观的环保价值。在瓦斯抽采过程中管道内甲烷的浓度浮动较大，需要用专门的配气管道对抽采的瓦斯进行配气，才能得到浓度较高且浓度值稳定的瓦斯气体，因此对抽采和配气管道内甲烷等气体浓度的检测十分必要。瓦斯抽采的过程收稿日期：2013-10-22基金项目：山东省自主创新成果转化重大专项(201IZHZXIA0107)作者简介：李艳芳(1980一)，女，

7、硕士，助理研究员，研究方向为光纤气体传感器。Email：ly{991604503@163．conl52中为了抑爆，通常向管道内喷大量的水雾，造成管道内湿度较高。此外，由于瓦斯抽采的管道一般都比较长，且所处的环境比较复杂，在抽采过程中很容易出现管道泄漏的情况，而甲烷在浓度5％～16％的范围内就容易爆炸J，因此为了保证瓦斯管道的完整性和抽采的安全性，在抽采过程中对氧气的监测也很有必要。j。目前煤矿气体检测主要有载体催化燃烧式、热导式、光干涉式和红外吸收式等，但这些检测手段均存在不同程度的弊端，比如电化学类瓦斯传感器易漂移，测量范围小，长期可靠性差

8、，精度低，易中毒等；红外吸收式传感器易存在不同气体的交叉干扰。在这种恶劣环境下传统的甲烷传感器很难做到实时、在线且准确地测量。随着光纤传感技术的发展，基于激光光谱吸