光纤传感技术在煤矿瓦斯抽采监测系统的应用.pdf

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1、能源技术与管理2013年第38卷第6期148EnergyTechnologyandManagementVo1．38No．6doi：10．39690．issn．1672—99432013．06062光纤传感技术在煤矿瓦斯抽采监测系统的应用丁国明，沈小军(皖北煤电集团恒源煤电股份有限公司，安徽宿州234000)[摘要]基于Beer—Lambert定理，研制出基于光谱吸收技术的光纤气体传感器，对不同的气体浓度进行高精度测量；基于光纤光栅原理研制出光纤温度传感器，对巷道温度进行实时监控。光纤瓦斯抽采监测技术在皖北煤电集团祁东矿现场试验证明，该系统具有响应快、精度高、免校准、长距离检

2、测等突出特点，比现有系统技术优势明显。[关键词]光纤传感；瓦斯浓度监测；温度监测[中图分类号]TD712+．62[文献标识码]B[文章编号]光谱吸收式光纤气体传感器是基于分子振动0引言和转动吸收谱与光源发光光谱间的光谱一致性的光纤传感技术是以光波为载体、光纤为媒质，传感器。当光通过某种介质时，即使不发生反射、感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光折射和衍射现象，其传播情况也会发生变化。这是纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干因为光频电磁波与组成介质的原子、分子将发生扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受作用，作用的结果使得光被吸收和散射而产生衰严格限制

3、及强电磁干扰等恶劣环境下使用_I_2]。为减。由于气体分子对光的散射很微弱，远小于气体了提高我国煤矿瓦斯抽采水平，山东省科学院激的吸收光能。故衰减主要由吸收这一过程产生，散光研究所自2005年起研制基于光纤传感器的本射可以忽略。利用介质对光吸收而使光产生衰减质安全型矿山、智能油井、电力系统多参数综合监特性制成吸收型光纤气体传感器，如图1所示。测系统，取得多项研究成果，在光纤气体传感器、温度、顶板位移、微震、无源通信等传感器网络以及在煤矿灾害检测系统方面的研究，为光纤技术开辟了新的应用方向，为矿山安全提供了新的检测体系，在国际上产生了一定的影响，代表着该技术领域的技术前沿]。

4、图1光纤瓦斯传感器皖北矿区的各煤矿原先对煤炭自燃的预测预基于光谱吸收技术测量气体浓度时，可利用报普遍采用气体分析法，依照煤炭在不同温度条可调谐激光二极管的波长而随电流大小调制的特件下产生气体的种类和多少来判断煤炭自燃发展点对激光输出波长进行调制，再利用锁相放大器的趋势。电子式传感探测技术及人工复测相结合优异的微弱信号的提取能力实现气体吸收光谱线实现了瓦斯抽采数据、自然发火指标气体分析及好的恢复，就可实现很好的探测灵敏度，从而测得对高温的定位。原系统存在检测周期长、维护量大精度较高的气体浓度。研制的光纤瓦斯传感器测等缺点，无法实现准确的实时在线监测。皖北煤电量浓度范围：0～1

5、％，0—4％，0～40％，0～100％；响应集团祁东煤矿引进光纤传感器用于煤矿安全监时间<2S；测量精度：低浓度(4％以下)±0．05％，测，特别是煤矿瓦斯抽采环境的监测，为深入研究高浓度(4％以上)±0．5％；校准周期6个月。煤矿发火机理，掌握自然发火预警规律提供有效1_2光纤温度检测技术的技术手段，对煤矿瓦斯灾害监测和控制有着重光纤测温技术以光纤为检测元件对温度进行大意义，具有明显的经济和社会效益。检测，是一种新型全光纤无源器件，比普通传感器具有不可比拟的优势和特点。它本质防爆、无电传1技术原理及方案感、化学性能稳定、传输距离远，可用于对外界参1．1光纤气体检测技术量的

6、绝对测量，以技术含量高、经济效益好、渗透2013年12月Feb．，2013丁国明，等光纤传感技术在煤矿瓦斯抽采监测系统的应用149能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。2现场实施方案及研究在煤矿井下应用的温度传感器，主要采用基于光纤光栅原理来设计。光纤布光栅产生是由于祁东煤矿原采用的是传统气体传感器及电子光纤具有光敏特性，从而在周期光强作用下沿着式监测分站，系统存在检测周期长、维护量大等缺光纤轴向方向感生周期性折射率变化的缘故。近点。基于光纤技术的气体检测技术具有检测快速、几年来，光纤光栅成栅工艺上有了重大突破，已经可靠性好、精度高等优点，在气体检测方面与现有逐步走向实用。研

7、制的光纤温度传感器测量温度检测技术相比有较大优势。为了更好、更实时地检范围一3O℃～120℃；温度灵敏度0．1℃；温度精测瓦斯抽采管路内气体，根据祁东矿瓦斯泵现场度±0．5℃；校准周期6个月。情况分析，在2号正压泵安装一个光纤瓦斯传感1．3光纤传感系统软件器来检测其瓦斯浓度，通过光缆传输到解调仪，传光纤传感系统软件分为多点式温度传感器系送到监控室监测系统分站，实现实时在线监测，同统软件和气体传感器系统软件。多点式温度传感时与原系统检测形成良好对比参照。器系统软件的主要功能是，对气体传感器安装部光纤传感器、传统传感器