專利名稱：煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦瓦斯的監(jiān)測(cè)裝置，具體地說(shuō)是關(guān)于煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
瓦斯爆炸是我國(guó)煤礦大型事故的主要安全隱患，瓦斯氣體在大氣中的爆炸下限為4.9％，上限為15.4％[1]，及時(shí)檢測(cè)礦井中的瓦斯?jié)舛?，?duì)于煤礦安全生產(chǎn)，人身安全有著重要意義。然而，現(xiàn)有的瓦斯電子傳感器存在著容易中毒、對(duì)氣體的選擇性差、易出現(xiàn)誤報(bào)、系統(tǒng)需要頻繁校準(zhǔn)、安全性差等缺點(diǎn)，安全生產(chǎn)急需以本征安全、精度高、穩(wěn)定、容易多點(diǎn)復(fù)用為特色的瓦斯傳感系統(tǒng)。
光纖瓦斯傳感器具有防燃防爆、防電磁干擾、靈敏度高、相應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)范圍大、容易進(jìn)行長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸?shù)绕渌麄鞲衅鳠o(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于環(huán)境惡劣的礦井下瓦斯氣體的監(jiān)測(cè)。目前，已有報(bào)道的光纖瓦斯傳感器有以下三種一、基于分布反饋激光器諧波檢測(cè)的光纖多點(diǎn)甲烷檢測(cè)系統(tǒng)[1，2，3]，這種方案精度高，但分布反饋激光器價(jià)格昂貴，諧波檢測(cè)技術(shù)復(fù)雜，因此這種技術(shù)很難在我國(guó)推廣應(yīng)用。
二、采用寬帶光源的差分吸收光譜式氣體傳感器[4]，這種方案精度可達(dá)400ppm[5]，完全可以滿足煤礦瓦斯檢測(cè)的精度，它的最大優(yōu)點(diǎn)在于成本低、技術(shù)簡(jiǎn)單、環(huán)境適應(yīng)性好，但由于目前所用的發(fā)光管功率低，因此只用于單點(diǎn)檢測(cè)。
三、便攜式遙感瓦斯探測(cè)器[6，7]，它采用正弦波調(diào)制技術(shù)對(duì)瓦斯進(jìn)行遙感測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，但成本高、技術(shù)復(fù)雜且只能單點(diǎn)測(cè)量，無(wú)法組成多點(diǎn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
參考文獻(xiàn)[1][2]提出的煤礦瓦斯檢測(cè)方案是采用分布反饋激光器和諧波檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖多點(diǎn)的瓦斯測(cè)量，這種系統(tǒng)雖然檢測(cè)精度高，可達(dá)5ppm，然而這種方案成本高，技術(shù)復(fù)雜，難以在我國(guó)推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)[4]提出的方案是采用光纖光柵反射兩種波長(zhǎng)的光λ1、λ2；其中λ1用于檢測(cè)氣體的吸收情況，λ2用作參考光以消除背景變化帶來(lái)的誤差，經(jīng)過(guò)氣體吸收池的光經(jīng)過(guò)分波器進(jìn)入探測(cè)器，從而得到λ2，λ1的光強(qiáng)，再經(jīng)過(guò)差分處理得出氣體濃度。這種方式光柵的反射波長(zhǎng)要與分波器的分光波長(zhǎng)精確一致且只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)測(cè)量。
參考文獻(xiàn)[6，7]所提出的技術(shù)是采用正弦波調(diào)制技術(shù)對(duì)瓦斯進(jìn)行遙感測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是攜帶方便，但成本高、技術(shù)復(fù)雜且只能單點(diǎn)測(cè)量，無(wú)法組成多點(diǎn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有光纖瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，提供一種低成本的瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的用一個(gè)確定頻率的正弦波信號(hào)去調(diào)制一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰附近的超輻射發(fā)光管，超輻射發(fā)光管發(fā)出的光進(jìn)入第一只環(huán)行器的一端，第一只環(huán)行器的二端連接一只一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光開(kāi)關(guān)的選擇端，光開(kāi)關(guān)的另一側(cè)每一端連接一氣室，透過(guò)氣室的光被一中心波長(zhǎng)在瓦斯的吸收峰，寬度為2nm的光柵反射器反射，反射光經(jīng)過(guò)氣室和光開(kāi)關(guān)后再次進(jìn)入第一只環(huán)行器的二端并由三端輸出進(jìn)入第二只環(huán)行器的一端，光線由第二只環(huán)行器的二端輸出至一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰，帶寬為0.5nm的反射光柵，反射回的光經(jīng)第二只環(huán)行器由三端輸出到第一只探測(cè)器作為信號(hào)，由光柵透射的光進(jìn)入第二只探測(cè)器作為參考，兩探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾波后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理得到待測(cè)氣體的濃度。


圖1、是本發(fā)明差分吸收式光纖瓦斯多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、是調(diào)制光源所用的正弦波產(chǎn)生電路。
圖3、是信號(hào)濾波電路。
具體實(shí)施例方式
如附圖1所示，差分式光纖瓦斯多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由正弦波發(fā)生電路1、寬帶光源2、光纖環(huán)行器3、光開(kāi)關(guān)4、氣體吸收池5、光柵反射器6、光纖環(huán)行器7、波長(zhǎng)選擇光柵8、光探測(cè)器9與10、濾波器電路11與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)12組成。其具體實(shí)施方式
如下用一個(gè)確定頻率的正弦波信號(hào)去調(diào)制一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰附近的超輻射發(fā)光管2，超輻射發(fā)光管2發(fā)出的光進(jìn)入第一只環(huán)行器3的一端，第一只環(huán)行器3的二端連接一只一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光開(kāi)關(guān)的選擇端，光開(kāi)關(guān)的另一側(cè)的每一端連接一只氣室5，透過(guò)氣室5的光被一中心波長(zhǎng)在瓦斯的吸收峰，寬度為2nm的光柵反射器6反射，反射光經(jīng)過(guò)氣室和光開(kāi)關(guān)后再次進(jìn)入環(huán)行器3的二端并由三端輸出進(jìn)入環(huán)行器7的一端，光線由環(huán)行器7的二端輸出至一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰，帶寬為0.5nm的反射光柵8，反射回的光經(jīng)環(huán)行器7由三端輸出到探測(cè)器9，由光柵8透射的光進(jìn)入探測(cè)器10，兩探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)帶通濾波器11濾波后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12處理得到待測(cè)氣體的濃度。由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出信號(hào)控制光開(kāi)關(guān)依次接通不同的氣室，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，這種檢測(cè)系統(tǒng)的精度可以達(dá)到400ppm。
附圖2顯示了正弦波發(fā)生電路的電路圖，它采用文氏橋振蕩方式，經(jīng)穩(wěn)壓管限幅輸出，振蕩頻率為1K，穩(wěn)定度在0.1Hz。附圖3顯示了帶同濾波器11的電路圖，它采用三只二階壓控電壓源帶通濾波器構(gòu)成六階巴特沃斯濾波器，Q值可以達(dá)到30。
本發(fā)明的煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)采用光開(kāi)關(guān)和環(huán)行器實(shí)現(xiàn)了用一只光源和兩只探測(cè)器進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，降低了成本。采用寬帶光源和差分法，具有技術(shù)簡(jiǎn)單、測(cè)試精確，參考光與信號(hào)光取自同一光源并經(jīng)同一光路傳播，能有效消除光源和背景變化帶來(lái)的干擾。采用正弦波調(diào)制光源、帶通濾波器濾除信號(hào)外的噪聲，具有信噪比高、抗干擾性能好。測(cè)量吸收用的信號(hào)光和消除背景變化用的參考光取自一只光柵的反射光和透射光，節(jié)約了器件，避免了濾波器與光纖反射波長(zhǎng)的精確匹配。所有電子與光學(xué)器件均采用成熟的商用器件，容易從市場(chǎng)獲得。改變光柵的反射波長(zhǎng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體或多組分氣體的測(cè)量。
參考文獻(xiàn)1.王玉田等，“甲烷氣體多點(diǎn)光纖傳感系統(tǒng)的研究”，光電工程，31(2004)，21。
2.Sensor and Actuators B，51(1998)，25-37.
3.王書濤等“一種基于諧波檢測(cè)技術(shù)的光纖甲烷氣體傳感器”，應(yīng)用光學(xué)，25(2004)，44-47。
4.趙浩等“差分吸收式光纖甲烷氣體傳感器”，公開(kāi)號(hào)，CN1544918A。
5.林楓等，“紅外吸收型瓦斯傳感器的研究”，激光與光電子學(xué)進(jìn)展，41(2004)，40。
6.Environmental Geology International Journal of Geosciences，Springer-Verlag 2004.
7.賈鎖堂等，“激光遙感瓦斯探測(cè)器”，ZL 03268476.2.
權(quán)利要求
1.一種煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于用一個(gè)確定頻率的正弦波信號(hào)去調(diào)制一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰附近的超輻射發(fā)光管(2)，超輻射發(fā)光管(2)發(fā)出的光進(jìn)入第一只環(huán)行器(3)的一端，第一只環(huán)行器(3)的二端連接一只一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光開(kāi)關(guān)(4)的選擇端，光開(kāi)關(guān)(4)的另一側(cè)的每一端連接一只氣室(5)，透過(guò)氣室(5)的光被一中心波長(zhǎng)在瓦斯的吸收峰，寬度為2nm的光柵反射器(6)反射，反射光經(jīng)過(guò)氣室和光開(kāi)關(guān)后再次進(jìn)入環(huán)行器(3)的二端并由三端輸出進(jìn)入環(huán)行器(7)的一端，光線由環(huán)行器(7)的二端輸出至一只中心波長(zhǎng)在瓦斯吸收峰，帶寬為0.5nm的反射光柵(8)，反射回的光經(jīng)環(huán)行器(7)由三端輸出到探測(cè)器(9)，由光柵(8)透射的光進(jìn)入探測(cè)器(10)，兩探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)帶通濾波器(11)濾波后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(12)處理，得到待測(cè)氣體的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光開(kāi)關(guān)(4)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(12)輸出信號(hào)的控制下，依次接通不同的氣室，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦瓦斯差分吸收式光纖多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是用一個(gè)確定頻率的正弦波信號(hào)去調(diào)制一只超輻射發(fā)光管，超輻射發(fā)光管發(fā)出的光進(jìn)入第一只環(huán)行器的一端，第一只環(huán)行器的二端連接一只一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光開(kāi)關(guān)的選擇端，光開(kāi)關(guān)的另一側(cè)每一端連接一氣室，透過(guò)氣室的光被一光柵反射器反射，反射光經(jīng)過(guò)氣室和光開(kāi)關(guān)后再次進(jìn)入第一只環(huán)行器的二端并由三端輸出進(jìn)入第二只環(huán)行器的一端，光線由第二只環(huán)行器的二端輸出至一只反射光柵，反射回的光經(jīng)第二只環(huán)行器由三端輸出到第一只探測(cè)器作為信號(hào)，由光柵透射的光進(jìn)入第二只探測(cè)器作為參考，兩探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)經(jīng)帶通濾波器濾波后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理得到待測(cè)氣體的濃度。能夠進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N21/31GK1818616SQ200610044428
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月7日
發(fā)明者常軍, 劉統(tǒng)玉, 王黔, 倪家升, 霍佃恒, 韓秀甫, 劉波, 王輝, 王昌, 馬良柱 申請(qǐng)人:山東微感光電子有限公司