[发明专利]一种本质安全的分布式全光纤井下监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及矿井下的监测系统，尤其涉及一种其井下部分不包含任何电子元器件、无需电能供应因而本质安全的分布式全光纤井下监测系统，可应用于所有矿井，尤其是易燃易爆环境下矿井的安全生产和事故抢救领域。

背景技术

长期以来，以煤矿为典型代表的地下矿井，地质条件复杂多变，经常受到瓦斯、水、火、煤尘、塌方等灾害的威胁，再加上技术装备水平相对落后、职工队伍素质普遍不高、安全管理不足，导致各种事故频发，对井下工作人员的生命安全构成严重威胁。如何有效监测井下各种系统的正常运作和环境中的危险信息，以及矿难发生后进行及时有效的救援，已成为矿井安全生产最重要的任务。

现有的井下监测系统，无论是传感器、数据采集系统，还是数据传输系统，均由电子元器件组成，其运行需要电力供应，这些电子元器件在井下恶劣环境中长期运行，不可避免的产生短路、电火花、局部发热等现象，这样的井下监测系统本身就带有先天的安全隐患，尤其是在瓦斯气体浓度较高的区域，更具危险性。

发明内容

针对现有井下监测系统的上述缺陷，本发明的目的是提供一种其井下部分不包含任何电子元器件、无需电能供应因而本质安全的分布式全光纤井下监测设备。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种本质安全的分布式全光纤井下监测系统，由监测终端、传输光缆和分布式光纤传感终端组成，监测终端位于井上，分布式光纤传感终端位于井下，传输光缆连接监测终端和分布式光纤传感终端，其特征在于，所述分布式光纤传感终端由光预处理模块、传感光缆和反射端组成，所述光预处理模块由两个光纤耦合器通过两段光纤跳线并列连接而成，其中一段光纤跳线上制作有光纤延迟线，光预处理模块的一端连接传输光缆，另一端连接传感光缆，传感光缆的另一端接有反射端。其特征在于，所述监测终端由光源模块和光分路模块组成输出组件，光源模块接光分路模块再连接传输光缆的输入端，检测和放大模块、数据采集模块、数据处理模块和显示模块构成输入组件，传输光缆的输出端接检测和放大模块，检测和放大模块依此连接数据采集模块、数据处理模块和显示模块。其特征在于，所述的传感光缆由光纤、加强层、保护层组成。

将监测终端放置在井上的监测机房中；将传输光缆一端连接监测终端，另一端进入井下，连接到分布式光纤传感终端中的光预处理模块；由光预处理模块另一端延伸出来的传输光缆，沿着矿井巷道铺设，在传输光缆的终端连接反射端。

本发明的工作机理是：

监测终端通过传输光缆向分布式光纤传感终端发射光信号；井下环境中产生的各种动态信息，通过各种媒介，对传感光缆形成扰动，从而引起传感光缆内部光程的微小变化；经过反射端的反射后，这种光程变化的光信号原路回传到监测终端，在监测终端内部完成光电转换、信号采集、分析处理、显示与报警等功能；在监测终端中，经过对返回信号的时域分析，可再现扰动源的变化信息；经过对返回信号的频域分析，可对扰动源进行定位，从而实现对井下各种动态信息的实时监测。

本发明中，所述的井下环境中产生的各种动态信息，是指各种能够使传感光缆产生随时间变化的微小几何形变的信息，包括但不局限于井下人员说话、走路、敲击墙壁、地震波、水流等产生的声波、振动、冲击波等。

本发明中，所述的各种媒介，是指井下的空气、土层、水等，通过这些媒介，能够将环境中的各种动态信息传递到传感光缆。

本发明中，所述的扰动，是指传感光缆产生的随时间变化的微小几何形变。

与已有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本质安全。本发明中在井下的部分全部由无源光纤器件组成，不具有引起危险的物理基础，在工作时无电流通过，不辐射电磁波，也不受电磁干扰，不会产生电火花、漏电、短路、发热等现象，可长期工作在高密度的瓦斯气体中而不具有危险性。在要求极其严格的条件下，本系统在井下的部分还可做到不含任何金属成分。

2.绿色节能，低碳环保，尤其适用于大型矿井。本发明中仅在井上的监测终端需要低功率的电能供应，井下部分全部通过光纤器件传输光能，能量损耗极小，可在井下长达数十公里的范围内无需外界能源供应而长期运行。

3.适用环境广。本发明在井下的部分全部由无源光纤器件组成，可在潮湿、水下、高温、腐蚀等各种恶劣环境下长期稳定工作。

4.分布式传感。本发明中核心的传感元器件仅为一根传感光缆，只需将传感光缆沿井下巷道铺设，整根光缆的任何部位都可作为传感器，同时完成周围环境中扰动信息的传感与定位功能。