[发明专利]分站集控式光纤传感易燃易爆有毒有害气体浓度检测系统

说明书

技术领域：

本发明专利涉及光纤传感技术在煤矿矿井、非煤矿山开采冶炼、油库洞库油罐、石油炼化行业等作业环境存在的各类易燃易爆、有毒有害气体浓度安全检测监控领域的应用。

背景技术：

当前国内外，无论煤矿矿井甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)气体监测、非煤矿山开采、冶炼一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、硫化氢(H₂S)、二氧化硫(SO₂)、一氧化氮(NO)、油库洞库油罐烃、烷类汽、柴油气混合气体、石油炼化行业CH₄、CO、CO₂、H₂S等作业环境存在的易燃易爆、有毒有害气体、浓度检测基本采取催化燃烧式传感器及红外式传感器。催化燃烧式传感器直接通电工作、温度高(400～500℃)、受环境温度湿度影响大、每周需调校、传感器中的催化元件易中毒失效、使用寿命不超过12个月；红外式传感器受环境温度湿度影响大，工作不稳定、无法准确报警、通常做辅助定性监测使用。该两类传感器都需通电且耗电量大。

通常矿井安全监控系统由井上监控中心到井下若干监控分站(以下简称：分站)再延伸到各工作现场的众多各类监控传感器三级组成。井下分站到井上监控中心、分站到各监控点传感器之间的电力及信号通过电缆/光缆传输，所有部分均要求防爆、本质安全。

受制于防火防爆规范要求，必须限制分站向各传感器输出电量总量。以煤矿井下分站为例，一分站通常仅可输出两路常规瓦斯(主要是甲烷)气体监测传感器，极大限制监测布控点数量；对于油库、洞库，由于担心传统电传感器本身及输电和信号电缆漏电起火，也严格限制传感器的广泛布点应用。

鉴于传统传感器本身技术缺陷、布控点限制，造成监控不到位，国内煤矿瓦斯爆炸、石油储存、炼化企业多有大型火灾发生，非煤矿山有毒有害气体毒害等恶性事故、给生命及财产造成极大损失。

光纤传感是近十年发展起来的新兴技术。甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、烃烷类气体等不同有机、无机气体对不同特定波长激光具有吸收作用，且随浓度变化而呈线性变化，这些在光纤传感实验室内已经被认证。将光纤气体浓度传感技术应用于实际环境、消除作业现场环境的温度、湿度、粉尘影响而精确、稳定、可靠监测报警，组成本质安全，性价比好可广泛应用的光纤传感器系统，是当今新技术应用的重要课题。

发明内容：

本发明采用光纤传感技术，针对不同气体采用不同波长激光调制、分析处理系统，将特定气体浓度检测光源光路模块、电路模块以及光分路器等辅助设备安置于防爆的井下分站内，光路模块产生的特定波长调制激光经由光分路器输出，通过传输光纤(光缆)分别、循环通入数百米外监控现场的、分处不同监测点的、各自独立的2～32个终端光纤气体浓度传感器的开放式检测气体气室，气室采取透镜反射器传送光信号，而后将经被测气体吸收过的激光经由返回光纤(光缆)传输回分站内的光分路器再进入光纤气体监控系统的光路、电路模块进行分析处理、并转换为电信号，系统将检测到的数据信号上传、就地显示及存储等，以及再通过光纤(光缆)发送到终端光纤气体浓度传感器显示、报警，从而实现一套安置在分站的光纤传感分析系统、集控处于监控现场的若干个终端光纤气体浓度传感器、对处于监测现场的、上述各类易燃易爆、有毒有害气体浓度进行实时、准确、快捷地监测、分析、上传、报警。

本发明采用光纤气体浓度传感器监控系统取代传统催化燃烧式传感器和红外式传感器监控系统，并且由一套光电系统集控若干个独立的光纤气体传感器终端，形成新一代光纤甲烷(或一氧化碳、或硫化氢、或二氧化碳、或柴、汽油)气体浓度检测系统。

分站集控式光纤气体浓度传感器系统具有测量精度高、响应速度快、工作稳定，传感器本身全光非电、本质安全，低能耗、调校周期长、一套系统可同时监测分处不同位置的2～32个终端光纤气体你的传感器，整个系统使用维护方便、使用寿命达5年以上、性价比好等优点，是替代传统催化燃烧式、红外式传感器的本质安全、技术先进的新一代产品。

本发明由：安置在分站内的一套集控激光传感光源调制、分析光路模块、电路模块、2～32路光分路器、电源模块、信号设置、信号分析、信号传输、数据分析显示/报警、存储软硬件系统，安置在监测现场不同位置监测点的若干个(2、4、8、16、32个可选)各自独立工作的光纤气体浓度传感器以及分站与各光纤气体浓度传感器之间光信号传输的光纤(光缆)组成。