专利名称：基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法
技术领域：
本发明涉及利用光学手段进行测试的方法，也涉及矿井信号装置，进一步而言，属 于采用激光对煤矿瓦斯浓度进行检测的方法。
背景技术：
瓦斯是煤层中产生的气体，其主要成分是甲烷。在爆炸极限的瓦斯遇明火即发生 爆炸，对矿工生命威胁极大。因此对瓦斯浓度的检测是矿井的重要工作。目前已广泛应用 的瓦斯检测是采用传统的电化学方式进行的，传统电化学方式存在以下缺点①需要定期 对传感器进行校正，且校正繁琐；②检测速度低，检测时间20秒左右；③检测精度低，只能 检测CH4质量分数在0. 左右；④检测距离仅为2km ；⑤使用寿命低；⑥抗干扰能力差。光学气体传感器是近年来出现的一种新型传感器，它主要指利用介质对光吸收而 使光产生衰减以及由于不同光路的光干涉而产生干涉条纹等特性制成的气体传感器。光纤 用于气体传感有着其它传感器不可比拟的优势①便于复用，便于成网；②抗电磁干扰、电 绝缘、耐腐蚀，适合于测量可燃易爆气体或工作于易燃以及强电磁干扰环境下测量；③传感 单元结构简单，稳定可靠；④重量轻、体积小、外形可变；⑤灵敏度高。光吸收瓦斯气体传感器除了具备上述光学气体传感器所具有的优点外，还具 有光路简单，可对瓦斯气体浓度、成分进行精确测量以及可同时对其它气体的成分、浓 度进行检测等特点，从而弥补了光干涉法不能对气体的具体成分进行测量分析的缺点。 200610044428. 1号专利申请就公开了一种“煤矿瓦斯差分吸收式光纤多点监测系统”。现 阶段光吸收瓦斯气体检测方法是利用瓦斯气体的光谱吸收来检测气体浓度，由于不同气体 的吸收谱线具有不同的特征，所以它们在一定程度上还可以从混合气体中区分出不同的气 体以及这种气体在混合气体中的体积比。但还存在着光路复杂、光源不稳定及光电器件零 点漂移影响测量精度等缺陷。
发明内容
本发明针对传统产品的上述缺点，主要解决传感器的校正、检测速度、精度、距离、 使用寿命、环境适应能力等问题，提供一种基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法。本发明的煤矿瓦斯浓度检测方法是采用激光对瓦斯浓度进行检测；具体做法在 于设置由两台激光发射器、两台光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器、光电转换器、监控计算 机组成的检测系统，激光发射器、光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器和光电转换器依次用光 纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；两台激光发生器分别发射1666nm波长 的激光和1666nm波长的激光，互相切换；发出的激光通过光纤衰减器和光开关送至瓦斯探 测器，将检测到的光信号经过光电转换送出电信号，把电信号进行放大为标准信号送给A/D 转换，得到数字信号，并送CPU进行处理，从而测定瓦斯浓度。上述监控计算机即CPU处理器。上述两台激光发生器相互切换的时间控制在1到5ms之间。
上述瓦斯探测器该探测器外形是一矩形盒子，盒子内有气室、过滤层、调校盖板、 运行盖板，盒外有光纤接头；其中心是气室，气室内部安装有两相对应的准直器光学镜头， 这些准直器光学镜头通过气室外的光纤接头与瓦斯监测系统相连接；气室下方备有运行盖 板和备有调校盖板，分别在系统运行时或调校探测器及瓦斯监测系统时安装在气室之上。上述激光发射器、光纤衰减器、光开关、光电转换器均为市售产品。本发明的煤矿瓦斯浓度检测方法的工作原理是由于两台激光发生器中的一台产 生的1666nm波长的激光具有只对瓦斯气体有高的灵敏度，因此采用1666nm波长的激光通 过矿井下的气体场对瓦斯浓度进行检测可以检测出瓦斯的微小变化，可以提高监测灵敏度 和检测范围。而瓦斯探测器内的瓦斯浓度大小可以通过检测到的光电信号大小，经过转换 得到数字信号，并送CPU进行处理，运算出浓度大小；同时CPU送出控制信号到光开关，实 现对激光检测系统的控制。由于煤矿环境恶劣，具有较高的湿度，会对检测精度造成严重影 响，因此通过光开关切换为1664nm波长的激光，对环境湿度进行检测，从两束光的电信号 大小之差能能正确检测出瓦斯浓度，消除环境湿度的影响。而两台激光器后的光纤衰减器 则用于自动调节两者的功率一致，确保功率匹配，提高系统可靠性。本发明的检测方法具有以下优点对瓦斯检测灵敏度高、能适应井下的高湿度环 境、响应时间快速、使用寿命超长、探测距离长、维护费用极低。适用于煤矿矿井瓦斯的监 测。
图1为本发明的方法所用的检测系统组成示意图，图2为光电探测器的结构示意 图。图中1为外壳，2为气室，3为准直器光学镜头，4为运行盖板，5为气孔，6为紧固螺 钉，7为过滤层，8为光纤连接头。
具体实施例方式在某矿井井下安装瓦斯气体探测器，在矿井井上部分安装两台激光发射器、光纤 衰减器、光开关、光电探测器和计算机，形成一套瓦斯检测系统。系统的激光发射器、光纤衰 减器、光开关、瓦斯探测器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光 电探测器。瓦斯探测器该探测器外形是一个矩形盒子，盒子内有气室、过滤层、调校盖板、运 行盖板，盒外有光纤接头；其中心是气室，气室内部安装有2 6组两相对应的准直器光学 镜头，这些准直器光学镜头通过气室外的光纤接头与瓦斯监测系统相连接；其下用运行盖 板或调校盖板分别在系统运行时或调校探测器及瓦斯监测系统时安装在气室之上。所用的激光发射器为波长1666nm和1664nm半导体光纤激光器。所用的光纤衰减器为电可调节光纤衰减器EV0A。所用的光开关为1X2类型的光开关。所用的光电探测器为1700nm长波长探测器。具体工作程序是用1666nm波长激光器发射激光并使用光纤传输到井下安装的 气体探测器，气体探测器输出的激光信号送井上的光电转换器，送计算机内的AD转换卡进
4行数据采集，在计算机界面上显示井下某点的瓦斯浓度；而分时切换的1664nm波长的光则用于消除环境湿度影响。切换时间控制在1到5ms之间。
权利要求
一种基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法，采用激光对瓦斯浓度进行检测，其特征在于该方法是设置由两台激光发射器、两台光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器、光电转换器、监控计算机组成的检测系统；激光发射器、光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；两台激光发生器分别发射1666nm波长的激光和1666nm波长的激光，互相切换；发出的激光通过光纤衰减器和光开关送至瓦斯探测器，将检测到的光信号经过光电转换送出电信号，把电信号进行放大为标准信号送给A/D转换，得到数字信号，并送CPU进行处理，从而测定瓦斯浓度；同时CPU送出控制信号到光开关，实现对激光检测系统的控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述监控计算机即CPU处理器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述两台激光发生器相互切换的时间控制在 1 5ms之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述瓦斯探测器该探测器外形是一个矩形盒 子，盒子内有气室、过滤层、调校盖板、运行盖板，盒外有光纤接头；其中心是气室，气室内部 安装有两相对应的准直器光学镜头，这些准直器光学镜头通过气室外的光纤接头与瓦斯监 测系统相连接；气室下方备有运行盖板和备有调校盖板，分别在系统运行时或调校探测器 及瓦斯监测系统时安装在气室之上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述激光发射器、光纤衰减器、光开关、光电 转换器均为市售产品。
全文摘要
本发明公开了基于双波长激光的煤矿瓦斯浓度检测方法，方法是设置由两台激光发射器、两台光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器、光电转换器、监控计算机组成的检测系统，激光发射器、光纤衰减器、光开关、瓦斯探测器和光电探测器依次用光纤连接；监控计算机则连接到光开关和光电探测器；两台激光发生器分别发射1666nm波长和1664nm波长的激光，互相切换；激光通过光纤衰减器和光开关送至瓦斯探测器，将检测到的光信号经过光电转换成电信号，放大为标准信号送给A/D转换为数字信号，并送CPU进行处理，从而测定瓦斯浓度。本方法有以下优点检测灵敏度高、能适应井下高湿度环境、响应时间快速、使用寿命超长、探测距离长、维护费用极低。适用于煤矿矿井瓦斯的监测。
文档编号G01N21/31GK101825562SQ20101012386
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者李捍东, 窦勤耘, 胡惠轶, 覃涛 申请人:李捍东