一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置的制作方法

本发明属于煤矿顶板监测与治理领域，具体涉及一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，该装置尤其适用于当前深井开采煤矿巷道及采掘工作面的顶板离层大变化的检测、本地实时显示及远程预警领域。

背景技术：

近年来，伴随着我国煤矿开采深度和开采强度的不断增加，同时带来了煤矿开采自然灾害的加重，特别是近些年顶板灾害事故频率明显上升；顶板安全问题多数是由监测手段落后、监测技术不稳定造成。研发新一代适合煤矿安全领域应用的先进传感器及先进的监测解调装置，并以此为基础构建新型煤矿光纤顶板灾害动态监测与破碎治理预警系统，消除传统系统的跳数、无数据、误码率高等问题，提升系统的可靠性和稳定性，实现了连续实时在线监测能力，对于实现煤矿安全开采具有十分重要的意义。

目前矿压检测装置不完备，抗干扰能力差，监测装置数据传输能力差、传输距离短，无法实时在线监测，现有监测装置测量精度低、接入传感器数量少、光源带范围宽窄、解调速度慢、维护管理不方便等往往造成矿井安全监控不到位。

传统的煤矿顶板检测系统架构及施工工艺复杂，一个监测工作面全部安装下来需要几十台监测装置、本安电源以及信号中继器，系统在井下敷设线路多，经常存在铺设线缆困难、线缆多、取电不方便、维护难等诸多不足问题，传统监测装置取电比较单一，多数为127v或660v供电，无法满足全国各地煤矿装置供电多样化。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种更适合煤矿安全生产需求的矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，该装置可接入矿用光纤顶板离层、锚杆、锚索载荷、煤岩层应力、振动、液位、压力等传感器，提供一种现场安装方便、现场可视、无源监测、测量精度高、量程范围大、隔爆兼本质安全，并能实时本地显示及远程实时监控预警预报；所述矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置提供兼容矿井大部分电源从127v～1140v,无需考虑接电难问题，系统单台主机涉及容量大，物理通道数不少32个。更适合光纤传感器技术在市场应用及推广。本发明的技术方案如下：

一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，包括接线腔和防爆电器腔，所述接线腔和防爆电器腔为各自独立密闭的腔，所述接线腔包括输入电源接线柱、网线接线柱和光纤穿墙接线端子，所述防爆电器腔内包括降压供电模块、通讯模块、数据解调分析模块和信号采集模块。所述信号采集模块采集的数据通过通讯模块输送到数据解调分析模块中。

所述输入电源接线柱连接降压供电模块，输入电源接线柱包括1140v接线柱、660v接线柱和127v接线柱，所述降压供电模块包括大功率电器开关、熔断器和宽范围多参数变压器，所述宽范围多参数变压器包括220v输出端，220v输出端连接有开关电源，所述220v输出端和开关电源间设置自锁开关。

进一步的，所述降压供电模块与煤矿变电所内的动力电相连接，能够将高压电如1140v、660v降低为市电220v，还可将127v升压到220v,给其它模块供电，优选的,降压供电模块上配有三路电器开关，市电220v端配有自锁开关。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，分为上下结构，上面腔为接线腔，用上盖板密封，下面为隔爆电器腔，用前防爆门进行密封。左右侧面各带有接电源线喇叭口和通讯线喇叭口，后侧有通道光缆喇叭口。前防爆门带有显示窗、自锁开关安装孔和门手。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，接线腔与防爆电器腔为各自独立密闭的腔，电源与信号传输通过输入电源接线柱、网线接线柱和光纤穿墙接线端子相连接，达到煤安要求。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，所述降压供电模块与煤矿变电所内的动力电相连接，将高压电降低市电，用于给其它模块供电；所述通讯模块由两部分组成有源连接和无源光纤连接，用于将数据解调分析模块分析出来的数据发送到井下环网中；所述数据解调分析模块，用于读取信号采集模块的数据，进行大数据分析、存储、显示、预警等功能；所述信号采集模块用于把传感器光信号转变成电信号，输出每个通道传感器的波长数据给数据解调分析模块。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，防爆外壳优选q235钢板焊接成型，成型外壳进行静压试验能承受水压1mpa，时间1min，无泄漏，无影响防爆性能的损坏和永久变形。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，所述防爆电器腔底部设置有接地接线柱和支撑底座，两侧设置有提手及起吊倒钩，

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，防爆电器腔内的通讯模块模块可通过有源网线连接到井下交换机，连接距离≤100米，还可通过无源光纤通信连接到井下交换机或地面监测中心，其连接距离≤20km。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，防爆电器腔内的数据解调分析模块，可在本机实现数据的分析、存储、显示及报警功能，数据存储时间不少于1年。

如上所述的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，防爆电器腔内的信号采集模块，具有32个物理通道，优选的，其输出光信号波长分为两种，一种波长范围为40nm(1528-1568nm)，另外一种是80nm(1528-1608)；根据现场使用情况进行配置，模块最小扫描频率为3hz，最大扫描频率为100hz。

本发明的有益效果在于：

本发明涉及的一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，稳定性好，兼容性及带载能力强；与传统监测装置相比无需大量监测装置，矿用光纤顶板动态监测系统依靠一台矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置通过光缆可连接上百个光纤顶板离层、锚杆(索)应力、钻孔压力等传感器；矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置采用光纤作为传感器传输介质其测量距离长，解决传统监测系统抗干扰、信号需中继、分站供电线路复杂、防潮防水等问题；矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置通道数量多，装置光源带宽监测范围1528-1608，可到达80nm，保证一台监测装置就可以满足煤矿多个工作面监测需求，具有较好的投资性价比；矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置可实时动态监测顶板的变化规律，准确预报早期隐患点的位置，对预防顶板灾害和保证工作人员安全具有重要意义。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

在附图中：

图1为矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置外壳视图；

图2为矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置接线腔视图；

图3为矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置剖视图；

图4为矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置电器原理图；

图中各附图标记所代表的组件为：

1、接线腔，11、输入电源接线柱，12、网线接线柱，13、光纤穿墙接线端子，14、上盖板，141、起吊环，15、喇叭口，151、电源线喇叭口，152、通讯线喇叭口，153、通道光缆喇叭口，2、防爆电器腔，21、前防爆门，211、液晶显示窗，212、自锁开关安装孔，213、门手，22、接地接线柱，23、支撑底座，24、提手，25、起吊倒钩，3、降压供电模块，31、大功率电器开关，32、熔断器，33、宽范围多参数变压器，34、开关电源，35、自锁开关，4、通讯模块，41、本安型网络隔离模块，42、光纤网络收发器，5、数据解调分析模块，51、嵌入式分析处理主板，511、液晶显示器，6、信号采集模块，61、光纤通道，62、可调谐宽带光纤光栅解调模块。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

参见图1，一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置，包括接线腔1和防爆电器腔2，接线腔1和防爆电器腔2为各自独立密闭的腔，所述接线腔1包括输入电源接线柱11、网线接线柱12和光纤穿墙接线端子13，所述防爆电器腔2包括降压供电模块3、通讯模块4、数据解调分析模块5和信号采集模块6。

下面结合图2和图3，一种矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置的外壳结构分为上下结构，上面腔为接线腔1，用上盖板14密封，下面为防爆电器腔2，用前防爆门21进行密封。上盖板14焊接有起吊环141，左右侧面各带有电源线喇叭口151和通讯线喇叭口152，后侧有通道光缆喇叭口153。前防爆门21设置液晶显示窗211和自锁开关35；矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置的接线腔1与防爆电器腔2为各自独立密闭的腔，两个腔电源与信号，是通过输入电源接线柱11、网线接线柱12和光纤穿墙接线端13相连接，达到煤安要求。

下面结合图4，矿用隔爆兼本安型光纤顶板动态监测装置供电有三路1140v、660v、127v，以及零线，可以任意选取一路对装置进行供电，电源经过输入电源接线柱11、大功率电器开关31、熔断器32、宽范围多参数变压器33将外界的电压变到市电220v；大功率电器开关31与前防爆门21接触，当前防爆门21打开后，大功率电器开关31断开，当防爆门关闭后，大功率电器开关31合上；熔断器32主要对设备其它器件进行保护，当器件损坏或过载，熔断器32能自动断开；宽范围多参数变压器33采用进口矽钢片，优质无氧铜线，具有体积小，产品质量性能好的优点，初级有4根输入线分别对应着1140v、660v、127v和零线，次级输出线有两根分别是220v火线与零线；自锁开关35安装于防爆门上，实现手动对装置进行上电或断电；开关电源34将市电220v降压到直流电5v和12v，然后分别给通讯模块4、数据解调分析模块5和信号采集模块6供电。

信号采集模块6包括光纤通道61和可调谐宽带光纤光栅解调模块62，信号采集模块内部有可调谐激光器、光纤耦合器及分束器、光电探测器、信号转换电路、信号采集电路、嵌入式采集主板；模块通过嵌入式采集主板输出控制信号，控制可调谐激光器从波长1528到波长1608开始扫描，激光器输出的光谱通过耦合器分束器和光纤穿墙接线端子13进入传感器内，当传感器受到外力影响时，其光纤光栅反射回来的波长会发生变化，反射回来的波长信号通过耦合器分束器进入了光电探测器上，将光纤信号变为电信号，电信号再经过信号转换电路进行滤波、放大、处理进入采集模块上，嵌入式采集主板最终将采集的传感器信号转变成波长信号，通过网口传送给嵌入式分析处理主板51。

信号采集模块6具有32个物理通道，根据实际需求在满足响应时间情况下，还可以扩展到64通道；模块内兼容两种光源驱动电路，一种光源驱动电路其输出光信号波长范围为40nm(1528-1568nm)，另外一种是80nm(1528-1608)；根据现场使用情况进行配置，模块最小扫描频率分为3hz，最大扫描频率为100hz。

考虑到复杂现场情况，通讯模块4内部集成了有源网络通信和无源光纤网络通信；有源网络通信是指嵌入式分析主板的网口通过矿用本安型网络隔离模块41连接到井下交换机，该方式连接简单，维护方便，适合在连接距离≤100米的情况使用，无源光纤通信是指通过光纤网络收发器42直接连接到井下交换机，如果井下没有工业环网也可以直接连接到地面监测中心机房，该方式连接需要专业工具，维护需要专业人员，适合在无井下环网或者环网离监测地点较远，其连接距离≤20km。

数据解调分析模块5采用x64架构的嵌入式工业级主板，配有256g电子存储硬盘，该模块可实现数据的分析、存储、显示及报警、查看传感器波长曲线、传感器的工作状态等功能，解析出来的数据存储时间不少于1年，液晶显示器511采用工业级7寸1024*768，显示装置解调数据及显示报警。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。