一种基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统的制作方法

1.本发明涉及矿井灾害探测技术领域，特别涉及一种对矿井瓦斯浓度进行探测的系统。


背景技术：

2.煤炭是重要的战略能源，煤矿开采中随着优质浅埋藏煤层开采殆尽，煤矿开采进入深部，煤矿灾害频率会随之增加。瓦斯灾害是煤矿的主要灾害，其灾后效应将引发井下通讯瘫痪、供电中断，以当前电感式、点式监测为主体的瓦斯浓度监测系统因断电失去监测作用，无法获得井下瓦斯浓度分布情况。
3.现有技术中虽然已有用光纤布拉格光栅测量瓦斯浓度的研究，但是煤矿井下环境灰尘多，且瓦斯爆炸会产生强力的冲击，如何保证光纤光栅传感器在井下恶劣环境中长期稳定工作是一项技术难题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，以解决井下瓦斯浓度检测及保证光纤布拉格光栅长期稳定工作的技术问题。
5.本发明基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统包括沿矿井巷道布置的光纤、向光纤发射探测光脉冲的光源装置和对光纤传回的反射光信号的进行处理的信号处理装置，本发明基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统还包括串联在光纤上的若干个光栅传感装置，所述光栅传感装置包括底座、光耦合器、布拉格光栅传感器、光纤弹性护套和防爆护罩；
6.所述底座固定在巷道壁上；
7.所述光耦合器包括固定在底座上的耦合座、通过螺钉固定在耦合座上的耦合盖和对耦合座和耦合盖进行定位的定位销，耦合座和耦合盖上分别设置有同轴布置的左圆弧槽、中间圆弧槽和右圆弧槽，耦合座和耦合盖上还分别设置有通气槽孔，所述通气槽孔位于中间圆弧槽和左圆弧槽之间以及中间圆弧槽和右圆弧槽之间，所述光耦合器还包括遮挡在通气槽孔上的防尘透气层；
8.所述布拉格光栅传感器设置在中间圆弧槽中，与拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别设置在左圆弧槽和右圆弧槽中；
9.所述底座的两端具有固定光纤弹性护套的凸块，与布拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别穿过光纤弹性护套后插入左圆弧槽和右圆弧槽；
10.所述防爆护罩固定在底座上，且防爆护罩罩在光耦合器外，防爆护罩的两端具有卡在光纤弹性护套上的u形槽。
11.进一步，所述光纤的包层由耐高温阻燃材料制成。
12.本发明的有益效果：
13.1、本发明基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，其利用沿巷道布置的若干光栅传感装置来探测瓦斯浓度，能掌握矿井巷道全区域内的瓦斯浓度情况。
14.2、本发明基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，其光栅传感装置具有良好的防尘、防爆炸冲击、防火防高温功能，能保证光纤布拉格光栅传感器在矿井复杂环境下长期稳定工作。
附图说明
15.图1为基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统的结构示意图；
16.图2为光栅传感装置的立体结构示意图；
17.图3为耦合座设置在底座上的立体结构示意图；
18.图4为布拉格光栅传感器及光纤端部设置在光耦合器中的立体示意图；
19.图5为耦合盖通过螺钉连接在耦合座上的立体示意图；
20.图6为防尘透气层设置在光耦合器上的立体示意图。
具体实施方式
21.本实施例基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统包括沿矿井巷道布置的光纤1、向光纤发射探测光脉冲的光源装置2和对光纤传回的反射光信号的进行处理的信号处理装置3，本实施例中信号处理装置3具体为fbg光纤光栅解调仪器。本实施例基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统还包括串联在光纤上的若干个光栅传感装置4，所述光栅传感装置包括底座41、光耦合器、布拉格光栅传感器42、光纤弹性护套43和防爆护罩44。
22.所述底座通过锚栓5固定在巷道壁上。
23.所述光耦合器包括固定在底座上的耦合座45、通过螺钉固定在耦合座上的耦合盖46和对耦合座和耦合盖进行定位的定位销47，耦合座和耦合盖上分别设置有同轴布置的左圆弧槽48、中间圆弧槽49和右圆弧槽410，耦合座和耦合盖上还分别设置有通气槽孔411，所述通气槽孔位于中间圆弧槽和左圆弧槽之间以及中间圆弧槽和右圆弧槽之间，所述光耦合器还包括遮挡在通气槽孔上的防尘透气层412。具体实施中防尘透气层可以采用带透气孔的阻燃布，防尘透气层可采用螺钉连接、粘接等形式固定在耦合座和耦合盖上，通过设置防尘透气层能避免灰尘影响布拉格光栅传感器的性能，保证其长期工作的可靠性。
24.所述布拉格光栅传感器设置在中间圆弧槽中，与拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别设置在左圆弧槽和右圆弧槽中。通过光耦合器的耦合座和耦合盖夹紧固定拉格光栅传感器和光纤端部，能保证光路可靠耦合。
25.本实施例中的布拉格光栅传感器和防尘透气层可方便的更换，便于维护。
26.所述底座的两端具有固定光纤弹性护套的凸块，与布拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别穿过光纤弹性护套后插入左圆弧槽和右圆弧槽。通过光纤弹性护套对光纤端部进行保护，光纤弹性护套的支撑及减震作用，能保护光纤在受到爆炸冲击时避免折断损坏。
27.所述防爆护罩固定在底座上，且防爆护罩罩在光耦合器外，防爆护罩的两端具有卡在光纤弹性护套上的u形槽。u形槽还作为空气入口，使得布拉格光栅传感器能探测到空气中瓦斯浓度变化。当然在具体实施中，还可在防爆护罩单独设置空气入口。通过防爆护罩能避免爆炸产生气流冲击损坏内部的光耦合器。
28.作为对上述实施例的改进，所述光纤的包层由耐高温阻燃材料制成，本改进可避
免矿井发生瓦斯爆炸情况下光纤被高温气体烧坏。
29.本实施例基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，其利用沿巷道布置的若干光栅传感装置来探测瓦斯浓度，能掌握矿井巷道全区域内的瓦斯浓度情况。并且本实施例中的光栅传感装置具有良好的防尘、防爆炸冲击、防火防高温功能，能保证光栅传感装置在矿井复杂环境下长期稳定工作。
30.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。


技术特征：
1.一种基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，包括沿矿井巷道布置的光纤、向光纤发射探测光脉冲的光源装置和对光纤传回的反射光信号的进行处理的信号处理装置，其特征在于：还包括串联在光纤上的若干个光栅传感装置，所述光栅传感装置包括底座、光耦合器、布拉格光栅传感器、光纤弹性护套和防爆护罩；所述底座固定在巷道壁上；所述光耦合器包括固定在底座上的耦合座、通过螺钉固定在耦合座上的耦合盖和对耦合座和耦合盖进行定位的定位销，耦合座和耦合盖上分别设置有同轴布置的左圆弧槽、中间圆弧槽和右圆弧槽，耦合座和耦合盖上还分别设置有通气槽孔，所述通气槽孔位于中间圆弧槽和左圆弧槽之间以及中间圆弧槽和右圆弧槽之间，所述光耦合器还包括遮挡在通气槽孔上的防尘透气层；所述布拉格光栅传感器设置在中间圆弧槽中，与拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别设置在左圆弧槽和右圆弧槽中；所述底座的两端具有固定光纤弹性护套的凸块，与布拉格光栅传感器两端光连接的光纤的端部分别穿过光纤弹性护套后插入左圆弧槽和右圆弧槽；所述防爆护罩固定在底座上，且防爆护罩罩在光耦合器外，防爆护罩的两端具有卡在光纤弹性护套上的u形槽。2.根据权利要求1中所述的基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，其特征在于：所述光纤的包层由耐高温阻燃材料制成。

技术总结
本发明公开了一种基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，包括沿矿井巷道布置的光纤、光源装置、信号处理装置，还包括串联在光纤上的若干个光栅传感装置，光栅传感装置包括底座、光耦合器、布拉格光栅传感器、光纤弹性护套和防爆护罩。本发明基于光纤传感的矿井瓦斯浓度探测系统，其利用沿巷道布置的若干光栅传感装置来探测瓦斯浓度，能掌握矿井巷道全区域内的瓦斯浓度情况，且其光栅传感装置具有良好的防尘、防爆炸冲击、防火防高温功能，能保证光纤布拉格光栅传感器在矿井复杂环境下长期稳定工作。工作。工作。


技术研发人员：袁强 魏立科 姜德义 陈结 王翀 尹慧敏 蒲源源 任奕玮
受保护的技术使用者：北京景通科信科技有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/4/15