光纖傳感器與安全物聯網應用

作者：智宏科信 2021-08-19 16:18 來源：能源科技成果轉化服務平臺光纖傳感器物聯網應用

　　導語

　　光纖傳感器在礦山安全監測系統中的應用優勢明顯。本期轉化果推薦的《光纖傳感器與安全物聯網應用》重點介紹了激光光譜分析氣體傳感器、光纖光柵物理量傳感器、光纖分布式溫度傳感器等礦用傳感器的工作原理，以煤礦安全監控系統中的激光甲烷傳感器、礦山微震監測系統中的光纖加速度傳感器及采空區火災監測預警中的光纖分布式溫度傳感器為例，介紹了礦用光纖傳感器在礦山安全物聯網中的應用情況。

　　一、研發背景

　　1.工業安全、公共安全

　　工礦商貿企業就業人員10萬人生產安全事故死亡人數1474人;道路交通事故萬車死亡人數180人。

　　2.煤礦安全隱患

　　煤礦是我國主要一次性能源，主要存在瓦斯爆炸、沖擊地壓、頂板坍塌、火災、水害、設備故障、次生災害等。

　　3.安全物聯網-智能感知

　　國家安全科技規劃：加強研究“超前感知、預測預警”;安全監測監控是重要手段，傳感器技術是關鍵。

　　二、礦用激光/光纖傳感器簡介

　　1.光纖光柵類物理量傳感器

　　纖光柵是一個反射型的窄帶濾波器。當溫度、應變等發生變化時，反射波長發生改變。通過對波長的精確測量可以獲得被測信息。

　　(1)光纖光柵高靈敏度風速傳感器

　　靈敏度: 1 mm/s @0.5m/s

　　范圍: 0-30m/s

　　(2)光纖濕度傳感器

　　采用感濕膨脹線性、感濕范圍廣、響應速度快、濕滯小、長期穩定性好的濕敏材料并添加溫度補償研發光纖濕度傳感器。

　　(3)光纖光柵解調儀-基于可調激光器

　　光纖光柵解調儀可同時檢測12*16=192個傳感器;同時測量溫度、壓力、位移、應變、振動等多種物理量;光纜長度十余公里，不受光纖接頭等影響。

　　(4)光纖/激光光譜分析氣體傳感器

　　傳感器不帶電，無需標校

　　選擇性好，無交叉干擾

　　率先在中國建立工業標準、產業化

　　(5)低功耗激光氣體檢測技術適于無線傳感網絡

　　超低功耗：< 30mA@3.3V, 傳輸距離遠：>6 km;高精度無線便攜儀：0-100%，+/-0.05%;響應時間短: 7s;帶有智能化自診斷功能已在200余對煤礦成功應用，國家煤監局安全監控系統升級推廣。

　　2.光纖拉曼散射分布式測溫系統工程化

　　測量光纖內任何一點后向散射的反斯托克斯和斯托克斯光信號《散射光強度比值》該點光纖溫度。

　　三、煤礦、石化安全光纖傳感物聯網應用

　　(1)激光甲烷巡檢系統

　　(2)煤礦采空區發火預警定位

　　(3)煤礦機電設備光纖在線監測預警

　　(4)膠帶運輸機安全綜合監控

　　(5)立井井筒罐道位移、振動監測預警

　　(6)光纖頂板、微震監測系統

　　(7)光纖應急災情監測通信系統

　　(8)儲罐安全

　　1.激光瓦斯傳感器安全監控系統

　　采用激光/光纖甲烷傳感器，瓦斯傳感19 器/分站數字化接

　　2.煤礦分布式光纖火災監測系統-系統簡介

　　3.礦井火災是煤礦主要災害之一：采空區自然發火、皮帶運輸系統火災、采空區自然發火，60%的煤礦存在自然發火災害，其中采空區自然發火占很高的比例，國有重點煤礦具有自然發火危險的礦井約占51.3%，皮帶運輸系統火災，皮帶機頭等大型機電設備的機械故障、皮帶機托輥摩擦過熱、皮帶運輸過程中的遺煤自然等均可引起火災;

　　目前監測手段存在較大弊端，傳統束管監測存在巡檢周期長、實時性差、管路接頭漏氣，無法進行準確定位。

　　4.煤礦采空區自然發火-成功預警案例

　　2014年，成功預警龍煤集團某礦采空區有自然發火趨勢，系統進行預警。