光纖傳感器與安全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　導(dǎo)語

　　光纖傳感器在礦山安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。本期轉(zhuǎn)化果推薦的《光纖傳感器與安全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用》重點(diǎn)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(jiān)控系統(tǒng)中的激光甲烷傳感器、礦山微震監(jiān)測系統(tǒng)中的光纖加速度傳感器及采空區(qū)火災(zāi)監(jiān)測預(yù)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(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用情況。

　　一、研發(fā)背景

　　1.工業(yè)安全、公共安全

　　工礦商貿(mào)企業(yè)就業(yè)人員10萬人生產(chǎn)安全事故死亡人數(shù)1474人;道路交通事故萬車死亡人數(shù)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(zāi)、水害、設(shè)備故障、次生災(zāi)害等。

　　3.安全物聯(lián)網(wǎng)-智能感知

　　國家安全科技規(guī)劃：加強(qiáng)研究“超前感知、預(yù)測預(yù)警”;安全監(jiān)測監(jiān)控是重要手段，傳感器技術(shù)是關(guān)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(gè)反射型的窄帶濾波器。當(dāng)溫度、應(yīng)變等發(fā)生變化時(shí)，反射波長發(fā)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(fēng)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(yīng)速度快、濕滯小、長期穩(wěn)定性好的 濕敏材料并添加溫度補(bǔ)償研發(fā)光纖濕度傳感器。

　　(3)光纖光柵解調(diào)儀-基于可調(diào)激光器

　　光纖光柵解調(diào)儀可同時(shí)檢測12*16=192個(gè)傳感器;同時(shí)測量溫度、壓力、位移、應(yīng)變、振動(dòng)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(biāo)校

　　選擇性好，無交叉干擾

　　率先在中國建立工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)化

　　(5)低功耗激光氣體檢測技術(shù)適于無線傳感網(wǎng)絡(luò)

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

　　2.光纖拉曼散射分布式測溫系統(tǒng)工程化

　　測量光纖內(nèi)任何一點(diǎn)后向散射的反斯托克斯和斯托克斯光信號《散射光強(qiáng)度比值》該點(diǎn)光纖溫度。

　　三、煤礦、石化安全光纖傳感物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　(1)激光甲烷巡檢系統(tǒng)

　　(2)煤礦采空區(qū)發(fā)火預(yù)警定位

　　(3)煤礦機(jī)電設(shè)備光纖在線監(jiān)測預(yù)警

　　(4)膠帶運(yùn)輸機(jī)安全綜合監(jiān)控

　　(5)立井井筒罐道位移、振動(dòng)監(jiān)測預(yù)警

　　(6)光纖頂板、微震監(jiān)測系統(tǒng)

　　(7)光纖應(yīng)急災(zāi)情監(jiān)測通信系統(tǒng)

　　(8)儲(chǔ)罐安全

　　1.激光瓦斯傳感器安全監(jiān)控系統(tǒng)

　　采用激光/光纖甲烷傳感器，瓦斯傳感19 器/分站數(shù)字化接

　　2.煤礦分布式光纖火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)-系統(tǒng)簡介

　　3.礦井火災(zāi)是煤礦主要災(zāi)害之一：采空區(qū)自然發(fā)火、皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)火災(zāi)、采空區(qū)自然發(fā)火，60%的煤礦存在自然發(fā)火災(zāi)害，其中采空區(qū)自然發(fā)火占很高的比例，國有重點(diǎn)煤礦具有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井約占51.3%，皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)火災(zāi)，皮帶機(jī)頭等大型機(jī)電設(shè)備的機(jī)械故障、皮帶機(jī)托輥摩擦過熱、皮帶運(yùn)輸過程中的遺煤自然等均可引起火災(zāi);

　　目前監(jiān)測手段存在較大弊端，傳統(tǒng)束管監(jiān)測存在巡檢周期長、實(shí)時(shí)性差、管路接頭漏氣，無法進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

　　4.煤礦采空區(qū)自然發(fā)火-成功預(yù)警案例

　　2014年，成功預(yù)警龍煤集團(tuán)某礦采空區(qū)有自然發(fā)火趨勢，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警。

　　5.光纖機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

　　6.煤礦皮帶光纖分布式溫度/振動(dòng)監(jiān)測預(yù)警

　　7.光纖頂板圍巖變形綜合監(jiān)測系統(tǒng)

　　8.光纖微震監(jiān)測系統(tǒng)

　　9.光纖應(yīng)急通信及信息系統(tǒng)

　　四、光聯(lián)萬物智引未來

　　光纖傳感器具有多參數(shù)、大容量，長距離、分布式、無源本質(zhì)安全等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn);特別適合對高危行業(yè)如煤礦、油氣儲(chǔ)運(yùn)等安全監(jiān)測測預(yù)警;微光機(jī)電、低功耗激光芯片等技術(shù)將解決功耗瓶頸，使高性能的激光傳感器成為無線傳感器終端。

　　光纖傳感器與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，將構(gòu)成全覆蓋安全物聯(lián)網(wǎng)。我國在激光甲烷傳感器在煤礦廣泛應(yīng)用，正逐步推廣到化工、燃?xì)獾裙I(yè)和公共安全領(lǐng)域。