光纖測溫裝置
一、概述
ZWX6礦用分布式光纖測溫裝置是我公司研發(fā)的新一代光纖解調(diào)裝置，適應(yīng)于煤礦井下的溫度測量。裝置采用光纖的拉曼散射和光時(shí)域反射技術(shù)，用光信號(hào)進(jìn)行測量和傳輸。實(shí)現(xiàn)了測量現(xiàn)場的無電檢測。感溫光纜不帶電，封裝滿足阻燃抗靜電，本質(zhì)安全，適用于煤礦井下﹑易爆﹑強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境。具有測量準(zhǔn)確，安裝方便，穩(wěn)定可靠,應(yīng)用面廣泛的優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于礦井采空區(qū)、皮帶機(jī)沿線、掘進(jìn)巷道的環(huán)境溫度監(jiān)測以及對(duì)煤炭自燃的監(jiān)測。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸將井下信息實(shí)時(shí)上傳到地面控制室。二、結(jié)構(gòu)和工作原理● 結(jié)構(gòu)由礦用分布式光纖測溫裝置與計(jì)算機(jī)、顯示器及礦用感溫光纜配套使用。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1
● 工作原理
工作原理是依據(jù)后向拉曼（Raman）散射效應(yīng)。激光脈沖從光纖中的一端進(jìn)入，在向前傳播中光纖分子相互作用，發(fā)生多種類型的散射。其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)比光源波長長的光，稱斯托克斯（Stokes）光，和一個(gè)比光源波長短的光，稱為反斯托克斯（Anti-Stokes）光。反斯托克斯光信號(hào)的強(qiáng)度對(duì)溫度影響比較敏感。從光波導(dǎo)內(nèi)任何一點(diǎn)的反斯托克斯光信號(hào)和斯托克斯光信號(hào)強(qiáng)度的比例中，可以得到該點(diǎn)的溫度信息。利用光時(shí)域反射（OTDR）原理即通過光纖中光波的傳輸速度和背向光回波的時(shí)間對(duì)這些熱點(diǎn)進(jìn)行定位。利用以上技術(shù)原理即可實(shí)現(xiàn)對(duì)沿光纖溫度場的分布式測量。
● 主要技術(shù)指標(biāo)
4.1 環(huán)境條件
裝置在下列環(huán)境條件下應(yīng)能正常工作：
a) 環(huán)境溫度：-20℃～+40℃
b) 平均相對(duì)濕度：≤96%RH（+25℃時(shí)）
c) 大氣壓力：80kPa～110kPa
d) 在有甲烷、煤塵爆炸性混合物的煤礦井下使用。
4.2 電源額定條件
4.3.1 額定電壓：AC127V，額定電流：395mA。電壓波動(dòng)范圍：標(biāo)稱值的80～110%。
4.3.2 源頻率：48～52Hz。
4.3.3 源電壓失真：總的諧波分量不大于10%。
4.3 基本性能
4.4.1 光功率輸出
輸出光波長1550nm，輸出光功率范圍-20～0dBm。
4.4.2 傳輸
4.4.2.1 傳輸方式：10M/100M以太網(wǎng)傳輸；
4.4.2.2 傳輸信號(hào)峰峰值電壓:1～10V。
4.4.2.3 傳輸信號(hào)電流小于5mA。
4.4.2.4 傳輸距離為1～10米。
4.4.3 裝置本安參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)信號(hào)）：Uo：5VDC Io：5mA Co：1μF Lo：1mH
4.4.4 裝置能夠測量環(huán)境溫度，通過顯示屏顯示儀器工作狀態(tài)、設(shè)備故障、傳感器故障、溫度報(bào)警。
4.4.5 裝置測量參數(shù)及允許的基本誤差應(yīng)符合表1：
光纖分布式測溫裝置技術(shù)參數(shù)
● 應(yīng)用領(lǐng)域
1、煤礦采空區(qū)自燃發(fā)火監(jiān)測
煤炭自燃是煤礦開采過程中的主要自然災(zāi)害，目前我國有60%的礦井在開采具有自燃傾向性的煤層。隨著近年來開采強(qiáng)度的增大，新技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井的不斷延伸和深部開拓特別是遠(yuǎn)距離煤層開采帶來的問題，以及通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜化，使得煤礦自燃性有明顯增大的趨勢。分布式測溫裝置可對(duì)采空區(qū)內(nèi)部、回風(fēng)巷的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測和定位。
2、皮帶機(jī)分布式火點(diǎn)預(yù)警
皮帶機(jī)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，在煤塵堆積的情況下極易產(chǎn)生火災(zāi)，引發(fā)一系列的安全事故。目前皮帶運(yùn)輸機(jī)的巡視檢查主要采用人工巡檢及紅外測溫的方式進(jìn)行溫度監(jiān)測，人工判斷各主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的運(yùn)行情況，巡視一次時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，而且很難發(fā)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸機(jī)的異常情況。本裝置采用光纖技術(shù)對(duì)皮帶機(jī)沿線溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部熱點(diǎn)極早預(yù)警，從而增加設(shè)備運(yùn)行的安全性，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)無人值守運(yùn)行。
對(duì)皮帶機(jī)槽鋼、軸承、滾軸、機(jī)頭、機(jī)尾等關(guān)鍵位置的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測和定位，上位機(jī)軟件具有實(shí)時(shí)溫度曲線顯示、溫度歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。
3、高莊電纜接線裝置溫度在線監(jiān)測
裝置具有本質(zhì)安全，長期可靠，不受電磁干擾，測溫精度高，實(shí)時(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，通過對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，將故障、事故消除在萌芽狀態(tài)，真正地做到防患于未然。
裝置可實(shí)時(shí)在線溫度監(jiān)測，過程監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)約維護(hù)成本，降低停電、火災(zāi)事故，減少經(jīng)濟(jì)損失。測量精度高，使用壽命長。
4、機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測
皮帶機(jī)、水泵、電機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)等機(jī)電設(shè)備是煤礦上非常重要的自動(dòng)化設(shè)備，它們的運(yùn)行狀況直接影響煤礦的安全及生產(chǎn)運(yùn)營，主要依靠人工定時(shí)巡檢的方式進(jìn)行檢測，耗時(shí)耗力且效率低，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的早期預(yù)警和診斷。機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測能夠?qū)C(jī)電設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與分析，實(shí)時(shí)、客觀的反映機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過在線故障診斷趨勢分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障早期預(yù)警。
