[发明专利]一种光纤分布式多点在线气体监测系统及其主机

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤分布式多点在线气体监测系统及其主机。

背景技术

煤矿安全生产过程中的瓦斯气体防治是重中之重。传统上使用先抽后采的方法是防范瓦斯气体事故和提高煤矿安全生产作业的保障之策。另外，抽采上来的瓦斯有害气体可以进行发电生产，这将会给煤矿带来很大经济利益。

可是，在瓦斯气体的抽采过程中，需要对瓦斯气体浓度进行实时的在线监测。现在国内许多矿井已经建立了甲烷浓度的监测系统，基本上都是分支树型的网络结构，在煤矿井上设置控制中心主站，井下现场设置多个测控分站。分站采集信息并传送给主站，主站处理信息后发出相应控制命令，由分站接收并执行。主站与分站之间信息和命令的传输，通过敷设专用电缆，采用RS485、PSK、FSK等技术，按各自规定的专用通信协议来实现。在分站到传感器之间的甲烷信息，依靠专用电缆，采用4～20mA或200～1000Hz的模拟信号来传输，存在传感器寿命短、需频繁调校、测量范围小、接入不灵活、实现跟进不方便、无法反映工作面甲烷空间梯度的分布等缺点。

现有多监测点的在线气体监测系统均在各个监测点均布置监测仪器或传感器，测量监测点的气体参数，分析数据并通过通讯电缆将测量数据传输至系统主机或服务器。这些监测仪器或传感器一般包括：测量敏感元件、信号处理单元、数据分析单元、信号变送传输单元等，所以普遍存在系统组成复杂、成本投入过大、故障率高等问题。

过去十年用于环境监测和工业气体过程控制最成功的技术是激光光谱检测技术，它可以提供相当高的检测精度，与光纤传感技术结合，成为一种分布式激光气体吸收光谱检测技术。这种技术可以提供气体的长距离、在线、实时探测，使得恶劣工程环境下的应用成为可能，在安全监测方面以及航天和核工业领域有着极好的应用前景。

近几年，随着光纤传感技术和光纤通信网络技术的飞速发展，利用光纤带宽大、易于成网的特点，组成一个复用的光纤多点传感网络系统，已成为当前世界上最热的传感研究领域之一。把光电子技术和材料领域的最新成果应用于甲烷检测研究，发展新一代免维护、抗干扰、高灵敏度的甲烷检测系统，是目前国际上最新的研究动向。采用光纤复用技术，使多个传感器共用一根传输光纤和一个光源可以大大降低整个系统的成本，而且系统网络化方便了系统的维护管理，为光纤气体传感系统走向实用开辟了崭新的道路。

可调谐半导体激光吸收光谱技术(简称TDLAS技术)就是在上述研究成果基础上发展起来的气体检测技术，其原理如下：物质对不同频率的电磁波有不同的吸收，因此吸收谱线可作为识别不同气体分子的“指纹”，根据吸收谱线的位置和强度确定分子的成分和浓度。由于多数有机和无机污染成分在可见和红外波段都具有吸收线，利用这些吸收线可以定量分析各种污染成分。TDLAS技术以可调谐半导体激光器作为光源，具有很高的光谱分辨率和可调谐性，利用这些特点对待测气体分子在该光谱范围内的一条振转线的光谱吸收进行测量，从而实现气体浓度的探测。

中国专利申请号200810100549.2公开了一种光纤分布式多点瓦斯实时监测仪及监测方法，这种监测仪就采用了上述TDLAS技术，同时，为了监测多个监测点，采用了光纤分路器对激光进行分路传输，而且对应每个监测点的返回光纤，均设有一个红外光电探测器，每个红外光电探测器用于探测对应监测点返回的光谱信息。该方案由于对激光进行了分路处理，其传输的距离有所降低，只能实现短距离的分布点监测，并且在返回主机时在光纤分路器的每个输入接口都要设置一个红外光电探测器，成本较高，控制使用也较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种光纤分布式多点在线气体监测系统，以解决现有监测系统监测距离短及控制复杂的问题，同时提供了一种光纤分布式多点在线气体监测系统主机。

为了实现以上目的，本发明光纤分布式多点在线气体监测系统所采用的技术方案是：一种光纤分布式多点在线气体监测系统，包括主机及分布在各监测点的监测探头，所述主机内安装有激光器，所述激光器的输出端连接于1*N输入光开关的输入端，1*N输入光开关的N路输出端通过输入光纤连接到各对应的监测探头，各监测探头通过输出光纤连接至主机中设置的1*N输出光开关的N路对应输入端，1*N输出光开关的输出端与红外光电探测器相连；该主机中还设置有用于控制1*N输出光开关和1*N输入光开关选通设定监测探头对应光路的控制模块，控制模块对1*N输入光开关的N通道采用设定时间的扫描周期进行扫描以实现该监测系统中激光的N路分时检测。

所述控制模块通过传输光纤与各监测探头内设的本地显示和报警单元通信连接。