[发明专利]自校准气室及分布式光纤甲烷传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯监测技术领域，特别涉及一种自校准气室及分布式光纤甲烷传感系统。

背景技术

现阶段安全问题是困扰煤矿生产的重要问题，其中瓦斯灾害是煤矿的首要灾害，占全国煤矿重大事故总数的70％以上。瓦斯监测一直在煤矿井下监测监控系统中占据突出位置。现有的瓦斯监测技术，载体催化原理甲烷传感器存在着测量不够准确、调校周期短、测量范围窄、易受环境气体干扰等问题；基于“非色散红外检测”(NDIR)技术的红外甲烷传感器，克服了其中的大部分问题，但也存在着较易受到其他烷烃类气体干扰、不易开展长距离、分布式测量等问题。分布式光纤甲烷传感系统利用激光光源谱线窄、能量密度高的优点，结合现有成熟的光纤传感网络技术，具有测量精度和准确度高，抗干扰能力强，能完成长距离、分布式检测等应用特点，对于提升煤矿瓦斯监测有效性具有重大意义。自校准气室是分布式光纤甲烷传感系统的重要组成部分，配合相应的信号处理方法，可实现激光光源谱线与甲烷吸收谱线的匹配自校准功能，提高传感系统长期运行的稳定性。

现有的自校准气室结构复杂，通常在壳体内设有用于容纳自校准气体的密闭的气体容器，容器的器壁上设有至少一对透光的射入窗口和射出窗口，激光光束通过入射窗口进入容器，在容器中与密封气体作用后通过出射窗口离开容器并进行光电探测。该方法激光光束进出容器，光路调整精度要求高，两个光学窗口易出现光干涉现象，降低检测的可靠性，且成本较高。

现有的自校准气室独立于测量通道外，单独占用一路光路信号，降低了系统容量，增加了系统成本。此外，多个测量通道的自校准功能，采用同一个校准信号源统一调节，无法实现对单一测量通道的精确校准功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自校准气室，其结构简单、便于制造加工，光路调整方式简单，且密封性高，保证具有较高的测量精度；同时，本发明还提供一种应用该自校准气室的分布式光纤甲烷传感系统。

本发明的自校准气室，包括灌封盒及灌封固定在灌封盒内的壳体、光纤准直器Ⅰ和光纤准直器Ⅱ，所述壳体设有用于容纳自校准气体的气体容纳腔且其左右两侧对称设有固定座Ⅰ及固定座Ⅱ，固定在固定座Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ及固定在固定座Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互对正；光纤准直器Ⅰ的尾纤Ⅰ及光纤准直器Ⅱ的尾纤Ⅱ分别从灌封盒两侧的光纤出口引出。

进一步，所述灌封盒内通过填充环氧树脂而对壳体、光纤准直器Ⅰ及光纤准直器Ⅱ进行灌封固定。

进一步，所述固定座Ⅰ及固定座Ⅱ均包括由壳体侧面内凹形成的沉台及设在沉台与气体容纳腔之间使二者连通的连通孔，至少三颗对称设置的锁紧螺钉螺旋穿入沉台并支撑相应的光纤准直器。

进一步，所述沉台的底部设有限位块，所述限位块套在相应的光纤准直器外并形成径向支撑。

进一步，所述壳体采用不锈钢材料制成，所述固定座Ⅰ及固定座Ⅱ均一体成型设置于壳体。

本发明的分布式光纤甲烷传感系统，包括用于发射激光的激光器及沿激光光路依次连接的自校准气室、光分束器及测量通道，所述测量通道并列设置至少两路，每一测量通道均包括测量气室和光电探测器，激光光束通过测量气室后进入光电探测器；所述自校准气室包括灌封盒及灌封固定在灌封盒内的壳体、光纤准直器Ⅰ和光纤准直器Ⅱ，所述壳体设有用于容纳自校准气体的气体容纳腔且其左右两侧对称设有固定座Ⅰ及固定座Ⅱ，固定在固定座Ⅰ中的光纤准直器Ⅰ及固定在固定座Ⅱ中的光纤准直器Ⅱ相互对正；光纤准直器Ⅰ的尾纤Ⅰ及光纤准直器Ⅱ的尾纤Ⅱ分别从灌封盒两侧的光纤出口引出。

进一步，所述灌封盒内通过填充环氧树脂而对壳体、光纤准直器Ⅰ及光纤准直器Ⅱ进行灌封固定。

进一步，所述固定座Ⅰ及固定座Ⅱ均包括由壳体侧面内凹形成的沉台及设在沉台与气体容纳腔之间使二者连通的连通孔，至少三颗对称设置的锁紧螺钉螺旋穿入沉台并支撑相应的光纤准直器。

进一步，所述沉台的底部设有限位块，所述限位块套在相应的光纤准直器外并形成径向支撑。

进一步，所述壳体采用不锈钢材料制成，所述固定座Ⅰ及固定座Ⅱ均一体成型设置于壳体。

本发明具有如下有益效果：