[发明专利]一种基于光纤光栅的超前预控系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感与电气安全工程交叉领域，具体涉及一种用于矿井及其它易燃易爆场所的电气设备开盖超前预控系统。

背景技术

煤矿井下作业中，人员带电检修等违章操作时有发生，这些情况极易造成触电事故，甚至产生电火花引起瓦斯爆炸。《煤矿安全规程》规定：“井下不得带电检修、搬迁电气设备、电缆和电线，非专职人员或非值班电气人员不得擅自操作电气设备，采区电工不得擅自打开采区变电所电气设备进行修理”。尽管有健全的煤矿安全制度，但是从技术装备上不能完全保证以上条款的贯彻落实，一些员工忽视安全规定，违规操作，给煤矿生产带来极大的安全隐患。煤矿企业中因违规操作电气设备接线盒盖的机电伤亡及瓦斯爆炸事故时有发生。为了避免类似事故的发生，煤矿电气设备亟需从技术上采取解决措施，从根本上杜绝因上述人为因素所造成的事故，确保煤矿井下的安全生产。但现有解决措施或存在操作不便、或不能超前预控、或难以做到本质安全。

发明内容

本发明提出一种基于光纤光栅的超前预控系统，其目的在于解决现有防止违规操作电气设备盒盖技术存在的不足，公开一种全新的超前预控技术方案，用于检测违规操作电气设备盒盖的行为，能够实现对预控对象的网络化分布式监测，实现电气设备超前开盖自动断电、提前预警功能。适用于煤矿等易燃易爆环境，具有可靠性高、本质安全、抗电磁干扰、安装方便且使用寿命长，后期维护成本低等优点。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种基于光纤光栅的超前预控系统，包括宽带光源13、隔离器14、微处理器20以及与微处理器20相连接的显示屏21；其中隔离器14连接在宽带光源13的出射端；还包括至少一个测量单元；每个测量单元均包括信号传输和解调模块以及多个预控装置；所述预控装置包括顶部带有盒盖1的盒体3、通过一对弹性横梁固定端9水平固定在盒体3两相对内壁之间的弹性横梁8以及设置在弹性横梁8和盒盖1之间的应力传感器部分；所述应力传感器部分包括水平设置的支撑杆底板4、顺次连接在支撑杆底板4一侧的支撑杆5、支撑杆顶片6以及传感光纤7；所述传感光纤7上刻有光纤光栅的部分与支撑杆顶片6紧贴，二者之间存在有预应力；盒盖1下表面和弹性横梁8的上表面之间构成一对安装面，所述传感光纤7和支撑杆底板4分别固定于这一对安装面上且传感光纤7的两端均伸出盒体3相对的两个侧壁；盒体3的底部固定在电气设备顶板12上；多个预控装置通过其上的传感光纤7顺次连接成列；

所述信号传输和解调模块包括环行器15、与环形器第二端口顺次连接的AWG阵列波导光栅16、光电探测器17、滤波放大模块18和A/D转换模块19；所述A/D转换模块19与微处理器20信号输入端相连接；环形器的第一端口用于引入经隔离器14所输出的宽带信号；环形器的第三端口与位于端部的预控装置上的传感光纤的一端相连接。

所述预控装置是实现超前预控的测量模块，是实现预控的前提，用于检测是否有违规操作电气设备盒盖的行为；所述信号传输和解调模块用于传输和解调预控装置的信号，判断是否有违规操作电气盒盖的行为，当判断出所述预控装置检测到违规操作电气盒盖的行为时，所述信号传输和解调模块将处理后的信息反馈到控制端，能够避免带电检修等违章操作所造成的触电事故的发生。

进一步的，所述测量单元为一个时，该测量单元的环形器第一端口直接与隔离器14相连接，构成单通道结构。

宽带光源13发出激光经过隔离器14和环行器15后进入预控装置A1、A2、…An，隔离器14的作用主要是防止反射光进入宽带光源13，传感光纤7中产生的反射光经环行器15进入到AWG阵列波导光栅16输入端，光电探测器17将AWG阵列波导光栅16输出的光信号转换为电信号，转换后的电信号经滤波放大模块18滤波放大，A/D转换模块19将滤波放大模块18输出的模拟信号转换为微处理器20能够识别的数字信号，微处理器20对信号解调，实现对波长偏移量的测量，测量结果通过显示屏21显示，CAN总线接口22、USB接口23、Zigbee接口24、以太网接口25等用于分站组网，能够为控制端提供可靠信息，将检测到的违规操作电气设备盒盖的行为及时反馈到控制端，能够避免带电检修等违章操作而造成的触电事故。

所述环行器15有3个端口分别为a、b、c，光经过环行器15的方式为：首先光由a端口入射，b端口出射至预控装置，然后在光纤中产生的反射光由b端口入射，c端口出射进入到AWG阵列波导光栅16输入端。

进一步的，所述测量单元为多个时，隔离器14的输出端连接有耦合器26，多个测量单元的环形器第一端口分别与耦合器26的多个输出端口连接，构成多通道结构。