光纤传感技术在矿井安全监测中的应用
李 辉1,2,郝建军2,何秋生2
(1.北京人民警察学院公安科技教研部,北京102202;2.中国矿业大学(北京)信息工程研究所,北京100083)摘 要:简要介绍了光纤传感技术在矿井安全监控方面的应用优点,并对气体传感器、粉尘传感器和应力(应变)传感器的原理和关键技术进行了分析,同时对OTDR以及Bragg光栅等新技术进行了理论分析和应用研究,并在此基础上提出了光纤传感技术进一步应用需解决的几个关键问题。
关键词:光纤传感器;矿井安全监控;布拉格光栅;应力传感器
中图分类号:TD76 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)04-0037-04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(10474137)
0 引 言
安全问题对于煤炭行业来说显得尤为重要,瓦斯爆炸、冒顶、透水、火灾和冲击地压是煤矿的主要灾害,直接威胁着煤矿的生产和工人的生命。因此对矿井中涉及安全的各项指标进行监测是煤矿安全生产的一个重要环节,它能有效地减少灾害的发生和保证煤矿的正常生产秩序。光纤检测技术是利用外界因素使光在光纤中传播时光强、相位、偏振态以及波长(或频率)等特征参量发生变化,从而对外界因素进行检测和信号传输的技术。光纤传感技术的研究始于20世纪70年代末,它是隋光纤通讯技术的发展而出现的一种新兴的光学技术,与传统传感器相比有着体积小、灵敏度高、频带宽、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、可远距离传输等优点,在易燃、易爆环境下工作安全可靠。正是如此,光纤检测技术在航天和核工业领域以及安全监测方面有着极好的应用前景〔1〕。目前,用于检测煤矿井下有害气体如瓦斯〔2-3〕、一氧化碳等的光纤气体传感器已经有了实际应用,对于检测煤尘浓度〔4〕、巷道面应力应变及煤仓仓位、通风巷风速等方面的光纤传感检测技术,也都有了相关的产品,并且越来越多地引起人们的兴趣。
1 气体传感器
瓦斯(CH4)是煤矿安全生产的主要威胁,井下瓦斯的浓度在4.9%~15%时,容易发生爆炸。所
