一、传统电子传感技术在煤矿应用中存在以下问题

      对煤矿潜在的安全隐患进行监测是煤矿安全生产的重要保障手段。目前我国煤矿安全监测仍是以传统电子,机械方式为主,部分甚至还是靠人工观测信号。传统电子传感技术在煤矿应用中存在以下问题:

      1、分布式现场供电难,信号传输难,信号易受干扰;

      2、系统复杂,每个传感器都配置现场仪表,现场仪表种类繁多;

      3、电子器件抗潮湿、腐蚀能力差,使用有效期短,维护费用较高。

      基于光纤光栅原理制造的传感器通过测量光的波长来测量外界物理量,具有对恶劣环境适应性强、抗电磁干扰能力强、精度高、灵敏度高、易于传输、无源本质安全、准分布式测量等优点。光纤光棚优越的内在特性使得传感器在煤矿井下的恶劣环境下能够稳定工作。因此,将光纤光栅传感技术引人煤矿安全监测中具有重要的意义。

二 、光纤光栅传感技术原理

       1、光纤光栅是在光纤的纤芯中通过紫外刻蚀方式形成周期性折射率变化的一段光纤。这样的结构会反射特定波长的光谱,如图1所示。宽带光源入射到光栅后,将反射特定波长的反射光。反射光的中心波长为

λ_B=2n_eff   

 式中:n_eff为光纤光栅的有效折射率;为光栅周期。

       2、通过拉伸、压缩光纤光栅或者改变温度可以改变光纤光栅的周期A和有效折射率n_eff从而改变其反射波长λ_B。光纤光栅中心波长的变化量和应变、温度的变化量成线性关系。根据这种特性,可将光纤光栅制作成应变传感器、温度传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器等。

       3、光纤光栅传感系统由光纤光栅信号处理器和光纤光栅传感器组成,如图2所示。光纤光栅信号处理器实时采集各光纤光栅传感器的波长值,当某个传感器波长发生变化时,信号处理器通过光栅传感器波长的变化量推算出相应物理量(温度、应力等)的改变,从而实现物理量传感检测的目的。

二光纤光栅传感技术优势分析

       基于布拉格光纤光栅(FBG)的传感器相对于传统的电子传感器技术具有很多优势,具体表现在:

       1、适用于严苛环境。FBG传感器完全无源,没有使用任何电子元件,因此可以工作在低温及几百度的极端温度下,并可在电子传感器及仪表无法运行的地方长期运行。另外,由于无源,所以FBG传感器是本质安全防爆的,可工作于各种危险易爆环境下。

       2、抗电磁干扰。FBG传感器无源特性的另一个好处是不受静电、电磁及无线电频率源的干扰,可以安装在电厂、矿井等具有严重电子干扰源的场所。

       3、传输距离远。由于光纤光栅实质是光纤的一部分,而光纤是效率非常高的信号传输载体,所

以,在不用任何中继的情况下,光纤光栅传感器的监测距离可达10 km。这种长距离传输可以很好解决地传感器现场信号的传输问题。

       4、长期稳定性。FBG传感器对于远程监控具有长期稳定性。FBG传感器具有零漂移的特性,可以使用很多年而不需要重新标定,维护成本较低。

       5、系统容量大。一条光纤可以串行接入很多FBG传感器,而一台多通道解调设备又可同时解调几十甚至上百条光纤,单套设备可同时监测数千个测点。与传统的电传感技术相比,系统成本低,性价比高。

       6、多参量传感。目前基于光纤光栅技术可实现的传感包括温度、位移、应力、压力、加速度、沉降、渗压、振动、倾斜等多种物理量,而且一套系统可以对上述物理量同时进行实时监测。

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