一种分布式光纤煤矿救援定位系统技术方案

本发明专利技术提出一种分布式光纤煤矿救援定位系统，属于安全生产及事故救援技术领域，解决了现有技术防干扰能力差，本质安全性低等问题。该系统包括远程监控主机、现场工控机、光源模块、白光干涉模块、光路尾端和光电转换模块；远程监控主机与现场工控机相连；现场工控机的光源控制电路输出端与光源模块的控制输入端相连；光源模块的输出端与白光干涉模块的光路输入端相连；白光干涉模块的光路输出端与光路尾端固定在一起；白光干涉模块的干涉光强信号输出端与光电转换模块的输入端相连。具有高稳定性、高可靠性和高本质安全性等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分布式光纤煤矿救援定位系统，属于安全生产及事故抢救

技术介绍
我国煤炭资源主要来自于地下开采，地下矿井的地质条件复杂多变，经常受到瓦斯、透水、粉尘爆炸、塌方等灾害造成人员被困，并且救援装备水平相对落后，导致井下被困人员因救援不及时而造成人员伤亡。如何在事故发生时确定被困人员的位置是已成为故救援最重要的任务。应于救援需求以及科学技术的不断发展，煤矿救援仪器和设备的研制及应用取得了显著的成果，但是选阶段的煤矿救援仪器存在抗电磁干扰能力不足，设备易腐蚀，以及设备本身对外有电磁干扰产生安全隐患，本质安全性低等问题。
技术实现思路
本专利技术为解决上述现有技术中存在的问题，提出了一种分布式光纤煤矿救援定位系统，所采取的技术方案如下:所述救援定位系统包括远程监控主机1、现场工控机2、光源模块3、白光干涉模块4、光路尾端5和光电转换模块6 ;所述远程监控主机1与现场工控机2相连；所述现场工控机2的光源控制电路输出端与光源模块3的控制输入端相连；所述光源模块3的输出端与白光干涉模块4的光路输入端相连；所述白光干涉模块4的光路输出端与光路尾端5固定在一起；所述白光干涉模块4的干涉光强信号输出端与光电转换模块6的输入端相连；所述光电转换模块6的信号输出端与现场工控机2的数据输入端相连。优选地，所述现场工控机2包括光源控制模块21、数据采集卡22、定位模块23、数据处理模块24和数据库25 ;所述光源控制模块21的控制输出端即为现场工控机2的光源控制电路输出端；所述数据采集卡22的信号输入端即为现场工控机2的数据输入端；所述数据采集卡22的信号输出端与定位模块23的信号输入端相连；所述定位模块23的信号输出端与数据处理模块24的信号输入端相连；所述数据处理模块24的信号输出端与数据库25的信号输入端相连。优选地，所述光源控制模块21包括光源恒电流驱动电路和恒温控制电路，用于控制光源模块3工作；所述数据采集卡22用于实现干涉光强信息的模拟/数字转换；所述定位模块23利用干涉算法进行振动信号定位；所述数据处理模块24对采集数据、振动信号定位数据进行分析、存储，并实时显示。优选地，所述数据库25为MySQL数据库。优选地，所述远程监控主机1以Internet方式访问所述现场工控机2。优选地，所述现场工控机2采用LabVIEW与Web技术编制实时监测虚拟系统；所述实时监测虚拟系统以LabSQL方式访问数据库25，并将监测数据存储于数据库25中。优选地，所述白光干涉模块4采用Sagnac白光干涉光路，包括光环行器41、3X3耦合器42、延时光纤43、传感光纤44和白光干涉组件45 ;所述光环行器41的一端接收光源模块3发出的入射光，另一端与3X3親合器42相连；所述光环行器41的第三端与白光干涉组件45相连；所述3X3耦合器42分别与延时光纤43、传感光纤44和白光干涉组件45相连；所述白光干涉组件45的信号输出端即为白光干涉模块4的干涉光强信号输出端。优选地，所述传感光纤44采用单根光纤定位技术，并设有光缆保护套；所述传感光纤44铺设于矿井巷道排水沟内，并固定排水沟壁上。优选地，所述光缆保护套包括钢性金属外壳、内衬耐火、尼龙加强层和蛇形软管外壳、内衬耐火、尼龙加强层两种套管；所述两种套管均与其内部的传感光纤44保持硬性接触。优选地，所述光电转换模块6包括电荷耦合元件(XD和电信号调理电路；所述电荷耦合元件CCD的电信号输出端与电信号调理电路的电信号输入端相连；所述电信号调理电路的信号输出端即为光电转换模块6的信号输出端。优选地，所述光路尾端5内部包括长度为10-15km的调整光纤51和法拉第旋转镜52 ;所述调整光纤51的一端与法拉第旋转镜52相连，另一端与传感光纤44的一端相连；所述调整光纤51和法拉第旋转镜52 —同封装于光路尾端5内部，同时预留光纤接口。本专利技术有益效果:本专利技术提出的一种分布式光纤煤矿救援定位系统能对井下的各种异常振动信号进行实时监测，并对振动信号进行智能判别和准确定位；光纤是一种无源器件，在工作现场无需额外的供电设备，材料本身耐腐烛、耐酸碱，由于传输的是光信号，对外无电磁辖射，因而防静电、防电磁干扰，适合于各种隧道的恶劣应用环境，且不会产生额外的安全隐患，具有本质安全性。同时，该救援定位系统便于维护，具有较高的稳定性和可靠性。【附图说明】图1为本专利技术所述救援定位系统的结构组成图；(1，远程监控主机；2，现场工控机；3，光源模块；4，白光干涉模块；5，光路尾端；6，光电转换模块)。图2为本专利技术所述救援定位系统的系统结构示意图；(1，远程监控主机；2，现场工控机；3，光源模块；4，白光干涉模块；5，光路尾端；6，光电转换模块；21，光源控制模块；22，数据采集卡；23，定位模块；24，数据处理模块；25，数据库)。图3为本专利技术所述白光干涉模块的结构示意图；(41，光环行器；42，3X3耦合器；43，延时光纤；44，传感光纤；45，白光干涉组件)。图4为本专利技术所述光路尾端的结构示意图；(51，调整光纤；52，法拉第旋转镜)。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不受实施例的限制。本专利技术所述的井下环境中产生的振动信息，是指能够使传感光纤产生随时间变化的微小几何形变的信息，包括敲击、地震、井下人员说话、走路等产生的振动。该救援定位系统既具有煤矿救援定位功能，同时又可用于安全生产监测。当矿井发生事故时，只要预先铺设在井内的光缆未受到物理性破坏，被困人员即可通过不断敲击来向地面基站发出求救信号；在平时生产过程中，可用于对井下人员的工作状况及矿井安全隐患进行监测。同时，该系统使用Sagnac干涉技术，同一振动信号使两束相干光产生相位差，在两处不同位置的获取两路干涉光强，根据两路干涉光强还原两束相干光之间的相位差，振动发生的位置由相位差信号频谱中的陷波频率计算确定。图1为本专利技术所述救援定位系统的组成图，图2为本专利技术所述救援定位系统的系统结构示意图。结合图1和图2，本专利技术提出的救援定位系统包括远程监控主机1、现场工控机2、光源模块3、白光干涉模块4、光路尾端5和光电转换模块6，其中，远监控主机1、现场工控机2、光源模块3和光电转换模块6位于井上；白光干涉模块4和光路尾端5位于井下。远程监控主机1与现场工控机2相连；现场工控机2的光源控制电路输出端与光源模块3的控制输入端相连；光源模块3的输出端与白光干涉模块4的光路输入端相连；白光干涉模块4的光路输出端与光路尾端5固定在一起；所述白光干涉模块4的干涉光强信号输出端与光电转换模块6的输入端相连；光电转换模块6的信号输出端与现场工控机2的数据输入端相连。现场工控机2包括光源控制模块21、数据采集卡22、定位模块23、数据处理模块24和数据库25 ;所述光源控制模块21的控制输出端即为现场工控机2的光源控制电路输出端；数据采集卡22的信号输入端即为现场工控机2的数据输入端；数据采集卡22的信号输出端与定位模块23的信号输入端相连；定位模块23的信号输出端与数据处理模块24的信号输入端相连；数据处理模块24的信号输出端与数据库25的信号输入端相连。光源控制模块21包括光源恒电流驱动电路和恒温控制电路，用于控制光源模块3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤煤矿救援定位系统，其特征在于，所述救援定位系统包括远程监控主机(1)、现场工控机(2)、光源模块(3)、白光干涉模块(4)、光路尾端(5)和光电转换模块(6)；所述远程监控主机(1)与现场工控机(2)相连；所述现场工控机(2)的光源控制电路输出端与光源模块(3)的控制输入端相连；所述光源模块(3)的输出端与白光干涉模块(4)的光路输入端相连；所述白光干涉模块(4)的光路输出端与光路尾端(5)固定在一起；所述白光干涉模块(4)的干涉光强信号输出端与光电转换模块(6)的输入端相连；所述光电转换模块(6)的信号输出端与现场工控机(2)的数据输入端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭松林，王吉元，国添栋，孙晓东，潘洪亮，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23