矿井井筒监测预警系统的制作方法
专利名称:矿井井筒监测预警系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井井筒监测预警系统，该系统包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，还包括设置在矿井井筒壁上的Z个光纤光栅位移传感器，X、Y、Z均为正整数，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形；还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。本实用新型能够实时的监测矿井的情况，对矿井进行预警防范。
【专利说明】
矿井井筒监测预警系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种矿井井筒安全领域，特别是涉及一种矿井井筒监测预警系统。
【背景技术】
[0002]矿井井筒是矿井的重要组成部分和生产活动的咽喉要道，它的变形和破坏不仅会对矿井安全生产造成严重威胁，而且还会造成严重的经济损失。针对矿井运营期间井筒变形和破坏，国内外早年主要采用三维变形监测法、倒锤法、位移法、压缩木法、钢丝基线法等较为传统的监测方法，近年来又出现了埋入传感器法、压力盒+混凝土应变计法等监测方法，以上方法和手段在一定时期内为井筒变形和破坏的监测起到了积极的作用，但同时其缺点也较明显，在井下复杂的工作环境下，普遍存在着监测系统复杂、监测精度低、易受到环境干扰、寿命较短、稳定性低等方面的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种矿井井筒监测预警系统。
[0004]为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种矿井井筒监测预警系统，该系统包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，所述X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，所述Y为不小于2的正整数，一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连;还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，所述Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连;所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形;还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。
[0005]通过光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器监测的数据输入到控制器内，可以实时监测井筒变形情况、应力状态，及时判定出井筒是否处于安全状态，若井筒不安全时及时进行报警。
[0006]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。利用传输光缆传输数据效果更好，光纤光栅智能解调仪将数据进行解调。
[0007]在本实用新型的一种优选实施方式中，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。采用这种安装光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器的方式，能够更好的监测井筒信息。
[0008]在本实用新型的一种优选实施方式中，每组光纤光栅应变传感器至少存在一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器。分别监测在同一位置的水平方向上和竖直方向上井壁的应变情况。
[0009]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，X组光纤光栅应变传感器排列成环形，并且每组光纤光栅应变传感器均匀的排列在环形上。监测的数据更加准确。
[0010]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。通过设置光纤光栅温度传感器，作为应变的修正，能够更加精确监测矿井井筒的状况。
[0011]在本实用新型的一种优选实施方式中，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管，三极管的发射极串联电阻后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连。当矿井下出现异常情形时，控制器输出信号给三极管使之导通，蜂鸣器发出声音，提醒工作人员注意此处状态异常。
[0012]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。当矿井下出现异常情形时，控制器输出信号给三极管使之导通，LED灯一闪一灭，提醒工作人员注意此处状态异常。
[0013]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，所述i为不大于X的正整数，第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。比较单元电路简单，易于实现。
[0014]在本实用新型的一种优选实施方式中，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。通过由数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，可以实时监测井筒变形情况、应力状态，及时判定出井筒是否处于安全状态，若井筒不安全时及时进行报警。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:本实用新型能够实时的监测矿井的情况，对矿井进行预警防范。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型电路连接不意图。
【具体实施方式】
[0017]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0018]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0019]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0020]本实用新型提供了一种矿井井筒光纤监测预警系统，如图1所示，包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，Y为不小于2的正整数，在本实施方式中，不限于有6组光纤光栅应变传感器形成一个均匀的环形并且每组光纤光栅应变传感器内有2个光纤光栅应变传感器，即一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器;也可以是其他的组数，例如8或者10组，在每组中也可以是3个或者4个光纤光栅应变传感器，还可以是不均与排列的环形，并且还可以在井筒壁上设置多个均匀环形(即是在井筒壁每隔一段距离设置相同类型的X组光纤光栅应变传感器)。每一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连;还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形;还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。在本实施方式中，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门&，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，i为不大于X的正整数，优选的，有6个光纤光栅应变传感器和6个比较器，而图中只画出了4个光纤光栅应变传感器和4个比较器。第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。其中，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管Q，三极管的发射极串联电阻R后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器HA后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连;报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。
[0021]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。当有6组光纤光栅温度传感器时，则有6个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每组光纤光栅应变传感器设置在相同位置，这样能够更加精确的修正应变误差。
[0022]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。
[0023]在本实用新型的一种优选实施方式中，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。
[0024]在本实用新型的一种优选实施方式中，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。在本实施方式中，数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元均为现有技术，其中数据分析单元能够将光纤光栅应变传感器或者光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器监测的数据，进行相应的计算转变为应力，得到相应的值并实时显示，判断该值与设定的阈值比较，超过则在显示器上显示报警信号。
[0025]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0026]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种矿井井筒监测预警系统，其特征在于，包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，所述X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，所述Y为不小于2的正整数，一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连； 还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，所述Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连； 所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形； 还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。2.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。3.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。4.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，每组光纤光栅应变传感器至少存在一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器。5.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，X组光纤光栅应变传感器排列成环形，并且每组光纤光栅应变传感器均匀的排列在环形上。6.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。7.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管，三极管的发射极串联电阻后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连。8.根据权利要求7所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。9.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，所述i为不大于X的正整数，第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。10.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。
【文档编号】G01D21/02GK205719090SQ201620396475
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】刘化宽, 齐宪, 王猛, 林坤
【申请人】中车建设工程有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井井筒监测预警系统，该系统包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，还包括设置在矿井井筒壁上的Z个光纤光栅位移传感器，X、Y、Z均为正整数，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形；还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。本实用新型能够实时的监测矿井的情况，对矿井进行预警防范。
【专利说明】
矿井井筒监测预警系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种矿井井筒安全领域，特别是涉及一种矿井井筒监测预警系统。
【背景技术】
[0002]矿井井筒是矿井的重要组成部分和生产活动的咽喉要道，它的变形和破坏不仅会对矿井安全生产造成严重威胁，而且还会造成严重的经济损失。针对矿井运营期间井筒变形和破坏，国内外早年主要采用三维变形监测法、倒锤法、位移法、压缩木法、钢丝基线法等较为传统的监测方法，近年来又出现了埋入传感器法、压力盒+混凝土应变计法等监测方法，以上方法和手段在一定时期内为井筒变形和破坏的监测起到了积极的作用，但同时其缺点也较明显，在井下复杂的工作环境下，普遍存在着监测系统复杂、监测精度低、易受到环境干扰、寿命较短、稳定性低等方面的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种矿井井筒监测预警系统。
[0004]为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种矿井井筒监测预警系统，该系统包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，所述X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，所述Y为不小于2的正整数，一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连;还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，所述Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连;所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形;还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。
[0005]通过光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器监测的数据输入到控制器内，可以实时监测井筒变形情况、应力状态，及时判定出井筒是否处于安全状态，若井筒不安全时及时进行报警。
[0006]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。利用传输光缆传输数据效果更好，光纤光栅智能解调仪将数据进行解调。
[0007]在本实用新型的一种优选实施方式中，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。采用这种安装光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器的方式，能够更好的监测井筒信息。
[0008]在本实用新型的一种优选实施方式中，每组光纤光栅应变传感器至少存在一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器。分别监测在同一位置的水平方向上和竖直方向上井壁的应变情况。
[0009]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，X组光纤光栅应变传感器排列成环形，并且每组光纤光栅应变传感器均匀的排列在环形上。监测的数据更加准确。
[0010]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。通过设置光纤光栅温度传感器，作为应变的修正，能够更加精确监测矿井井筒的状况。
[0011]在本实用新型的一种优选实施方式中，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管，三极管的发射极串联电阻后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连。当矿井下出现异常情形时，控制器输出信号给三极管使之导通，蜂鸣器发出声音，提醒工作人员注意此处状态异常。
[0012]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。当矿井下出现异常情形时，控制器输出信号给三极管使之导通，LED灯一闪一灭，提醒工作人员注意此处状态异常。
[0013]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，所述i为不大于X的正整数，第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。比较单元电路简单，易于实现。
[0014]在本实用新型的一种优选实施方式中，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。通过由数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，可以实时监测井筒变形情况、应力状态，及时判定出井筒是否处于安全状态，若井筒不安全时及时进行报警。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:本实用新型能够实时的监测矿井的情况，对矿井进行预警防范。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型电路连接不意图。
【具体实施方式】
[0017]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0018]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0019]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0020]本实用新型提供了一种矿井井筒光纤监测预警系统，如图1所示，包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，Y为不小于2的正整数，在本实施方式中，不限于有6组光纤光栅应变传感器形成一个均匀的环形并且每组光纤光栅应变传感器内有2个光纤光栅应变传感器，即一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器;也可以是其他的组数，例如8或者10组，在每组中也可以是3个或者4个光纤光栅应变传感器，还可以是不均与排列的环形，并且还可以在井筒壁上设置多个均匀环形(即是在井筒壁每隔一段距离设置相同类型的X组光纤光栅应变传感器)。每一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连;还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形;还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。在本实施方式中，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门&，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，i为不大于X的正整数，优选的，有6个光纤光栅应变传感器和6个比较器，而图中只画出了4个光纤光栅应变传感器和4个比较器。第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。其中，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管Q，三极管的发射极串联电阻R后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器HA后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连;报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。
[0021]在本实用新型的一种更加优选实施方式中，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。当有6组光纤光栅温度传感器时，则有6个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每组光纤光栅应变传感器设置在相同位置，这样能够更加精确的修正应变误差。
[0022]在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。
[0023]在本实用新型的一种优选实施方式中，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。
[0024]在本实用新型的一种优选实施方式中，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。在本实施方式中，数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元均为现有技术，其中数据分析单元能够将光纤光栅应变传感器或者光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器监测的数据，进行相应的计算转变为应力，得到相应的值并实时显示，判断该值与设定的阈值比较，超过则在显示器上显示报警信号。
[0025]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0026]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种矿井井筒监测预警系统，其特征在于，包括设置在矿井井筒壁上的X组光纤光栅应变传感器，所述X为正整数，每组光纤光栅应变传感器包括设置在同一位置的Y个光纤光栅应变传感器，所述Y为不小于2的正整数，一个光纤光栅应变传感器的输出端与控制器相对应的应变信号输入端相连； 还包括设置在矿井井筒罐道上的Z个光纤光栅位移传感器，所述Z为正整数，每个光纤光栅位移传感器的输出端与控制器相对应的位移信号输入端相连； 所述光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均与安装位置的矿井井筒同步变形； 还包括报警装置，控制器的输出端与报警装置的输入端相连，控制器收到任一光纤光栅应变传感器输出的数据大于设定应变阈值或者控制器收到任一光纤光栅位移传感器输出的数据大于设定的位移阈值，控制器输出信号给报警装置，报警装置发出警报信息。2.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括传输光缆和光纤光栅智能解调仪，光纤光栅应变传感器输出的数据通过传输光缆与光纤光栅智能解调仪相连，光纤光栅智能解调仪的输出端与控制器相连。3.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器均安装于独立的底座上，光纤光栅应变传感器的底座采用先钻孔再用膨胀螺栓固定于井壁上，光纤光栅位移传感器的底座采用焊接固定于井壁上;光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器与底座连接牢固，传感器与其底座同时变形。4.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，每组光纤光栅应变传感器至少存在一个沿水平方向设置的光纤光栅应变传感器和一个沿竖直方向设置的光纤光栅应变传感器。5.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，X组光纤光栅应变传感器排列成环形，并且每组光纤光栅应变传感器均匀的排列在环形上。6.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括X个光纤光栅温度传感器，每个光纤光栅温度传感器对应与每对光纤光栅应变传感器设置在相同位置，每个光纤光栅温度传感器的输出端对应与控制器的温度输入端相连。7.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，报警装置包括声音报警单元，声音报警单元包括三极管，三极管的发射极串联电阻后与地相连，三极管的集电极串联蜂鸣器后与电源相连，三极管的基极与控制器的控制端相连。8.根据权利要求7所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，报警装置还包括光照报警单元，光照报警单元包括闪光继电器和LED灯，闪光继电器的电源端与电源相连，闪光继电器的接地端与地相连，闪光继电器的输出端串联LED灯后与地相连。9.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，还包括比较单元，比较单元包括X个比较器和与门，第i比较器的正相输入端与第i光纤光栅应变传感器的输出端相连，所述i为不大于X的正整数，第i比较器的反相输入端分别与设定的阈值电压相连，第i比较器的输出端分别对应与与门的输入端相连，与门的输出端与控制器的输入端相连。10.根据权利要求1所述的矿井井筒监测预警系统，其特征在于，控制器包括数据采集单元、数据分析单元和数据存储单元，数据采集单元的输出端与数据分析单元的输入端相连，数据分析单元的输出端与数据存储单元的输入端相连;数据采集单元用于采集光纤光栅应变传感器和光纤光栅位移传感器输出的数据;数据分析单元根据数据采集单元中的数据处理判断井筒是否处于安全状态，出现异常状态将发出报警信号显示在显示器上，显示器上还会实时的显示井筒受力和变形数据;数据存储单元用于实时存储数据分析单元处理的数据。
【文档编号】G01D21/02GK205719090SQ201620396475
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】刘化宽, 齐宪, 王猛, 林坤
【申请人】中车建设工程有限公司
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