在煤礦機電設備安全狀態監測系統中光纖傳感技術的應用

張友波

平煤神馬建工集團建井一處 河南平頂山 467000

就目前來看，在煤礦機電設備安全生產監測過程中，以定期巡檢、人工巡檢方式為主，此些方式經常會因管控不到位，維護意識不足等問題導致煤礦機械設備運行異常狀態被忽視，設備故障問題更加嚴重。為確保煤礦機電設備運行狀態能夠得到時刻管控，要將先進的光纖傳感技術應用到設備安全狀態監測系統內，切實提升煤礦機電設備安全運行水平。

1 光纖傳感技術概念

光纖傳感技術主要就是將被測對象狀態轉化為可測光信號。在光線傳感器實際運行期間，需要將光源入射的光束經過光纖輸送到調制器內，使調制器與外界被測參數結合在一起，判斷出被測光信號的強度、波長、頻率。經過調制后的光信號還應當經過光纖傳入到光電器件內，最終解調成被測參數數值。

與普通技術相比，光纖傳感技術的靈敏性與適應能力更強，可以抵抗外界電磁與原子輻射干擾，具有質軟、重量輕等機械性，可以對機械設備運行狀態進行時刻監測。

2 光纖傳感技術的應用原理

為確保光纖傳感技術能夠在煤礦機電設備安全狀態監測系統中發揮出重要作用，還需細致分析光纖傳感技術應用原理，結合此些原因不斷優化監測系統內部功能[1]。具體來說，在將光纖傳感技術應用在煤礦機電設備安全狀態監測過程中，主要應用原理分為以下幾種類型：

物理量監測原理。主要就是借助光纖傳感器，將被測物體光學信號的溫度、壓力以及振動情況轉化的具體數值，使工作人員能夠更加清晰地掌握機械設備運行狀態；

拉曼散射原理[2]。主要應用在被測物體溫度監測過程中，如開發出煤礦內部的光纖采空區溫度檢測、皮帶溫度檢測等系統；

可調節激光光譜原理。借助光纖傳感器內部可調節激光光譜原理，可以檢測各類氣體，如光纖及激光的一氧化碳、二氧化碳氣體檢測等，保障煤礦作業場所安全可靠。

3 光纖傳感技術在煤礦機電設備安全狀態監測系統中的應用要點

3.1 光纖光柵

在煤礦機械設備安全狀態監測系統內部應用光纖傳感技術，能夠使監測系統具備光計算、光纖傳感、光纖通訊以及信息處理等功能。光纖傳感器內部光纖光柵設施，能夠將在光線一段有限長度內設置許多面反射鏡，用以進行選擇性光發射，特定波長的光可由一個光纖光柵反射而來。光纖光柵中的光柵空間周期與折射率也會影響到實際波長。光纖傳感設備內的光纖光柵運行效果受到周邊溫度及應力影響。在那些溫度過高的情況下，光纖光柵的彈光效應會與空間周邊變化、溫度感應密切相關，產生熱光效應與熱膨脹現象。

在不受到應力作用影響的情況下，光纖光柵空間周期會隨溫度而呈線性變化，可精準檢測到煤礦機電設施運行過程中的各類溫度，對設備運行期間的安全性進行精準評估。

3.2 拉曼散射效應

在光纖傳感設施內，可以將光時域反射技術與光纖向后散射原理結合在一起，通過該原理計算出光速以及背向散射時間距離，最后得出被測光纖位置以及具體溫度數值[3]。光纖傳感器的拉曼散射效應可服務于煤礦采礦區機電設施之間的溫度與距離，排查出現溫度異常的設備運行狀態，進一步降低事故故障以及火災等事故發生幾率，對保障煤礦機電設備安全可靠意義重大。

4 煤礦機電設備安全狀態監測系統設計

4.1 煤礦機電設備安全狀態監測系統結構

在將光纖傳感技術應用在煤礦機電設備安全狀態監測系統內，需要在原有基礎上設計出相關檢測儀器，對被測設備對象運行狀態進行全程管控。借助光纖傳感技術原理，設計出由礦用光纖振動傳感裝置、光纖光柵解調器以及光纖溫度傳感器共同組成的監測系統。

機電設備安全狀態監測系統中，信號采集模塊是系統能夠發揮出監管作用的關鍵所在，需要明確該模塊運行流程，確保模塊內具有參數設置、報警查詢、數據調用等功能[4]。通過在被檢測機電設備處安裝光纖振動傳感器，完成數據采集、 FFT變換等功能，準確獲得光信號振動頻率、幅度、加速度以及位移數值，判斷出機電設備在實際運行期間是否存在異常振動情況，針對已經發現的異常情況制定出相應解決方案。為增強煤礦機電設備安全狀態監測系統功能，需要重點關注光纖光柵調節器的設計工作，研發出光纖調節模塊，利用高分析率透射全息光柵技術，確保機電設備運行狀態的信息能夠得到及時記錄及應用。

4.2 光纖振動傳感器設計

在煤礦機電設備安全生產檢測過程中，光纖振動傳感器可以全面收集到社會安全狀態運行數據，如光纖彈性系數、支撐桿彈性系數、介質阻尼系數。

為使光纖振動傳感器運行效果能夠滿足機電設備安全狀態監測要求，還應當選擇適宜粘稠度的阻尼材料，確保機械設備振動時的變形程度較大。對機電設備測試信號靈敏度進行細致分析，測試系統內部諧振頻率，繪制出加阻尼測試頻率特定曲線，更加全面地展現出機電設備運行狀態，使設備運行問題能夠被及時發現。

注重對光纖振動傳感器獲取到的數據進行全面存儲與細致分析，借助數據分析結果，制定煤礦機電設備安全管控機制，保障煤礦生產安全有序開展。

5 結語

總而言之，通過將光纖傳感技術應用在煤礦機電設備安全狀態監測系統中，能夠切實提升設備檢測效果，擴大實際檢測覆蓋面，具有十分廣闊的發展前景。為充分發揮出光纖傳感技術的積極作用，相關部門應當結合煤礦機電設備運行狀態需求，對設備安全狀態監測系統內部功能進行不斷完善，使煤礦機電設備始終處于平穩安全的運行狀態下。