基于分布式光纤的煤矿火灾检测系统的应用研究

摘要

煤矿电缆线路故障造成的火灾是煤矿井下发生火灾的主要原因之一，而传统的火灾探测仅仅是利用温度信号直接转换成电信号进行探测的，而电信号的在煤矿井下传输时容易受到干扰，导致测量精度、相应时空间分辨率等都较低，针对煤矿电缆线路老化、绝缘皮破损等造成的煤矿井下的火灾问题，本文利用分布式光纤传感技术，设计了能够对煤矿井下实现温度动态监测预警系统。
　　该系统不同于以往的火灾探测的“点”式测量，该系统利用一根感温光纤实现温度的分布式测量，光纤既是温度传感器，又是信号的传输介质，并且光信号在传播过程中，是完全电绝缘的，不容易受到外界的干扰，同时，本系统能实现对沿线多点进行温度测量，能对温度异常点进行准确定位，实现温度预警，因此，其具有重要的研究价值。
　　本应用研究不仅分析了研究的目的、意义以及分布式光纤的未来发展趋势，还对分布式光纤的测温原理有着全面系统的介绍。在总体结构上，设置了光源模块、光电转换、信号处理以及界面显示部分，结合煤矿井下的实际环境，本文对各模块重要元器件的选择都做了较为详细的分析。
　　此外，在系统降噪方面，本文分两个方面进行了分析，选择了最能适用于本系统的方法，特别是在利用现代信号处理技术降噪方面，本文利用了累加平均和小波算法进行降噪，同时针对系统的瑞利噪声，系统在传统的感温光纤的温度解调方法的基础上进行了优化设计，提高了整个系统的性能
　　最后本文在界面显示部分，利用了LABVIEW对系统界面进行了设计，在上位机界面上，能清晰地看到各个预设点的温度值以及变换趋势，一旦温度值超过预先设定的温度范围时，会启动报警联动装置，提醒工作人员采取相关的手段方法，真正能做到对电缆故障造成的潜在火灾事故进行消除

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景、目的和意义

1．2 分布式光纤测温系统的国内外研究现状

1．3 本课题的实用价值

1．4 主要研究内容

2 本研究所采用的基本原理

2．1 分布式光纤散射机理

2．2 拉曼散射原理

2．3 拉曼后向散射原理

2．4 光时域反射基本原理

2．5 分布式光纤测温系统的结构

2．5．1 拉曼散射光功率的分析

2．5．2 温度信号的解调及优化

2．6 小结

3 分布式光纤测温预警系统的系统整体观设计

3．1 本预警系统总体结构设计

3．2 该系统的软件总体设计

4 系统各模块的设计

4．1 光源模块

4．1．1 光纤的选择

4．1．2 光源的选择

4．1．3 看门狗保护电路的设计

4．2 光电转换模块

4．2．1 拉曼信号光电转换

4．2．2 波分隔离复用器的设计

4．2．3 滤波器的设计

4．3 数据采集模块

4．3．1 数据采集系统

4．3．2 数字信号的处理

4．4 小结

5 本预警系统对噪声信号的处理

5．1 拉曼后向散射信号的噪声特性

5．2 系统降噪措施

5．2．1 硬件方面的降噪措施

5．2．2 噪声信号的数学分析

5．3 小波降噪

5．3．1 小波算法的应用

5．3．2 小波去噪法

5．4 降低瑞利噪声的新型修正方法

5．5 小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历

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