在煤矿机电设备安全状态监测系统中光纤传感技术的应用

张友波

平煤神马建工集团建井一处 河南平顶山 467000

就目前来看，在煤矿机电设备安全生产监测过程中，以定期巡检、人工巡检方式为主，此些方式经常会因管控不到位，维护意识不足等问题导致煤矿机械设备运行异常状态被忽视，设备故障问题更加严重。为确保煤矿机电设备运行状态能够得到时刻管控，要将先进的光纤传感技术应用到设备安全状态监测系统内，切实提升煤矿机电设备安全运行水平。

1 光纤传感技术概念

光纤传感技术主要就是将被测对象状态转化为可测光信号。在光线传感器实际运行期间，需要将光源入射的光束经过光纤输送到调制器内，使调制器与外界被测参数结合在一起，判断出被测光信号的强度、波长、频率。经过调制后的光信号还应当经过光纤传入到光电器件内，最终解调成被测参数数值。

与普通技术相比，光纤传感技术的灵敏性与适应能力更强，可以抵抗外界电磁与原子辐射干扰，具有质软、重量轻等机械性，可以对机械设备运行状态进行时刻监测。

2 光纤传感技术的应用原理

为确保光纤传感技术能够在煤矿机电设备安全状态监测系统中发挥出重要作用，还需细致分析光纤传感技术应用原理，结合此些原因不断优化监测系统内部功能[1]。具体来说，在将光纤传感技术应用在煤矿机电设备安全状态监测过程中，主要应用原理分为以下几种类型：

物理量监测原理。主要就是借助光纤传感器，将被测物体光学信号的温度、压力以及振动情况转化的具体数值，使工作人员能够更加清晰地掌握机械设备运行状态；

拉曼散射原理[2]。主要应用在被测物体温度监测过程中，如开发出煤矿内部的光纤采空区温度检测、皮带温度检测等系统；

可调节激光光谱原理。借助光纤传感器内部可调节激光光谱原理，可以检测各类气体，如光纤及激光的一氧化碳、二氧化碳气体检测等，保障煤矿作业场所安全可靠。

3 光纤传感技术在煤矿机电设备安全状态监测系统中的应用要点

3.1 光纤光栅

在煤矿机械设备安全状态监测系统内部应用光纤传感技术，能够使监测系统具备光计算、光纤传感、光纤通讯以及信息处理等功能。光纤传感器内部光纤光栅设施，能够将在光线一段有限长度内设置许多面反射镜，用以进行选择性光发射，特定波长的光可由一个光纤光栅反射而来。光纤光栅中的光栅空间周期与折射率也会影响到实际波长。光纤传感设备内的光纤光栅运行效果受到周边温度及应力影响。在那些温度过高的情况下，光纤光栅的弹光效应会与空间周边变化、温度感应密切相关，产生热光效应与热膨胀现象。

在不受到应力作用影响的情况下，光纤光栅空间周期会随温度而呈线性变化，可精准检测到煤矿机电设施运行过程中的各类温度，对设备运行期间的安全性进行精准评估。

3.2 拉曼散射效应

在光纤传感设施内，可以将光时域反射技术与光纤向后散射原理结合在一起，通过该原理计算出光速以及背向散射时间距离，最后得出被测光纤位置以及具体温度数值[3]。光纤传感器的拉曼散射效应可服务于煤矿采矿区机电设施之间的温度与距离，排查出现温度异常的设备运行状态，进一步降低事故故障以及火灾等事故发生几率，对保障煤矿机电设备安全可靠意义重大。

4 煤矿机电设备安全状态监测系统设计

4.1 煤矿机电设备安全状态监测系统结构

在将光纤传感技术应用在煤矿机电设备安全状态监测系统内，需要在原有基础上设计出相关检测仪器，对被测设备对象运行状态进行全程管控。借助光纤传感技术原理，设计出由矿用光纤振动传感装置、光纤光栅解调器以及光纤温度传感器共同组成的监测系统。

机电设备安全状态监测系统中，信号采集模块是系统能够发挥出监管作用的关键所在，需要明确该模块运行流程，确保模块内具有参数设置、报警查询、数据调用等功能[4]。通过在被检测机电设备处安装光纤振动传感器，完成数据采集、 FFT变换等功能，准确获得光信号振动频率、幅度、加速度以及位移数值，判断出机电设备在实际运行期间是否存在异常振动情况，针对已经发现的异常情况制定出相应解决方案。为增强煤矿机电设备安全状态监测系统功能，需要重点关注光纤光栅调节器的设计工作，研发出光纤调节模块，利用高分析率透射全息光栅技术，确保机电设备运行状态的信息能够得到及时记录及应用。

4.2 光纤振动传感器设计

在煤矿机电设备安全生产检测过程中，光纤振动传感器可以全面收集到社会安全状态运行数据，如光纤弹性系数、支撑杆弹性系数、介质阻尼系数。

为使光纤振动传感器运行效果能够满足机电设备安全状态监测要求，还应当选择适宜粘稠度的阻尼材料，确保机械设备振动时的变形程度较大。对机电设备测试信号灵敏度进行细致分析，测试系统内部谐振频率，绘制出加阻尼测试频率特定曲线，更加全面地展现出机电设备运行状态，使设备运行问题能够被及时发现。

注重对光纤振动传感器获取到的数据进行全面存储与细致分析，借助数据分析结果，制定煤矿机电设备安全管控机制，保障煤矿生产安全有序开展。

5 结语

总而言之，通过将光纤传感技术应用在煤矿机电设备安全状态监测系统中，能够切实提升设备检测效果，扩大实际检测覆盖面，具有十分广阔的发展前景。为充分发挥出光纤传感技术的积极作用，相关部门应当结合煤矿机电设备运行状态需求，对设备安全状态监测系统内部功能进行不断完善，使煤矿机电设备始终处于平稳安全的运行状态下。