張友波

平煤神馬建工集團(tuán)建井一處 河南平頂山 467000

就目前來看，在煤礦機(jī)電設(shè)備安全生產(chǎn)監(jiān)測過程中，以定期巡檢、人工巡檢方式為主，此些方式經(jīng)常會因管控不到位，維護(hù)意識不足等問題導(dǎo)致煤礦機(jī)械設(shè)備運(yùn)行異常狀態(tài)被忽視，設(shè)備故障問題更加嚴(yán)重。為確保煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)能夠得到時(shí)刻管控，要將先進(jìn)的光纖傳感技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，切實(shí)提升煤礦機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行水平。

1 光纖傳感技術(shù)概念

光纖傳感技術(shù)主要就是將被測對象狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可測光信號。在光線傳感器實(shí)際運(yùn)行期間，需要將光源入射的光束經(jīng)過光纖輸送到調(diào)制器內(nèi)，使調(diào)制器與外界被測參數(shù)結(jié)合在一起，判斷出被測光信號的強(qiáng)度、波長、頻率。經(jīng)過調(diào)制后的光信號還應(yīng)當(dāng)經(jīng)過光纖傳入到光電器件內(nèi)，最終解調(diào)成被測參數(shù)數(shù)值。

與普通技術(shù)相比，光纖傳感技術(shù)的靈敏性與適應(yīng)能力更強(qiáng)，可以抵抗外界電磁與原子輻射干擾，具有質(zhì)軟、重量輕等機(jī)械性，可以對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)測。

2 光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用原理

為確保光纖傳感技術(shù)能夠在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)揮出重要作用，還需細(xì)致分析光纖傳感技術(shù)應(yīng)用原理，結(jié)合此些原因不斷優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部功能[1]。具體來說，在將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測過程中，主要應(yīng)用原理分為以下幾種類型：

物理量監(jiān)測原理。主要就是借助光纖傳感器，將被測物體光學(xué)信號的溫度、壓力以及振動情況轉(zhuǎn)化的具體數(shù)值，使工作人員能夠更加清晰地掌握機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；

拉曼散射原理[2]。主要應(yīng)用在被測物體溫度監(jiān)測過程中，如開發(fā)出煤礦內(nèi)部的光纖采空區(qū)溫度檢測、皮帶溫度檢測等系統(tǒng)；

可調(diào)節(jié)激光光譜原理。借助光纖傳感器內(nèi)部可調(diào)節(jié)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?xì)怏w檢測等，保障煤礦作業(yè)場所安全可靠。

3 光纖傳感技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 光纖光柵

在煤礦機(jī)械設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，能夠使監(jiān)測系統(tǒng)具備光計(jì)算、光纖傳感、光纖通訊以及信息處理等功能。光纖傳感器內(nèi)部光纖光柵設(shè)施，能夠?qū)⒃诠饩€一段有限長度內(nèi)設(shè)置許多面反射鏡，用以進(jìn)行選擇性光發(fā)射，特定波長的光可由一個(gè)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(shí)際波長。光纖傳感設(shè)備內(nèi)的光纖光柵運(yùn)行效果受到周邊溫度及應(yīng)力影響。在那些溫度過高的情況下，光纖光柵的彈光效應(yīng)會與空間周邊變化、溫度感應(yīng)密切相關(guān)，產(chǎn)生熱光效應(yīng)與熱膨脹現(xiàn)象。

在不受到應(yīng)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(zhǔn)檢測到煤礦機(jī)電設(shè)施運(yùn)行過程中的各類溫度，對設(shè)備運(yùn)行期間的安全性進(jìn)行精準(zhǔn)評估。

3.2 拉曼散射效應(yīng)

在光纖傳感設(shè)施內(nèi)，可以將光時(shí)域反射技術(shù)與光纖向后散射原理結(jié)合在一起，通過該原理計(jì)算出光速以及背向散射時(shí)間距離，最后得出被測光纖位置以及具體溫度數(shù)值[3]。光纖傳感器的拉曼散射效應(yīng)可服務(wù)于煤礦采礦區(qū)機(jī)電設(shè)施之間的溫度與距離，排查出現(xiàn)溫度異常的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)一步降低事故故障以及火災(zāi)等事故發(fā)生幾率，對保障煤礦機(jī)電設(shè)備安全可靠意義重大。

4 煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，需要在原有基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出相關(guān)檢測儀器，對被測設(shè)備對象運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程管控。借助光纖傳感技術(shù)原理，設(shè)計(jì)出由礦用光纖振動傳感裝置、光纖光柵解調(diào)器以及光纖溫度傳感器共同組成的監(jiān)測系統(tǒng)。

機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，信號采集模塊是系統(tǒng)能夠發(fā)揮出監(jiān)管作用的關(guān)鍵所在，需要明確該模塊運(yùn)行流程，確保模塊內(nèi)具有參數(shù)設(shè)置、報(bào)警查詢、數(shù)據(jù)調(diào)用等功能[4]。通過在被檢測機(jī)電設(shè)備處安裝光纖振動傳感器，完成數(shù)據(jù)采集、 FFT變換等功能，準(zhǔn)確獲得光信號振動頻率、幅度、加速度以及位移數(shù)值，判斷出機(jī)電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間是否存在異常振動情況，針對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的異常情況制定出相應(yīng)解決方案。為增強(qiáng)煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能，需要重點(diǎn)關(guān)注光纖光柵調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)工作，研發(fā)出光纖調(diào)節(jié)模塊，利用高分析率透射全息光柵技術(shù)，確保機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的信息能夠得到及時(shí)記錄及應(yīng)用。

4.2 光纖振動傳感器設(shè)計(jì)

在煤礦機(jī)電設(shè)備安全生產(chǎn)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(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如光纖彈性系數(shù)、支撐桿彈性系數(shù)、介質(zhì)阻尼系數(shù)。

為使光纖振動傳感器運(yùn)行效果能夠滿足機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測要求，還應(yīng)當(dāng)選擇適宜粘稠度的阻尼材料，確保機(jī)械設(shè)備振動時(shí)的變形程度較大。對機(jī)電設(shè)備測試信號靈敏度進(jìn)行細(xì)致分析，測試系統(tǒng)內(nèi)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(xiàn)出機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，使設(shè)備運(yùn)行問題能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

注重對光纖振動傳感器獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面存儲與細(xì)致分析，借助數(shù)據(jù)分析結(jié)果，制定煤礦機(jī)電設(shè)備安全管控機(jī)制，保障煤礦生產(chǎn)安全有序開展。

5 結(jié)語

總而言之，通過將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠切實(shí)提升設(shè)備檢測效果，擴(kuò)大實(shí)際檢測覆蓋面，具有十分廣闊的發(fā)展前景。為充分發(fā)揮出光纖傳感技術(shù)的積極作用，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合煤礦機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)需求，對設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部功能進(jìn)行不斷完善，使煤礦機(jī)電設(shè)備始終處于平穩(wěn)安全的運(yùn)行狀態(tài)下。