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(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，維護意識不足等問題導致煤礦機械設備運行異常狀態(tài)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(tài)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，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(tài)轉(zhuǎn)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(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)結合在一起，判斷出被測光信號的強度、波長、頻率。經(jīng)過調(diào)制后的光信號還應當經(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(zhì)軟、重量輕等機械性，可以對機械設備運行狀態(tài)進行時刻監(jiān)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)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(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部功能[1]。具體來說，在將光纖傳感技術應用在煤礦機電設備安全狀態(tài)監(jiān)測過程中，主要應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械設備運行狀態(tài)；

拉曼散射原理[2]。主要應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、二氧化碳氣體檢測等，保障煤礦作業(yè)場所安全可靠。

3 光纖傳感技術在煤礦機電設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應用要點

3.1 光纖光柵

在煤礦機械設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部應用光纖傳感技術，能夠使監(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)部光纖光柵設施，能夠?qū)⒃诠饩€一段有限長度內(nèi)設置許多面反射鏡，用以進行選擇性光發(fā)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(nèi)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(chǎn)生熱光效應與熱膨脹現(xiàn)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(nèi)，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(shù)值[3]。光纖傳感器的拉曼散射效應可服務于煤礦采礦區(qū)機電設施之間的溫度與距離，排查出現(xiàn)溫度異常的設備運行狀態(tài)，進一步降低事故故障以及火災等事故發(fā)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

4.1 煤礦機電設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構

在將光纖傳感技術應用在煤礦機電設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，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(tài)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(diào)器以及光纖溫度傳感器共同組成的監(jiān)測系統(tǒng)。

機電設備安全狀態(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)管作用的關鍵所在，需要明確該模塊運行流程，確保模塊內(nèi)具有參數(shù)設置、報警查詢、數(shù)據(jù)調(diào)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(shù)據(jù)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(shù)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(jīng)發(fā)現(xiàn)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)功能，需要重點關注光纖光柵調(diào)節(jié)器的設計工作，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，確保機電設備運行狀態(tài)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(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行效果能夠滿足機電設備安全狀態(tài)監(jiān)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(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)出機電設備運行狀態(tài)，使設備運行問題能夠被及時發(fā)現(xiàn)。

注重對光纖振動傳感器獲取到的數(shù)據(jù)進行全面存儲與細致分析，借助數(shù)據(jù)分析結果，制定煤礦機電設備安全管控機制，保障煤礦生產(chǎn)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)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(fā)展前景。為充分發(fā)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(tài)需求，對設備安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部功能進行不斷完善，使煤礦機電設備始終處于平穩(wěn)安全的運行狀態(tài)下。