基于网络技术的光纤传感安全监测系统

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光纤光栅传感技术在煤矿安全监测系统中的应用

光纤光栅传感技术在煤矿安全监测系统中的应用摘要：煤矿安全生产关系到人民群众的生命和财产安全。

通过利用光纤光栅传感技术对进行煤矿安全管理系统实时监测监控系统具有重要的意义。

本文详细探讨了光纤光栅传感技术在煤矿安全监测系统中的应用，旨在保证煤矿企业的安全办生产。

关键词：光纤光栅传感技术；煤矿；安全监测系统；应用对煤矿潜在的安全隐患进行监测是煤矿安全生产的重要保障手段。

目前我国煤矿安全监测仍是以传统电子、机械方式为主，部分甚至还是靠人工观测信号。

传统电子传感技术在煤矿应用中存在以下问题：① 分布式现场供电难，信号传输难，信号易受干扰；② 系统复杂，每个传感器都配置现场仪表，现场仪表种类繁多；③ 电子器件抗潮湿、腐蚀能力差，使用有效期短，维护费用较高。

基于光纤光栅原理制造的传感器通过测量光的波长来测量外界物理量，具有对恶劣环境适应性强、抗电磁干扰能力强、精度高、灵敏度高、易于传输、无源本质安全、准分布式测量等优点。

光纤光栅优越的内在特性使得传感器在煤矿井下的恶劣环境下能够稳定工作。

因此，将光纤光栅传感技术引入煤矿安全监测中具有重要的意义。

1光纤光栅传感技术概述光纤光栅传感系统使用光纤作为测量元件和信号传输介质，为提高光纤对温度、应力的敏感程度及准确定位能力，采用国际最先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区——光纤光栅，这些敏感区可以精确、灵敏地探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅传感系统的高灵敏性和可靠性。

光纤光栅传感系统主要由光纤光栅温度传感器、应变传感器、位移传感器、压力传感器（渗压计、土压计）、光纤传感分析仪以及信号传输光缆等几部分组成。

其基本原理是利用光纤光栅传感器内部敏感元件——光纤光栅反射的光学频谱对温度和应力变形的敏感特性，通过光纤光栅传感网络分析仪内部各功能模块完成对光纤光栅传感器的输入光源激励/输出光学频谱分析和物理量换算，以数字方式给出各监测点的物理量测量值，并根据预先设定的数据采集、存储、处理机制和通信程式把信息汇集到桥梁、隧道、水利、石化、电力管理系统。

光纤传感网络中的数据采集与传输方法

光纤传感网络中的数据采集与传输方法光纤传感网络是一种基于光纤传输技术的传感系统，利用光纤作为传感元件来实现对物理量的测量和监测。

在光纤传感网络中，数据采集和传输是至关重要的环节，它直接影响到传感系统的灵敏度、精度和实时性。

因此，合理选择和应用适当的数据采集与传输方法对于光纤传感网络的稳定运行和准确测量至关重要。

数据采集是指通过传感器将环境或物体的某种物理量转换为电信号的过程。

在光纤传感网络中，常用的数据采集方法包括光波调制、频率调制和幅度调制。

光波调制是一种通过改变光纤中的光波强度或频率来实现数据采集的方法。

具体而言，可以利用光调制器或光电转换器对光信号进行调制，然后通过光纤将调制后的信号传输到信号解调器进行解调。

这种方法主要适用于光纤温度传感和光纤压力传感等应用。

频率调制是一种通过改变光纤中的光信号频率来实现数据采集的方法。

在频率调制中，可以利用光调制器和振荡器对光信号进行频率调制，然后通过光纤将调制后的信号传输到频率解调器进行解调。

这种方法常用于光纤振动传感和光纤应力传感等应用。

幅度调制是一种通过改变光纤中的光信号幅度来实现数据采集的方法。

在幅度调制中，可以利用光调制器和放大器对光信号进行幅度调制，然后通过光纤将调制后的信号传输到幅度解调器进行解调。

这种方法常用于光纤形变传感和光纤位移传感等应用。

与数据采集相比，数据传输是将采集到的光信号从传感器传输到信号处理器或数据分析系统的过程。

在光纤传感网络中，常用的数据传输方法包括直接传输法、间接传输法和无线传输法。

直接传输法是一种将光信号直接通过光纤传输的方法。

这种方法需要保持光纤传输链路的稳定性和完整性，以确保数据信号的实时性和精度。

直接传输法适用于对数据实时性要求较高的应用领域，如结构监测和环境监测等。

间接传输法是一种将光信号通过传感器输出电信号，再通过电缆或无线方式传输的方法。

这种方法对光纤传输链路的要求较低，但会引入一定的电磁干扰和信号衰减。

基于Fabry-Perot光纤应变传感技术的监测系统

维普资讯
信息系统与网络

基于ＦｂｙＰｒｔ纤应变传感技术的监测系统ａｒ．ｅｏ光
王瑞更
（河北省电子信息技术研究院，河北石家庄００７）５０１
摘要介绍了外腔式光纤法布里一珀罗（ — 应变传感器的基本原理和信号调理技术。设计了基于ＦＰ变ＦＰ）＿应
ＡｂｔａｔＴｅｔｅｒｆｅｔｎｉａｒ— ｅ（ — ｓｒｃｈｈｏｙｏｘｒｓＦｂＰｍｔＦＰ）ｏｔｂｒｓａｅｓｒｎｔａｐｉａｉｎｉｔｉｎｔｒｇｏｔｃｕｅａｅｉｃｙｐｉｆｅｔｉｓｎｏｓａｄｉｐｌｔｎｓａｎｍｏｉｉｆｓｒｔｒｒｃｉｒｎｓｃｏｒｏｎｕ
ＯｐｉｂｒＳｎｏｃｎｏｏｙｔｃＦｉｅｅｓｒＴｅｈｌｇ
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光纤传感技术在智能电网安全综合监测中的应用讲解

光纤传感技术在智能电网安全综合监测中的应用讲解 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII光纤传感技术在智能电网安全综合监测中的应用山东微感光电子有限公司目录1.研究背景........................................................... 错误!未定义书签。

2.研究目的与意义 ............................................... 错误!未定义书签。

3.研究内容........................................................... 错误!未定义书签。

4.研究目标及技术路线 ........................................ 错误!未定义书签。

5.研究方案........................................................... 错误!未定义书签。

.光纤传感技术.............................................................. 错误!未定义书签。

光纤光栅传感技术..................................................................... 错误!未定义书签。

光纤分布式温度检测技术.......................................................... 错误!未定义书签。

光纤气体检测技术..................................................................... 错误!未定义书签。

光纤传感技术在电力安全监测中的应用...................... 错误!未定义书签。

基于光纤传感油气管道安全监测评价系统研究

基于光纤传感油气管道安全监测评价系统研究摘要：管道腐蚀缺陷一直是困扰着安全生产重要隐患，因此有必要对管线进行安全监测。

该研究以实现智能化评估管线安全状态为目的，利用分布式光纤光栅，对由于管道内部腐蚀缺陷引起的表面应变进行了监测。

并结合管壁应力场分布特性，建立起了一套实时在线的含缺陷管道光纤光栅监测评估系统，结合开发监测系统软件可有效地评价含缺陷管道的实时的受力状态和安全运行状况。

关键词：管道缺陷光纤光栅实时在线监测系统安全评估监测软件中图分类号：tp393 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）03（a）-00-02传统的监测技术在实际应用中常常要对管线进行全线普查并综合运用多种技术手段进行完整性评估，需要耗费大量的人力、物力及时间成本。

限于技术原因及腐蚀、环境因素，管线失效导致的安全责任事故往往由于不能实时检测或监测引发的。

而目前的沿线日常巡检方式过于粗犷，无法对问题管段的情况精确监测，也不可能以人力长期实时监测。

针对传统方法中的缺点，本研究建立一种保障油气运输管道安全，且符合实际生产需要的新型监测技术体系，通过对管道表面微应变的实时监测、数据管理和安全评估，及时对管道的使用情况进行评价，进而降低管道事故发生率，便于有计划的对管道进行维修和更换管理，使其成为油气管道安全运行的重要保障。

此方法具有对目的管道实时在线监测，软件界面操作简单，除定期维护外无需人工作业，软件对监测结果直接进行评价，将监测与评价有效的结合在一起。

尤其在一些易产生问题又不方便经常进行人工检测的管线重点部位，有着显著的优越性，弥补了传统方法的不足，从而能够节省大量人力、物力和时间，取得更高经济效益。

1 光纤光栅监测适用性研究本研究中采用光纤光栅作为本安型传感器。

光纤光栅传感器（fiber bragg grating sensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。

基于物联网的光纤传感技术应用方案

自诞生以来，光纤传感器以其体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快、抗电磁干扰能力强和使用方便等优点迅速发展起来，并广泛使用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿和土木工程等各个领域。

尤其是物联网飞速发展的今天，光纤传感技术的地位更不可忽视。

1 光纤传感器基本原理及发展现状1.1 光纤传感器基本原理及分类光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的一种新型的传感技术，当光在光纤中传播时，在外界温度、压力、位移、磁场、电场和转动等因素作用下，通过光的反射、折射和吸收效应，光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹光效应等，可使光波的振幅、相位、偏振态和波长等参量直接或间接地发生变化，因而可将光纤作为敏感元件来探测各种物理量[2]。

光纤传感器主要由光源、传输光纤、光电探测器和信号处理部分等组成。

其基本原理是将来自光源的光经过光纤送入传感头（调制器），使待测量参数和进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位和偏振态等）发生变化，成为被调制的信号光，再经过光纤送入光电探测器，将光信号转化为电信号，最后经过信号处理后还原出被测物理量[3]。

光纤传感器的种类较多，一般可以分为功能型（传感型）传感器和非功能型（传光型）传感器两大类。

功能型传感器是利用光纤对外界信息具有敏感能力和检测能力的特性，将光纤作为敏感元件，当被测量在光纤中传输时，光的强度、相位、频率或偏振态等特性将发生变化，从而实现了调制的功能。

然后再通过对被调制过的信号进行解调，得出被测信号。

在这种传感器中，光纤不仅起到了传光的作用，还起到了"感"的作用。

非功能型传感器是利用其他敏感元件来感受被测量的变化，光纤仅作为信息的传输介质，即光纤只起导光作用[3]。

分布式光纤传感网络在矿井安全监测中的应用研究

分布式光纤传感网络在矿井安全监测中的应用研究随着现代工业的发展，矿井已成为人们生产生活中必不可少的一部分。

然而，矿井作为一种特殊的生产环境，除了所能提供的财富和资源外，它也给工人和社会带来了巨大的安全隐患。

矿井事故的频繁发生已经引起了人们的高度关注。

传统的监测手段难以满足对矿井安全的严格要求，而分布式光纤传感网络（Distributed Optical Fiber Sensing Network，DOFSN）则成为了矿井安全监测中的一种领先技术。

本文将探讨DOFSN在矿井安全监测中的应用研究。

1、DOFSN技术的基本原理及特点DOFSN技术是一种利用光纤本身作为传感器对周围环境进行监测的技术。

光纤是一根直径为毫米级的细线，通过传输光信号来达到传感的目的。

DOFSN技术可以将整个光纤看成一个传感器，通过扫描光纤上在不同长度上的反射信号，就可以实时地获取光纤上的温度、应变等环境参数值，实现全方位、高覆盖、高灵敏度的实时监测。

DOFSN技术具有以下几个特点：（1）高空间分辨率：DOFSN技术可以实现与纤芯长度与事件点位置的精确定位，可以做到厘米级甚至亚厘米级的空间分辨率。

（2）大容积监测：DOFSN技术光纤长度可达数公里，可以实现大范围的监测。

（3）在线实时监测：DOFSN技术可实现实时监测与分布式监测。

（4）可靠性高：光纤是一种非常可靠的传感元件，不受电磁干扰，也不受环境变化的影响。

2、DOFSN技术在矿井安全监测中的应用（1）地质构造监测DOFSN技术可以实时地记录矿井中各种力学参数的变化，例如温度、应变、振动等，从而实现矿井地质构造的实时监测。

地质构造监测的主要研究内容包括测定煤层、岩层的应力、应变状态、断层带的变形状态等。

这些数据可以为矿床的评价、矿体的采矿、矿井的开发和地下工程的设计提供有价值的信息。

（2）瓦斯监测煤矿事故中最致命的是瓦斯爆炸，因此，对瓦斯的监测在矿井安全监控中尤为重要。

DOFSN技术可以将光信号发射到灵敏光学水平振荡器（Fabry-Perot Interferometer，FPI）上，通过对光学信号的变化进行分析，实现对瓦斯浓度的高精度实时监测。

光缆自动化监测系统

光缆自动化监测系统引言概述：光缆自动化监测系统是一种基于先进技术的监测系统，能够实时监测光缆的运行状况和故障情况。

本文将从五个方面详细介绍光缆自动化监测系统的功能和应用。

一、光缆自动化监测系统的基本原理与功能1.1 光缆自动化监测系统的基本原理光缆自动化监测系统基于光纤传感技术，通过在光缆中安装传感器，实时采集光缆的温度、拉力、弯曲等参数，将数据传输到监测系统中进行处理和分析。

1.2 光缆自动化监测系统的主要功能光缆自动化监测系统能够实时监测光缆的温度变化、拉力变化、弯曲程度等参数，并能对异常情况进行预警和报警处理。

同时，系统还能够对光缆的故障进行定位和诊断，提高故障处理的效率。

1.3 光缆自动化监测系统的应用场景光缆自动化监测系统广泛应用于光缆的布线、维护和管理等方面。

在光缆布线过程中，系统能够实时监测光缆的安装质量和运行状况，确保光缆的稳定运行。

在光缆维护和管理过程中，系统能够提供实时的故障定位和诊断，提高维护效率。

二、光缆自动化监测系统的优势与挑战2.1 光缆自动化监测系统的优势光缆自动化监测系统能够实现对光缆的全面监测和管理，提高光缆的稳定性和可靠性。

系统具有自动化、实时性强的特点，能够减少人工干预，提高工作效率。

同时，系统还能够提供详细的数据分析和报告，为光缆维护和管理提供科学依据。

2.2 光缆自动化监测系统的挑战光缆自动化监测系统在实施过程中面临一些挑战。

首先，系统的建设和维护成本较高，需要投入大量的人力和物力资源。

其次，系统的数据处理和分析需要专业的技术支持，对技术人员的要求较高。

另外，系统的安全性和稳定性也是需要重点考虑的问题。

三、光缆自动化监测系统的应用案例3.1 光缆自动化监测系统在通信行业的应用光缆自动化监测系统在通信行业中广泛应用，能够实时监测光缆的运行状况和故障情况，提高通信网络的稳定性和可靠性。

3.2 光缆自动化监测系统在电力行业的应用光缆自动化监测系统在电力行业中也有重要应用，能够实时监测电力光缆的温度、拉力等参数，提高电力系统的安全性和可用性。

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收稿日期:2005 08 14
作者简介:甘维兵(1978 ),男,湖北监利人,控制理论与控制工程专业硕士研究生,现在武汉理工大学光纤传感技术研究中心,主要从事光纤气体传感器及计算机信息系统集成方面的研究工作。

基于网络技术的光纤传感安全监测系统
甘维兵,祁耀斌,罗铁亮
(武汉理工大学光纤传感技术研究中心,湖北武汉 430070)
摘要:针对大型成品油库的安全管理,提出了一种较先进的基于网络技术的光纤传感监测设计方案。

具体介绍了由光纤液位计、光纤高位报警器和光纤温度传感器以及ADVANT ECH 工控机构成监测系统的设计与实现方法,并对油库的管理信息化提出了具体的组网方案。

随着信息技术的发展,该设计方案在大型成品油库的应用将会得到迅速的发展和推广。

关键词:光纤传感;网络通信;在线监测;安全监测系统
中图分类号:T P273;T P212 文献标识码:A 文章编号:1007 7324(2005)06 0057 02
Fiber Optical Sensor Safety Monitoring System On Network Technology
GAN Wei bing ,QI Yao bin ,LUO Tie liang
(Fiber Optical Sensing Technolog y Research Center ,Wuhan U ni.o f Technolog y ,Wuhan,430070,China )Abstract:Putting forw ard a kind of advanced fiber optical senso r safety monito ring sy stem on netw or k technolo gy.The desig n and implementatio n o f the system consisting o f fiber o ptical liquid height,fiber optical liquid o verhead alar m equipment,fiber optical temper ature sensor and ADVANT ECH industr ial com puter are intro duced specially ,and a specific netw ork structure is put fo rw ar d for m anagement infor m ation sy stem of oil depot.With the developm ent of technolog y,the design w ould be ex panded quickly at the application o f the national finished product oil depot.
Keywords:fiber o ptical sensor;netwo rk comm unicatio n;o nline measure;safety mo nitoring system 本文以常见的几种光纤传感器作为现场检测手段,结合计算机网络技术,研制出了一种新型的适用于油库安全监测的光纤传感网络。

它具有适时检测液位、温度等参数;自动进行容积、密度、质量、进出量计算;设备运行状态监视、自动报表和网络化功能。

针对罐区安全管理模式,具有适时性、可靠性、安全性、易于使用维护等特点。

从根本上解决了困扰大中型油库的安全问题、生产管理中的原油检测问题,现已广泛应用于石油、化工等行业易燃、易爆油料存储罐的安全检测,是国内重点推广的高新技术产品[1]。

1 光纤传感安全监测系统1.1 系统的组成
在每个油罐上分别安装1台光纤液位计、光纤温度传感器和光纤高位报警器,实时检测油罐的液位、温度。

现场检测到的信号经光缆送至仪表间,接入二次仪表,显示油罐的液位及温度,并将液位、温度信号经罐区信号转换装置转换为RS 485信号送给监控计算机
[2]。

1.2 系统的工作原理
光纤传感器将被测对象的参量变化转换为光
脉冲信号,并通过光纤传送给光电转换器;光电转换器将光脉冲信号转换为电脉冲信号,并进行放大
整形,传给二次仪表;二次仪表对光电转换器输出的电脉冲信号进行线性化处理,并进行仪表的量程、灵敏度等调节,以数字形式显示被测参量。

二次仪表采用串行通讯方式(RS 232和RS 485)同监测系统采集机相连,监测系统采集机应用组态软件M CGS 对二次仪表传送过来的信息进行处理,并实现对被监测参量的显示、报警、计量、报表处理等功能,从而实现对被测参量的自动监测。

监测系统采集机通过网卡,并应用T CP/IP 网络协议将监测信息传送给局域网,形成安全监测信息网络系统,从而实现监控总站和分站的信息共享[3]。

1.3 系统的性能指标
实践证明,该监测系统具有良好的适时性和可靠性等特点,其安全性也符合国家规范,易于日常
计算机应用
石油化工自动化,2005,6 57AUTOM AT ION IN PE TRO CH EM ICAL INDUS TRY
维护和管理。

它适时检测液位、温度等参数,并且自动进行容积、密度、质量、进出量计算。

其具体性能指标:可选用GY 系列光纤液位计,测量范围为0~25m ,测量准确度为!2mm ,灵敏度可达1m m,最大可传输距离为5km;选用FBG 温度传感器,温度测量范围为-30~150∀,测量精度为!0.5∀,灵敏度达到0.1∀,最大可传输距离为5km;选用GYB 光纤高位报警器,其测量范围可调,响应时间小于0.5s,最大可传输距离为1km 。

2 系统的网络架构
考虑到今后油库规模的扩大以及现代信息化管理水平对其更高的要求,在此提出了一种网络信息管理方案,它包括自控系统、安防系统、罐区监测系统、武警监控系统等。

所有分系统均在监控管理总站汇入局域网,通过管理者授权,各监控分站通过局域网获取相应信息。

系统通过防火墙安全接入Internet,支持Web 远程访问浏览。

网络信息管理系统结构如图1
所示。

图1 网络信息管理系统结构拓扑图系统应采用C/S 三层架构,由服务器完成数据的服务功能,服务器和客户端与结构无关。

监控管理总站出现故障时,自控监控系统、罐区监测系统和安防监控系统等均能独立工作。

考虑到未来发展的需求,以适应今后新技术的进步和新业务的增加,因此在办公楼的监控管理总站内,选择1台Cisco Catalyst 3550 24交换机作为核心交换机,以保证各监控点的信息能够及时准确地传送到监控管理总站。

监控信息在通过自控系统和安防系统的专用线缆网络传送到自控监控和安防监控计算机上的同时,为了确保数据信息的准确、快速、可靠地传输,汽车发油区、武警监视点的终端用户直接连接
到核心交换机上,通过核心交换机的高速通道来保
证信息传输的无阻塞。

同时基于交换机的端口划分VLAN,实现各个子系统监控信息的可靠传输和数据管理。

对连接到Internet 这一开放网络的用户来说,在承担远程连接的同时实施数据包检验和过滤,以防止非法用户侵入到内部局域网,这是网络设计中不容忽视的一项重要因素。

因此,在该设计方案中特别安装了硬件防火墙,保证整个网络系统数据的安全和可靠性。

3 系统的软件设计3.1 操作系统
采用Windo w s 系列平台。

3.2监控组态软件平台
InT ouch 组态监控软件是由美国Wonderw ar e 公司开发的人机界面生成程序,该软件的最大特点是开发者不用写冗长的程序,仅需作图,建立动态连接,然后运行即可。

它包括许多个应用程序,其中有两个关键程序:Window M aker 和Window View er 。

前者用来开发用户应用系统,后者用来运行用户系统[4]。

3.3 数据采集与通讯
该系统采用Microso ft VB6.0来实现光纤传感器与监控计算机的RS 232通讯以及VB 与In Touch 的通讯功能。

通信程序功能图如图2所示。

图2 通信程序功能结构
4 总结
对一种新型的适用于油库安全监测的光纤传感网络的原理及方法进行了介绍,该系统安全、可靠,具有很好的适时性,且功能齐全,已被国内数家油库改造时采用,具有良好的推广价值。

参考文献:
1 赵愚,姜德生一种新型智能光纤传感器的研制与应用石
油化工自动化,2003,(4):76~78
2 姜德生,祁耀斌.油罐区光纤安全监测系统设计与实现.武汉理
工大学学报,2001,23(11):69~71
3 姜建,舒乃秋,章涛等.基于网络传感器的大坝安全监测系统.
传感器技术,2004,23(2):31~33
4 姜德生,陈逢春.网络技术在光纤传感安全监测系统中的应用.
微机发展,2003,13(12):4~6
5 王惠文,江先进.光纤传感技术与应用.北京:国防工业出版社,
2001.3~10
58
石油化工自动化 2005年。