[发明专利]一种煤矿用激光测风雷达系统及测风方法

说明书

本发明提供一种煤矿用激光测风雷达系统及测量方法，所述系统中工控机分别连接激光器、偏转棱镜、预处理组件和旋转角位移传感器，预处理组件经A/D数采模块和光电探测器连接耦合器，激光器经隔离器一方面连接环形器，另一方面经衰减器连接耦合器；耦合器和环形器经光缆与光学镜头连接；偏转棱镜设置在光学镜头前端；旋转机构用于在工控机的控制下旋转偏转棱镜，使光学镜头的出射光束经偏转棱镜偏转后形成的聚焦点通过旋转形成一个圆形区域。本发明采用激光直接作用于气溶胶，能够直接反映出测量点速度，可以实现矿井内巷道断面层多点测量，并且理论精度和实测结果远超过现有任何风速测量设备，可以广泛的在矿井内部进行风速、风量的测试。

技术领域

本发明涉及煤矿用测风技术领域，具体而言，涉及一种煤矿用激光测风雷达系统及测风方法。

背景技术

由于空气具有粘性和井巷壁面有一定的粗糙度，使得井巷中空气在流动时会产生内外摩擦力，导致了风速在巷道断面上的分布并非是均匀的。风速在巷壁周边处风速最小，从巷壁向巷道轴心方向，风速逐渐增大。通常在巷道轴心附近风速最大。在井下因井巷断面和支护形式的不同，最大风速往往不在巷道轴心上，风速分布也不对称。在测量巷道平均风速时，如果把风速计(风表)停留在巷道边壁附近，测量结果将较实际值偏小；风速计位于巷道轴心位置时又使测量结果偏大，因此测定巷道平均风速时，不能使风速计停在某一固定点，而应该在巷道横断面上按着一定路线均匀地测定，其数据才能真实地反映出巷道的平均风速。

而为了对巷道截面的风速进行在线精准测量，目前传统测试设备在巷道断面多点测试可行性较差。

发明内容

本发明旨在提供一种煤矿用激光测风雷达系统及测风方法，以解决传统测试设备在巷道断面多点测试可行性较差的问题。

本发明提供的一种煤矿用激光测风雷达系统，包括工控机、数据处理模块、激光收发模块和光学天线传感器模块；所述数据处理模块包括预处理组件、A/D数采模块和光电探测器；所述激光收发模块包括激光器、隔离器、环形器、衰减器和耦合器；所述光学天线传感器模块包括可变焦光学镜头、偏转棱镜、旋转机构和旋转角位移传感器；所述工控机的控制端一连接激光器，控制端二连接偏转棱镜，数据接收端一连接依次经预处理组件、A/D数采模块和光电探测器连接耦合器，数据接收端二连接旋转角位移传感器；所述激光器经隔离器一方面连接环形器，另一方面经衰减器连接耦合器；所述激光收发模块的耦合器和环形器经光缆与可变焦光学镜头连接；所述旋转角位移传感器用于检测偏转棱镜的旋转角度；所述偏转棱镜设置在可变焦光学镜头前端；所述旋转机构用于在工控机的控制下旋转偏转棱镜，使所述可变焦光学镜头的出射光束经偏转棱镜偏转后形成的聚焦点通过旋转形成一个圆形区域。

进一步的，所述偏转棱镜的偏转角度为10～30°。

进一步的，所述偏转棱镜为楔形棱镜。

进一步的，所述聚焦点与偏转棱镜的水平距离为1m～100m。

进一步的，所述煤矿用激光测风雷达系统，还包括供电系统，所述供电系统用于为工控机、数据处理模块、激光收发模块和光学天线传感器模块供电。

本发明还提供一种基于上述的煤矿用激光测风雷达系统的测风方法，所述测风方法包括如下步骤：

S1，工控机控制激光器产生激光信号，该激光信号经隔离器进行光信号隔离后分为一束本振光和一束出射光；所述本振光经衰减器衰减后输入耦合器；所述出射光经环形器和光缆输入可变焦光学镜头，再由可变焦光学镜头将接收的激光信号发出，并经偏转棱镜偏转后聚焦到断面层的测量点；

S2，在测量点的激光信号与大气气溶胶发生米散射和多普勒效应后产生后向散射光，该后向散射光经原光路，即偏转棱镜、可变焦光学镜头、光缆和环形器后作为回波光输入到耦合器；在耦合器中将本振光和回波光进行混频后，使本振光和回波光产生相位差，并将具有相位差的本振光和回波光输出至光电探测器；