[发明专利]一种矿井中的风量测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种应用于风量测量装置的矿井中的风量测量方法，其特征在于：风量测量方法采用以下风量测量装置，所述风量测量装置包括光电转换与计算模块(1)、传递模块(2)和传感测量模块(3)，光电转换与计算模块(1)置于井上，传感测量模块(3)置于井下，光电转换与计算模块(1)和传感测量模块(3)之间通过传递模块(2)通信连接；

所述的传感测量模块(3)包括固定装置(301)和光纤(302)，固定装置(301)沿垂直于矿井深度方向所在的平面布置，光纤(302)固定于固定装置(301)靠近矿井中来风的端面；

所述的传递模块(2)包括光纤(201)和外壳(202)，光纤(201)套装在外壳(202)中；传递模块(2)的光纤(201)下端和传感测量模块(3)的光纤(302)一端光连接，传递模块(2)的光纤(201)上端延伸到井上并和光电转换与计算模块(1)连接；

所述的光电转换与计算模块(1)包括光源驱动模块(101)、光源(102)、2×2端口光耦合器(103)和光电探测器(104)；光源驱动电路(101)和光源(102)连接，光源(102)的光输出端连接到2×2光耦合器(103)一侧的一端，2×2光耦合器(103)一侧的另一端和光电探测器(104)连接，2×2光耦合器(103)另一侧的一端经光纤连接端口(107)和传递模块(2)连接；

方法包括：

步骤1：测量风速标定；

步骤2：测量风量方法；

所述步骤1：测量风速标定，具体为：

步骤1.1：同时向传感测量模块(3)中光纤(302)的起始端和终止端施加应力并保持应力；光源(102)发出脉冲光束并开始计时，脉冲光束在传感测量模块(3)中光纤(302)背向散射后产生的背向散射光强信号由光电探测器(104)探测获得，针对背向散射信号进行解析获得分别到达起始端和终止端所产生的背向散射信号被光电探测器(104)探测到的时刻t_a,t_b分别作为起始端时刻t_a和终止端时刻t_b；

步骤1.2：解除应力，光源(102)发出脉冲光束并开始计时，脉冲光束在传感测量模块(3)中光纤(302)背向散射后产生的背向散射光强信号由光电探测器(104)探测获得，采集起始端时刻t_a和终止端时刻t_b之间的多个时刻的背向散射信号，根据起始端和终止端之间的多个时刻的背向散射信号输入以下公式，拟合出起始端和终止端之间的背向散射信号输出函数f(t)：

f(t)＝k(t-t_a)+1

其中，背向散射信号输出函数f(t)表示拟合情况下t时刻背向散射信号相对于起始端时刻t_a背向散射信号的拟合功率强度比，t表示当前时刻，k表示光纤传输衰减系数；

步骤1.3：将传感测量模块(3)放置在标准风速的风速箱内，打开风速箱，风速箱产生恒定的风速；

步骤1.4：光源(102)发出脉冲光束并开始计时，脉冲光束在传感测量模块(3)中光纤(302)背向散射后产生的背向散射光强信号由光电探测器(104)探测获得，采集起始端时刻t_a和终止端时刻t_b之间的多个时刻的背向散射信号作为标定的背向散射信号g(t)；

步骤1.5：根据标定的背向散射信号g(t)及背向散射信号输出函数f(t)采用以下公式计算出起始端和终止端之间应力对应的归一化背向散射强度：

其中，表示实际情况下t时刻的归一化背向散射强度；

步骤1.6：计算风速箱中风速与总归一化函数背向散射强度的比例因子K；

步骤1.7：多次重复步骤1.3-1.6，改变步骤1.3中风速箱的风速进行多次测试，取比例因子K的平均值为最终的比例因子。

2.根据权利要求1所述的一种应用于风量测量装置的矿井中的风量测量方法，其特征在于：

所述风量测量装置还包括电路解算模块(105)和无线WiFi传输模块(106)，光源驱动电路(101)和光电探测器(104)均连接到电路解算模块(105)，电路解算模块(105)经无线WiFi传输模块(106)连接和外部计算机连接。