[发明专利]矿井环境监测系统及其监测方法

说明书

本发明提供矿井环境监测系统及其监测方法，系统部分包括第一激光器、第二激光器、合束器、光电探测器、聚光器和处理器单元；方法部分包括以下步骤：S1、计算测量激光束的光程距离；S2、测量待测区域的气体浓度；S3、测量待测区域的温度；本发明结合激光测距和TDLAS‑WMS气体测量方法，实现了开放式的气体遥测的距离自校准，相比于传统的模糊测量方法，大大提高了检测的精度；本发明还使用双激光器时分复用实现了气体浓度的冗余测量，具有更高的测量可靠性和测量精度；本发明在两路气体检测过程中，通过双谱线强度的比值，得到仅与温度相关的双线强比值，从而得到了测量方向的温度信息，省去了额外的测温硬件。

技术领域

本发明涉及激光光谱领域，特别涉及矿井环境监测系统及其监测方法。

背景技术

地下矿井作业是一种危险的工作，需要时刻注意是否有瓦斯泄露以及矿井温度是否过高，防止可能出现的爆炸事故。瓦斯中包含了CO，CH₄等易燃气体，为了准确地监测地下矿井是否具有爆炸的风险，可以通过测量CH₄气体浓度和温度，实现矿井环境的监测。

目前的监测方式主要使用半导体气体传感器来实现气体检测，需要待测气体弥漫于传感器周围才能被检测到。对于温度的检测，则是通过增加额外的温度传感器实现。目前的方案在使用时，对于气体检测的响应速度受到气体扩散速度的影响，因此该方案存在一定的滞后效应。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供矿井环境监测系统及其监测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种矿井环境监测系统，包括：第一激光器、第二激光器、合束器、光电探测器、聚光器和处理器单元；

第一激光器和第二激光器分别用于输出时分复用的第一激光束和第二激光束；第一激光器和第二激光器的出光口分别通过光纤与合束器的入光口连接，合束器用于将第一激光束和第二激光束耦合为测量激光束；光电探测器与处理器单元电连接，聚光器置于测量激光束的光路中，位于光电探测器和待测区域之间；

测量激光束穿过待测区域照射至物体表面产生漫反射，聚光器用于会聚漫反射光束，会聚后的光束被光电探测器接收；光电探测器用于将接收到的光信号转化为电信号并传递至处理器单元，处理器单元用于根据电信号解算待测区域的气体浓度及气体温度。

优选地，还包括电信号处理模块；电信号处理模块分别与光电探测器和处理器单元电连接，用于对光电探测器输出的电信号进行放大及数模转换。

优选地，电信号处理模块包括用于放大电信号的放大器和用于进行模数转换的模数转换器；光电探测器、放大器、模数转换器和处理器单元依次顺序电连接。

优选地，还包括用于调制第一激光器的波形的第一调制波形产生器和用于调制第二激光器的波形的第二调制波形产生器；第一调制波形产生器分别与第一激光器和处理器单元电连接，第二调制波形产生器分别与第二激光器和处理器单元电连接。

优选地，还包括用于驱动第一激光器的第一恒流驱动单元和用于驱动第二激光器的第二恒流驱动单元；第一恒流驱动单元分别与第一激光器和第一调制波形产生器电连接，第二恒流驱动单元分别与第二激光器和第二调制波形产生器电连接。

优选地，还包括用于控制第一激光器的温度的第一温度控制单元和用于控制第二激光器的温度的第二温度控制单元；第一温度控制单元分别与第一激光器和处理器单元电连接，第二温度控制单元分别与第二激光器和处理器单元电连接。

一种矿井环境监测方法，应用于矿井环境监测系统，包括以下步骤：

S1、计算测量激光束的光程距离：通过处理器单元测量光电探测器接收到的光信号与测量激光束之间的相位差，根据相位差计算得到光程距离；