基于光纖光柵傳感主井提升系統(tǒng)高壓供電設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)研

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1、基于光纖光柵傳感主井提升系統(tǒng)高壓供電設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)研　　摘要：本文針對(duì)主井提升系統(tǒng)的高壓供電設(shè)備中存在的安全隱患，尤其在設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)因高壓開(kāi)關(guān)柜、接觸器及變壓器的觸頭等接觸不良，會(huì)出現(xiàn)觸頭溫度過(guò)高，產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。由于電壓過(guò)高和電磁干擾等因素難以用常規(guī)的測(cè)溫方法來(lái)監(jiān)測(cè)其溫度，本文利用光纖的抗電磁干擾、電氣絕緣、耐腐蝕和本質(zhì)安全的特性，采用分布式光纖光柵傳感測(cè)溫，同時(shí)結(jié)合小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和互相關(guān)過(guò)程對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、去噪的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其溫度的安全、準(zhǔn)確測(cè)量，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能較好、準(zhǔn)確地反映提升系統(tǒng)的高壓供電設(shè)備中的溫度監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞：光纖光柵主井提升機(jī)溫度監(jiān)測(cè)去噪算法中圖分類號(hào)：TP

2、212.11；TN911.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9416（2013）05-0076-025眾所周知，在煤礦的生產(chǎn)中主井提升系統(tǒng)有要較大的供電負(fù)荷，因此對(duì)其高壓供電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性要求較高，其提升設(shè)備的安全運(yùn)行直接影響著煤礦的安全生產(chǎn)。由于負(fù)載過(guò)大，許多高壓設(shè)備在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中常常出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，高壓開(kāi)關(guān)柜、接觸器及變壓器的觸頭接觸不好，在負(fù)載電流流過(guò)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)觸頭溫度升高，也會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，這些過(guò)熱會(huì)引起絕緣老化甚至擊穿，從而引發(fā)短路，對(duì)整個(gè)煤礦的運(yùn)行將造成大的損失。針對(duì)以往對(duì)高壓供電環(huán)節(jié)的溫度監(jiān)測(cè)方法的不足，本文利用光纖傳感器防電磁干擾、體積小、耐腐蝕

3、、電絕緣、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)對(duì)各高壓部分的觸點(diǎn)進(jìn)行溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，正確得到各部件的真實(shí)溫度狀態(tài)，避免和減少事故的發(fā)生，從而可以提高煤礦安全高效生產(chǎn)作業(yè)。1系統(tǒng)硬件從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及廠家要求等各個(gè)方面綜合考慮，使用西門(mén)子公司的中型系列S7-300PLC用作主控和信號(hào)采集系統(tǒng)，對(duì)于溫度采集采用的是OPTIC3000光纖式溫度傳感器，該溫度傳感探頭具有標(biāo)準(zhǔn)的SC光纖接口，測(cè)溫范圍在-40℃～+125℃，精度在±0.5℃。5監(jiān)控裝置的基本原理：由光纖溫度傳感器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成跟隨式的光信號(hào)，再經(jīng)過(guò)多模光纖傳輸?shù)絇LC控制柜的溫度變送器，溫度變送器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20

4、mA的電流信號(hào)，然后再將電流信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制柜中的PLC模擬量模塊；由PLC的CPU控制A/D的采集和數(shù)據(jù)的讀取，最后把采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以求得所需溫度參數(shù)，由此判斷主井高壓供電設(shè)備運(yùn)行的安全狀況，同時(shí)通過(guò)安全運(yùn)行狀態(tài)的判斷，系統(tǒng)將產(chǎn)生繼電輸出信號(hào)并入到煤礦立井提升電控系統(tǒng)的安全回路，達(dá)到在出現(xiàn)溫度異常時(shí)及時(shí)斷開(kāi)安全回路，停機(jī)檢修，并與煤礦信息中心進(jìn)行通訊，接收中心下達(dá)的控制命令，傳送中心所需的安全運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。2光纖光柵傳感測(cè)溫原理2.1光纖光柵溫度傳感器光纖光柵（FBG）一般是一種反射式的光纖濾波器件，通常是對(duì)一段10mm長(zhǎng)的裸纖進(jìn)行紫外線曝光

5、寫(xiě)入干涉條紋，因此會(huì)產(chǎn)生特定的空間折射率調(diào)制纖芯，經(jīng)過(guò)反射耦合，形成了布拉格反射。根據(jù)這個(gè)原理，經(jīng)過(guò)一定的工藝加工設(shè)計(jì)，可使FBG對(duì)外界相應(yīng)的溫度量敏感，從而可以對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。2.2溫度傳感信息的解調(diào)根據(jù)FBG的特點(diǎn)，一般我們會(huì)選擇利用反斯托克斯光與瑞利后向散射比的方法用來(lái)作為溫度信息的解調(diào)，可使得測(cè)量的靈敏度和精度相對(duì)提高，系統(tǒng)能夠更加的穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果而與其他散射因子或損耗因子等等并無(wú)什么關(guān)系，僅與溫度有關(guān)。光纖光柵傳感器的解調(diào)是關(guān)鍵，下圖1中使用的光纖光柵解調(diào)儀就是根據(jù)上述原理所制成的，該儀器的主要功能就是將光纖測(cè)出的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠被PLC所采樣的標(biāo)準(zhǔn)

6、的4-20ma電流信號(hào)，進(jìn)而能夠組成分布式光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)。3光纖溫度弱信號(hào)的去噪算法5為了使分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)達(dá)到有效的時(shí)間分辨率、空間分辨率和溫度分辨率，采取一定的方法放大信號(hào)消除噪聲是必要的。由瑞利散射產(chǎn)生的包含有溫度相關(guān)信息的反斯托克斯光信號(hào)十分微弱，它是影響系統(tǒng)溫度分辨率的主要因素。3.1小波神經(jīng)網(wǎng)路去噪方法小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種新型算法，是對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波分析的優(yōu)勢(shì)的結(jié)合：一方面小波變換對(duì)于信號(hào)的局部信息能夠有效的提取；另一方面神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和容錯(cuò)能力等特點(diǎn)，并且是一類通用的函數(shù)逼近器?；谛〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的這些特性，使得小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理有著極大的數(shù)據(jù)量且

7、難以有效提取、處理速度慢、精度和可靠性難以保證的分布式光纖光柵測(cè)溫的信號(hào)時(shí)有著極大的優(yōu)勢(shì)。3.2相關(guān)性原理檢測(cè)技術(shù)5信號(hào)和噪聲是有本質(zhì)區(qū)別，任何把信號(hào)從噪聲中提取出來(lái)都是利用了它們的各種區(qū)別。相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的原理是從信號(hào)與噪聲的規(guī)律性不同進(jìn)而去除噪聲的。一般噪聲是無(wú)規(guī)律的沒(méi)有周期性的無(wú)法用確定的時(shí)間函數(shù)來(lái)描述的一種信號(hào)，它是隨機(jī)的且無(wú)法被重復(fù)；相反的溫度傳感信號(hào)會(huì)包含一定量的信息，因此自身是存在一定規(guī)律性的，我們可以利用信號(hào)自身的關(guān)聯(lián)，既后續(xù)的信號(hào)與之前信號(hào)的關(guān)聯(lián)，我們稱之為自相關(guān)檢測(cè)，或是利用兩組具有相似規(guī)律的信號(hào)