Design of coal mine optical fiber sensing emergency communication system
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摘要: 针对煤矿井下发生瓦斯爆炸、突水等灾害时造成断电使通信中断的问题，设计了一种基于煤矿井下既有光缆的光纤传感应急通信系统，实现了矿井灾后无电环境下对井下被困人员声音信息的采集、传输和处理。该系统包含光纤声音传感子系统与硬件解调子系统2个部分：在井下巷道铺设的光缆中加入光纤探头，构建光纤声音传感子系统，侦听巷道内被困人员呼喊、敲击等声音信号；硬件解调子系统放置于地面，用于提取并还原加载在光信号里的音频信息。光纤声音传感子系统采用ASE宽带光源作为探测光，通过延迟光纤解决测量盲区问题，根据探测光的相位和光强变化与声波信号的关系实现井下声音信息采集；硬件解调子系统通过光电转换模块和音频处理模块对采集的声音信号进行解调处理，对微弱信号进行提取放大。实验结果表明，在10 km的测试距离内，该系统可检测并提取距光纤探头0~5 m、频率范围为0.3~3.4 kHz的声音信号，精度为±0.5 Hz。Abstract: In view of problem of communication interruption due to power outages when gas explosions, water inrush and other disasters occurred in underground coal mines, an optical fiber sensing emergency communication system based on existing optical cables in underground coal mines was designed to realize collection, transmission and processing of sound information of trapped personnel in underground coal mines without electricity after mine disater. The system includes two parts: the optical fiber sound sensing subsystem and the hardware demodulation subsystem. The optical fiber sound sensing subsystem is constructed by adding optical fiber probes to the optical cables laid in underground roadway to monitor sound signals of the shouts and knocks of trapped people in the roadway. The hardware demodulation subsystem is placed on the ground to extract and restore the audio information loaded in the optical signal. The optical fiber sound sensing subsystem uses ASE broadband light source as the detection light, and solves measurement blind area problem through the delay fiber, and underground sound information collection is realized according to the relationship between the phase and light intensity changes of the detection light and the acoustic signal. The hardware demodulation subsystem adopts photoelectric conversion module and audio processing module to demodulate the collected sound signal, extract and amplify the weak signal. Experimental results show that within test distance of 10 km, the system can detect and extract sound signals with frequency range of 0.3 -3.4 kHz and 0 -5 m away from the fiber optic probe, with an accuracy of ±0.5 Hz.
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期刊类型引用(19)
1. 张廷寿. 煤矿综掘巷道负压除尘性能研究. 中国矿业. 2025(04): 241-250 . 
百度学术
2. 张京兆，苏慧冬，闫振国，马文杰，熊帅，张宸毓. 综掘工作面气室降尘技术研究. 工矿自动化. 2024(01): 80-87 . 本站查看
3. 韩文杰，张虎，石磊，秦娜. 基于新型分风控尘方法的综掘工作面控尘机制研究. 煤矿安全. 2024(07): 59-67 . 百度学术
4. 邱观华，马帅帅，刘喜亮，朱儒化，张国梁，张世奇，魏涛，李小川. 机械通风参数对半煤岩巷道掘进面粉尘扩散特性的影响. 煤矿机械. 2024(09): 43-46 . 百度学术
5. 王建国，金小菊，韩敏. 气液两相喷雾雾化参数对综掘工作面降尘效果的影响. 矿业研究与开发. 2024(09): 151-157 . 百度学术
6. 司俊鸿，王雨晨，王昊宇，霍小泉，杨云峰. 综掘面动态产尘条件下粉尘扩散运移规律研究. 安全. 2024(10): 33-39 . 百度学术
7. 黄超，唐明云，王乐乐，蔡建国，袁雅楠. 通风扰动下连采工作面截割粉尘运移及分布规律. 工矿自动化. 2024(10): 168-178 . 本站查看
8. 明洁. 综掘工作面长压短抽通风除尘技术探析. 当代化工研究. 2023(14): 114-116 . 百度学术
9. 张建国，孙海良，张国川，王海涛，姜德义，张黄情. 煤巷中不同截割部位对粉尘运移扩散规律的影响研究. 煤炭技术. 2023(08): 177-181 . 百度学术
10. 李硕，史克南，李松，吴江. 抗干扰激光粉尘传感器技术研究. 应用激光. 2023(08): 131-138 . 百度学术
11. 高海，程传兴. 压入式掘进巷道风流粉尘运移规律及最佳压风量研究. 山西煤炭. 2023(03): 54-61 . 百度学术
12. 马胜利，张强，张凯铭. 综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟研究. 煤炭技术. 2022(02): 87-89 . 百度学术
13. 郭玉峰，郝永江，李云龙，郭伟强. 综放工作面转载破碎粉尘扩散运移规律分析. 煤炭工程. 2022(02): 73-77 . 百度学术
14. 黄正华. 综采面粉尘运移规律与通风降尘方式研究. 煤矿现代化. 2021(02): 104-106+111 . 百度学术
15. 龚晓燕，彭高高，宋涛，冯雄，陈菲，刘辉，谢沛，薛河. 掘进工作面长压短抽通风出风口风流调控参数研究. 工矿自动化. 2021(09): 45-52 . 本站查看
16. 李军胜. 基于Realizable k-ε模型煤巷综掘工作面粉尘运移规律研究. 陕西煤炭. 2021(S2): 6-10 . 百度学术
17. 张运增，苏志伟. 神东矿区综合防尘关键技术及应用. 煤炭科学技术. 2021(S2): 115-119 . 百度学术
18. 杨敏，张全柱，赵紫梅. 高精度矿用粉尘监测系统的数据采集模块设计. 煤炭与化工. 2020(02): 65-68+72 . 百度学术
19. 王凯凯，司文，王江峰. 综掘工作面高效除尘技术研究与应用. 能源与环保. 2020(08): 72-75+80 . 百度学术
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