光纤侦听的综合监测预警项目产品技术方案

光纤侦听检测系统的整体架构

系统重点通过对相应动设备的监控和声音采集与AI人工智能比对，实现设备运行状态的正确显示，针对可能的危险隐患进行提前预警。主要监测内容如下：

（1）开发和建设罐笼运行状态监控预警系统

结合煤矿安全生产需求，利用光纤传感技术，建立对传输罐笼的运行状态监控。通过采集罐笼运行时的声音，判断罐笼的位置；通过监听定位框架的声音，判断罐笼健康状态，异常情况的实时报警功能。

（2）开发和建设传输皮带机的运行状态监控预警系统

结合传输皮带机的安全生产需求，利用光纤传感技术，建立对皮带机的运行状态监控。通过部署在皮带机上的光纤，实现皮带机运行声音的监控，可正确判断皮带机的正常、停机状态，可依据正常运行是的声音采集比对，实现异常情况的及时报警，并可实现故障位置定位。

（3）开发和建设皮带机，罐笼电机的运行状态监控预警系统

对皮带机的动力电机，罐笼动力电机的运行状态进行监控，通过采集正常运行声音，实现开机，正常，停机，异常的提示和报警。并出具运行监控度报告。

技术原理

光纤侦听技术原理：

当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散射光。当外界有振动发生时，会引起光缆中纤芯发生形变。极其微小的振动，也会导致纤芯微弱弯曲从而引起折射率发生变化，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，反射回光纤传感器时，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析，根据分析的结果，判断入侵事件的性质及类型，并根据检测光与瑞利散射回光的时间差，判断出光缆皮长米数，并根据定标系统精确的判断出入侵地点物理位置。

光路系统按照一定频率往系统里面打入脉冲光，时时刻刻光路返回瑞利散射光，光电转换电路将光信号转换成电信号，通过预警算法判断预警点，并显示在终端地图上和全景图上。

光纤测温技术原理：

DTS光纤温度传感器相当于在每个通道的光纤上每隔一米安装了一个温度计，一个10公里的通道相当于10000个温度计,主机采集这些温度,集中进行计算,储存和处理。

DTS分布式光纤温度传感器是根据光纤的光时域反射(OTDR)和光纤RAMAN散射的温度效应设计,用来实时检测光纤不同位置的温度,实现分布式的温度测量的先进仪器。

光纤在系统中同时作为传输载体和传感器,背向Raman散射光的强度受整段光纤各处空间上的温度场调制后,被DTS光纤温度传感系统检测并进行解调,得到整段光纤上的温度场分布。

测、生产过程信息综合利用等方面的网络化、自动化和智能化提出了矿用分布式光纤温度在线监测预警系统充分利用光纤传感技术的优势，对煤矿皮带机运输巷沿线内环境的监测，特别是温度的预测预警及治理中能够准确实时的提供监测数据，在皮带机运输巷的安全生产中起到保驾护航的重要作用。

该系统具有以下优点：

1）本质安全，不带电，不受外界电磁场干扰；

2）复用能力强，可实现对一线多点或空间分布的连续监测；

3）皮带巷发火点精准定位，误差小，显示直观，反应迅速。

光纤传感器技术是伴随着光导纤维及光纤通讯技术发展而出现的一种崭新的传感技术。不同于传统的传感技术，它的灵敏度、抗干扰性以及高适用性成为目前科技发展所追逐的新趋势。光纤传感利用光纤对外界环境因素敏感的特点，例如温度、压力、电场、磁场等环境条件的变化都将引起光波参量，如强度、相位、频率、偏振态等的变化。利用光纤感知特性可以检测环境变化，同时光纤本身具有许多优点，如长距离传输损耗低、易弯曲、体积小、重量轻、成本低、防水、防火、高抗电磁干扰等，因此在航空、航天、航海、核工业、电力、石化、矿山、冶金等行业有着广泛的应用。

基于井下光缆振动感知·信息侦听辅助救援系统（CMR系统）是一个分布式的系统。有多个不同功能模块的独立服务器组成。每一个基站点含有基站代理服务器、光纤振动传感终端、设备控制器三部分，通过网络连接组成一个独立的基站站点；多个基站站点接入Web服务器、数据库管理服务器从而形成一个完整的光纤振动预警系统；用户通过接入网络可以访问系统数据。系统还可接如地图服务器、警灯服务器、视频服务器等第三方设备。整个系统的组件分布及连接如图所示。

CMR系统最小系统从结构上可以分为五个模块：光纤振动传感终端、基站代理服务器、数据库管理服务器、Web应用服务器、设备控制终端；分别负责数据采集、数据处理、数据存储、数据推送、设备控制等功能。其交互示意图如下所示。

其中各部分主要功能为：

1）Web应用服务器：对外的用户接口，用户通过Web界面进行井下多基站单元的管理、预警信息查看、定标、预警记录、设备状态查看及远程控制、会员管理等。

2）基站代理服务器：井下基站子系统的核心模块，负责子系统与其他服务器的信息交互。

3）数据库管理服务器：处理基站代理服务器及Web服务器的数据库请求。

4）光纤振动传感终端：进行光纤振动传感数据的采集。

5）设备控制终端：设备温度、电源电压、继电器状态等设备状态信息采集，及设备远程重启、控制、固件升级等。

其层次划分可划分三层，如图所示。

光纤电动机、泵在线监测

目前煤矿领域对煤矿电动机、风机、压力泵的工作状态只能做到供电继电器是否吸合释放监测。电动机、压力泵是否正常运转由于传感器价格昂贵，只能是巡检工人手持检测设备抽测。

云智矿安分布式光纤振动监测系统可以实现电动机压力泵的工作状态监测。目前可以实现的监测是电动机、压力泵是否在运转工作。很快能够实现电动机转速在线监测、压力泵转速在线监测。通过分析设备的振动特征，直接将设备的转速解析出来。工厂总控室根据设备转速，能够获知该设备的在线工作状态。

光纤轴承、齿轮箱、在线监测

煤矿领域有着大量的齿轮箱、轴承盒，设备在生产环节中，齿轮箱、轴承盒的工作状态是依靠巡检人员的“听、摸、查、看、闻”和“望闻问切”来判断性能的。

系统主要解决在极其微弱的振动信息传递到光纤上，所引起的后向瑞利散射回波能量信噪比过低，从而无法对振源特征进行良好的解析还原。

为了解决上述问题，利用微分相位检测法，经过简单回归处理后，可极大的提高信噪比，实现良好的还原振源能量特征，解析出振动信息。

其中，微分相位检测法是利用极其微弱的振动信号传递到光纤上引起光纤振动形变过于微小，从而造成后向瑞利散射，能量幅度变化过小，信噪比过低的前提下，而后向瑞利散射的相位扰动比较大，根据该原理，只需要将相位扰动进行检测，即可较好的还原振动特征，从而实现音频还原的技术。

光纤感知管道、机器设备振动及温度

通过光纤感知煤煤矿管道、机器等设备的振动、温度进行数据采集；通过工控协议传送给应用集群，数据存储和流数据预处理，在数据处理中使用AI数据处理，相比于传统的数据处理系统，多了“学习提升”，具备持续自我改善、学习的进化能力，AlphaGo是这样的是开放智能系统，煤煤矿领域急需应用。利用tensorflow的神经网络等对海量数据处理分析，训练模型，实现预测分析，包括数据平台建设、可视化监控、分析统计服务。后台处理器在数据库中进行比对起到智能决策的作用。