(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211077628.2 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市铜山区大 学路1 号 (72)发明人 仲晓星　周昆　徐永刚　邵振鲁　 候飞　王建涛　曹威虎　朱迪　 孙希贤　秦波涛　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 申纪文 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01K 7/02(2021.01) G01D 21/02(2006.01)H04W 4/38(2018.01) G08B 31/00(2006.01) G08B 17/103(2006.01) G08B 17/06(2006.01) B01D 49/00(2006.01) B01D 53/26(2006.01) (54)发明名称 一种煤田火区温度—气体远程在线检测与 预警系统 (57)摘要 本发明提供了一种煤田火区温度—气体远 程在线检测与预警系统， 属于煤田火区治理监测 预警领域， 包括供电模块、 温度—气体检测模块、 系统拓展模块、 控制模块、 无线通信模块以及远 程在线监测预警模块。 煤田火区温度—气体远程 在线检测与预警系统改善了以往人工监测单次 数据采集时间间隔长、 效率低， 以及难以对火区 变化情况进行及时跟踪的问题， 通过温度—气体 检测模块可以实时观测孔内煤 火态势气体浓度、 温度等的变化趋势， 利用无线通信模块将检测的 所有参数实时传输给远程在 线监测预警模块， 进 而对煤田火区灭火态势进行远程研判、 预警， 并 实时存储煤火态势参数， 达到煤火早发现、 早治 理的目标， 提升 煤火灾害监测 和预警能力。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115494019 A 2022.12.20 CN 115494019 A 1.一种煤田火区温度—气体远程在线检测与 预警系统， 其特征在于， 包括供电模块、 温 度—气体检测模块、 系统拓展模块、 控制模块、 无线通信模块以及远程在线监测预警模块； 所述供电模块用于在野外极端条件下为温度—气体检测模块、 系统拓展模块、 控制模块和 无线通信模块持续供电； 其中， 所述温度—气体检测模块用于实现对CO和C2H4气体浓度及钻孔温度同时检测； 所述温 度—气体检测模块包括钻孔温度测试部件、 除尘部件、 三级水蒸气干燥部件、 气体管路、 气 体浓度测试部件以及装置机壳， 所述钻孔温度测试部件用于直接对钻孔温度进行测 量， 所 述除尘部件用于净化待测气体中的微小粉尘颗粒， 以防止其堵塞气体管路， 所述三级水蒸 气干燥部件用于对待测气体干燥处理， 以去除待测气体中的水蒸气， 所述气体浓度测试部 件用于对煤自燃态 势研判气体浓度进行检测； 所述系统拓展模块用于实现装置 内部设备运行环境的实时监测及温度调节； 所述无线 通信模块用于实现系统检测数据的远程传输并接收反馈的调节信号； 所述远程在线监测预 警模块用于通过无线通信模块以及 控制模块 实现对供电模块、 温度—气 体检测模块工作以 及系统拓展模块的远程操控， 实时显示包含钻孔煤火态势气体浓度、 温度等参数 的变化趋 势， 并会对超过阈值的气体浓度和温度进行报警； 所述控制模块根据经 由所述无线通信模 块接收到的远程信号对所述供电模块、 所述温度—气体检测模块以及所述系统拓展模块的 工作状态进行调节； 所述气体浓度测试部件包括红外宽谱带光源、 气体吸收池、 主动可调谐 的多通道窄带 光学滤波器、 光电探测器和信号处理元件； 其中， 所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波 器， 为基于缺陷模式和导模共振实现的多通道超窄谱带光学滤波器； 所述红外宽谱带光源 用于发射 出含有C2H4、 CO气体“指纹”特征检测波 长和参考波 长的宽谱带红外 光谱； 所述气体 吸收池用于对经由进气管路经加热散热部件进行温度调节后的煤自燃态势研判气体接收， 并对所述红外宽谱带光源发射出的宽谱带 红外光谱进 行特征选择性吸收； 所述光电探测器 用于将接收到的光强信号转换成第一电信号Uref和UCO、 通过锁相放大器对所述第一 电信号进行锁相放大； 所述信号处理元件用于对所述第一电信号进行补偿解算， 以获得CO气体的测量浓度 以及获得C2H4气体的测量浓度 经气体间交叉干扰分析后 可第一次获得CO、 C2H4气体的真实浓度cCO、 所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器经由电刺激改变滤波性 能， 将经滤波作用后 的检测波长和参考波长经由所述光电探测器分别 转化为第二电信号U ′ref和U'CO、 进 行补偿解算获得CO气体的测量浓度 以及获得C2H4气体的测量浓度 经气体间交叉干扰分析后可第二次获得CO、 C2H4气体的真实浓度c'CO、 进而得出CO气体的最终检测浓度ΔcCO＝(cCO+c'CO)/2， 以及C2H4气体的最终检测浓度权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115494019 A 22.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述供电模块包括外部发电部件以及温控蓄电池部件， 所述温控蓄电池部件内部设 有温控装置， 所述温控 装置用于实现温度控制， 以保证在极热极寒天气下正常工作。 3.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述系统拓展模块包括大气 压力检测部件、 环境温度检测部件、 环境湿度检测部件以 及加热散热部件； 所述大气压力检测部件用于监测大气压力， 所述环境温度检测部件用于 监测环境温度， 所述环境湿度检测部件用于监测环境湿度， 所述加热散热部件用于在极端 条件时调节装置内部的温度参数； 所述加热散热部件用于控制气流的进气温度， 并通过调 节气体管路、 气体吸 收池内的气流速度， 进一 步控制气体吸 收池内的气体压力。 4.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述信号处理元件基于比尔朗伯定律对探测到的 “指纹”特征检测波长和参考波长的 电信号进行反演解 算， 以获得待测煤自燃气体浓度的测量 值， 所述解算公式如下： 式中， Iα、 Iβ是无待测气体时的电流响应， Rα、 Rβ是系统相关常数， Cα、 Cβ是探测器响应系 数， K为气体吸收池内气流温度， L为气体吸收光程， 以上参数针对气体检测模块为恒定常 量； Uα、 Uβ是经锁相放大后的参考电压和检测电压， 可根据两个电压参数的比值得到待测气 体的测量浓度； 进行单组分煤自燃气体浓度检测时， 测量浓度即为待测气体的真实浓度 多组分煤自燃气体浓度检测时， 对各煤自燃气体的测量浓度进行交叉 干扰分析， 可 得各待测气体的真实浓度。 5.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述主动可调谐的多通道窄带光学滤波器通过电刺激控制多通道窄带光学滤波器中 相变材料相态的方式对其滤波特性进行主动调谐。 6.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述无线通信模块选用2G/ 3G/4G网络 。 7.根据权利要求1所述的一种煤田火区温度—气体远程在线检测与预警系统， 其特征 在于， 所述远程在线监测预警模块基于Java平台和MySQ L数据库构建。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115494019 A 3