專利名稱：用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器。
背景技術(shù)：
煤礦井下作業(yè)是高危險環(huán)境作業(yè)，在采掘工作面經(jīng)常發(fā)生冒頂和煤與瓦斯突出事故。在這些事故發(fā)生前往往有比較明顯的預(yù)兆，井下有經(jīng)驗(yàn)的工人可以通過煤層發(fā)出的聲音來判斷冒頂或煤與瓦斯突出前的征兆。目前在礦井中使用的主要是使用電信號的傳感器，這種傳感器現(xiàn)在比較成熟，精度也比較高，但是因?yàn)樗褂秒娦盘栕鳛閭鬏斝盘?，會產(chǎn)生微弱的電火花，當(dāng)?shù)V井中瓦斯?jié)舛雀叩揭欢ǔ潭鹊臅r候，有可能會引起瓦斯的爆炸，影響礦井的安全。相比較電信號的傳感器，使用光纖光柵傳感器有如下優(yōu)點(diǎn)1)光纖光柵使用的是光信號，不會產(chǎn)生電火花，所以在礦井使用時會比電信號的傳感器有更好的安全性2)光纖光柵傳感器在井下使用光纜連接，不使用電源，從而避免因電源干擾產(chǎn)生的錯誤信息3)在一根光纜上可以串接數(shù)十個光纖光柵傳感器，在巷道中危險操作面等需要的部位可以密集的安裝，因此在任何部位發(fā)生異常現(xiàn)象，都能及時傳輸?shù)骄?，這樣就可及時通知井下所有礦工立即撤離，從而保障了礦工們的生命安全4)光纖光柵傳感器屬于波長調(diào)制型非線性作用的光纖傳感器。通過待測量調(diào)制入射光束的波長，測量反射光的波長變化進(jìn)行檢測。由于波長是一個絕對參數(shù)，不受總體光強(qiáng)水平、連接光纖及耦合器處的損耗或者光源能量的影響，因此比其他的方式更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。在對鋼筋混凝土等結(jié)構(gòu)的檢測中，以前是利用電阻應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)變檢測。但是由于電阻應(yīng)變計(jì)的諸多缺點(diǎn)，例如容易受電磁信號干擾、受外界環(huán)境腐蝕、埋入工藝復(fù)雜、壽命短、導(dǎo)線埋入數(shù)量多等，所以使其無法滿足實(shí)時、在線的機(jī)構(gòu)監(jiān)測要求。近年來，很多地方使用光纖光柵替代電阻應(yīng)變計(jì)，將光纖光柵埋入到混凝土結(jié)構(gòu)中來監(jiān)測應(yīng)變。但是光纖光柵非常細(xì)，抗剪切能力差，單獨(dú)將它埋入到混凝土等結(jié)構(gòu)中非常困難，所以一般是將裸光柵粘貼在受力鋼筋、結(jié)構(gòu)表面或者采用其他的特殊方式封裝光纖光柵后埋入混凝土。在國際上光纖光柵傳感器的主流封裝方式為表面粘貼式和細(xì)徑管保護(hù)式。英國的 Smart Fibers公司將FBG (布拉格光纖光柵)粘在膠基板上；瑞士的Smartec公司通過管式封裝補(bǔ)償溫度的影響；Whelan等將FBG封裝在鋼管中兩端固定在大理石板上，監(jiān)測意大利 Como湖畔的大教堂。在國內(nèi)，周智博士等開發(fā)了不銹鋼毛細(xì)管式封裝光纖光柵傳感器；李東生等將光纖光柵封裝在有機(jī)玻璃上對同樣是有機(jī)玻璃的模型進(jìn)行了測試。目前現(xiàn)有的光纖光柵應(yīng)變傳感器，大致采用如下幾種方式實(shí)現(xiàn)測量(1)把光纖光柵傳感器預(yù)先埋藏到待測物體中；(2)把光纖光柵傳感器粘貼到待測物體表面；(3)使用螺釘?shù)确绞桨褌鞲衅鞴潭ǖ酱郎y物體表面。在用于監(jiān)測橋梁、公路等時，可以在公路或者橋梁建設(shè)階段，把光纖光柵傳感器預(yù)先埋在公路或者橋梁的合適位置，從而實(shí)現(xiàn)橋梁等的長期監(jiān)測。這種方式可以在不影響本體性能的情況下較為準(zhǔn)確的測量應(yīng)變、溫度等值。在礦山或者圍巖檢測中以上幾種安裝方式會受檢測條件的局限，無法發(fā)揮光纖光柵傳感器的優(yōu)勢。這主要是因?yàn)?1)在用于礦山監(jiān)測時，不可能像橋梁一樣，在新建橋梁的鋪設(shè)階段，在橋面預(yù)先埋設(shè)光纖光柵傳感器，作為后期的傳感器件；(2)在圍巖、礦山上打孔，孔的尺寸不可能非常準(zhǔn)確，孔內(nèi)壁非常不平滑，不可能用膠直接粘貼在孔內(nèi)壁；(3)為了不影響礦山的性能，打孔直徑要盡量小、長度要盡量短，這也限制了螺釘?shù)裙饫w光柵傳感器的固定方式。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于礦山、圍巖監(jiān)測且測量結(jié)果精確可靠的用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型包括固定座、穿置在固定座上的中心桿、通過鉸連軸設(shè)置在中心桿上的相互鉸連的兩個固定側(cè)板、通過鉸連軸分別與兩個固定側(cè)板鉸連的兩個滑動側(cè)板、套裝在中心桿上的調(diào)節(jié)桿、設(shè)置在固定側(cè)板和滑動側(cè)板間的上下兩個頂板以及設(shè)置在兩個滑動側(cè)板上的光纖光柵，所述的兩個滑動側(cè)板通過鉸連軸相鉸連，所述的兩個固定側(cè)板和滑動側(cè)板呈菱形設(shè)置，所述的兩個固定側(cè)板的鉸連軸固定在中心桿上的固定孔中，所述調(diào)節(jié)桿的一端與兩個滑動側(cè)板的鉸連軸相鉸連，所述的鉸連軸設(shè)置在中心桿上的滑槽中，推動固定座，調(diào)節(jié)桿在中心桿上移動，鉸連軸在滑槽中移動，兩個滑動側(cè)板帶動兩個頂板上下移動，所述的光纖光柵設(shè)置在滑動側(cè)板側(cè)面的凹槽內(nèi)。所述的頂板設(shè)置在鉸連軸上。所述的固定座上設(shè)置有固定孔。本實(shí)用新型的積極效果如下利用本發(fā)明傳感器測量被測物體時，通過推動調(diào)節(jié)桿調(diào)整兩個固定側(cè)板和兩個滑動側(cè)板的位置，由于四個側(cè)板呈菱形設(shè)置，可根據(jù)礦山、圍巖等本體上打的小孔的大小調(diào)整傳感器的高度，使上下兩個頂板直接頂住小孔內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)了傳感器的可擴(kuò)張。然后將中心桿另一端卡置在固定座中，由于調(diào)節(jié)桿的外形尺寸大于中心桿的外形尺寸，此時固定座頂住調(diào)節(jié)桿，起到固定的作用。當(dāng)?shù)V山有微小形變時，緊密貼合在礦山孔壁的頂板會往中軸方向壓縮，使滑動側(cè)板彎曲變形帶動光纖光柵彎曲變形，通過外部的光纖光柵分析儀讀取中心波長，得出巖體的應(yīng)變值。光纖光柵直接封裝在滑動側(cè)板的表面凹槽內(nèi)，減少了系統(tǒng)的測量誤差；在測量結(jié)束后，可以通過調(diào)節(jié)桿調(diào)小測量直徑，來抽出測量裝置，達(dá)到重復(fù)利用的效
^ ο
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中心桿結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型滑動側(cè)板的凹槽內(nèi)設(shè)置有光纖光柵結(jié)構(gòu)示意圖。在附圖中，1鉸連軸、2固定側(cè)板、3頂板、4滑動側(cè)板、5調(diào)節(jié)桿、6中心桿、7固定座、 8滑槽、9光纖光柵、10凹槽、11固定孔、12鉸連軸、13鉸連軸、14固定孔。
具體實(shí)施方式
如附圖1一3所示，為本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施例，它包括固定座7、穿置在固定座7上的中心桿6、通過鉸連軸1設(shè)置在中心桿6上的相互鉸連的兩個固定側(cè)板2、通過鉸連軸13分別與兩個固定側(cè)板2鉸連的兩個滑動側(cè)板4、套裝在中心桿6上的調(diào)節(jié)桿5、設(shè)置在固定側(cè)板2和滑動側(cè)板4間的上下兩個頂板3以及設(shè)置在兩個滑動側(cè)板4上的光纖光柵 9，所述的兩個滑動側(cè)板4通過鉸連軸12相鉸連，所述的兩個固定側(cè)板2和滑動側(cè)板4呈菱形設(shè)置，所述的兩個固定側(cè)板2的鉸連軸1固定在中心桿6上的固定孔11中，所述調(diào)節(jié)桿5 的一端與兩個滑動側(cè)板4的鉸連軸12相鉸連，所述的鉸連軸12設(shè)置在中心桿6上的滑槽 8中，推動固定座7，調(diào)節(jié)桿5在中心桿6上移動，鉸連軸12在滑槽8中移動，兩個滑動側(cè)板 4帶動兩個頂板3上下移動，所述的光纖光柵9設(shè)置在滑動側(cè)板4側(cè)面的凹槽10內(nèi)。所述的頂板3設(shè)置在鉸連軸13上。所述的固定座7上設(shè)置有固定孔14。如附圖3所示，本實(shí)施例兩個滑動側(cè)板4上設(shè)置有正方體凹槽10，其深度為 0. 9mm,用雙組分的M-Bond 610膠將兩段不同波長的光纖光柵分別封裝在兩個滑動側(cè)板4 上，光纖光柵中心波長的選擇要根據(jù)所使用的光纖光柵分析儀的波長測量范圍、波長分辨率等參數(shù)進(jìn)行選擇，并把光纖光柵連接到外面的光纖光柵分析儀上。在巖壁上打孔后，把本實(shí)施例傳感器放入孔內(nèi)，通過推動留在外面的傳感器調(diào)節(jié)桿5，帶動滑動側(cè)板4沿滑槽8向里移動，使整個菱形側(cè)板擴(kuò)張到相應(yīng)的尺寸，此時上下兩個頂板3直接頂住礦山、圍巖等本體上打的小孔內(nèi)壁，然后將中心桿6另一端卡置在固定座7 中，固定座7上設(shè)置有與中心桿6尺寸相同的孔，由于調(diào)節(jié)桿5的外形尺寸大于中心桿6的外形尺寸，推動固定座7頂住調(diào)節(jié)桿5，使調(diào)節(jié)桿5的位置固定，再將固定座通過固定孔14 用鉚釘固定在巖石等固定的位置。當(dāng)?shù)V山有微小形變時，緊密貼合在礦山孔壁的頂板3也隨著發(fā)生形變，會往中軸方向壓縮，使滑動側(cè)板4彎曲變形帶動光纖光柵9彎曲變形，通過外部的光纖光柵分析儀讀取中心波長，轉(zhuǎn)化成形變量，從而測量出巖壁形變值。本實(shí)施例光纖光柵9直接封裝在滑動側(cè)板4的表面凹槽10內(nèi)，減少了系統(tǒng)的測量誤差；在測量結(jié)束后，可以通過調(diào)節(jié)桿5調(diào)小測量直徑，來抽出測量裝置，達(dá)到重復(fù)利用的效果。本實(shí)施例光纖光柵傳感器可套裝在帶有槽口的套筒中使用。光纖光柵傳感器1伸入套筒中，在與頂板3對應(yīng)的上下位置設(shè)置有兩個槽口，頂板3伸出槽口，頂板3的寬度寬于套筒槽口的寬度，以保證固定后的頂板不會有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，只能在槽口的垂直方向上抬升和降落。套筒作為保護(hù)裝置，光纖光柵9封裝后，利用套筒進(jìn)行進(jìn)一步的保護(hù)，使光纖光柵傳感器更安全可靠，有效的減少了灰塵及顆粒劃傷光纖光柵的幾率。
權(quán)利要求1.一種用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于其包括固定座(7)、穿置在固定座(7)上的中心桿(6)、通過鉸連軸(1)設(shè)置在中心桿(6)上的相互鉸連的兩個固定側(cè)板(2)、通過鉸連軸(13)分別與兩個固定側(cè)板(2)鉸連的兩個滑動側(cè)板(4)、套裝在中心桿(6)上的調(diào)節(jié)桿(5)、設(shè)置在固定側(cè)板(2)和滑動側(cè)板(4)間的上下兩個頂板(3)以及設(shè)置在兩個滑動側(cè)板(4)上的光纖光柵(9)，所述的兩個滑動側(cè)板(4)通過鉸連軸(12)相鉸連，所述的兩個固定側(cè)板(2)和滑動側(cè)板(4)呈菱形設(shè)置，所述的兩個固定側(cè)板(2)的鉸連軸(1)固定在中心桿(6)上的固定孔(11)中，所述調(diào)節(jié)桿(5)的一端與兩個滑動側(cè)板(4) 的鉸連軸(12)相鉸連，所述的鉸連軸(12)設(shè)置在中心桿(6)上的滑槽(8)中，推動固定座 (7)，調(diào)節(jié)桿(5)在中心桿(6)上移動，鉸連軸(12)在滑槽(8)中移動，兩個滑動側(cè)板(4)帶動兩個頂板(3)上下移動，所述的光纖光柵(9)設(shè)置在滑動側(cè)板(4)側(cè)面的凹槽(10)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的頂板(3)設(shè)置在鉸連軸(13)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器，其特征在于所述的固定座(7)上設(shè)置有固定孔(14)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于礦山、圍巖檢測的光纖光柵應(yīng)變傳感器，它包括固定座、穿置在固定座上的中心桿、通過鉸連軸設(shè)置在中心桿上的相互鉸連的兩個固定側(cè)板、通過鉸連軸分別與兩個固定側(cè)板鉸連的兩個滑動側(cè)板、套裝在中心桿上的調(diào)節(jié)桿、設(shè)置在固定側(cè)板和滑動側(cè)板間的上下兩個頂板以及設(shè)置在兩個滑動側(cè)板上的光纖光柵。利用本實(shí)用新型傳感器測量被測物體時，通過推動調(diào)節(jié)桿調(diào)整兩個固定側(cè)板和兩個滑動側(cè)板的位置，由于四個側(cè)板呈菱形設(shè)置，可根據(jù)礦山、圍巖等本體上打的小孔的大小調(diào)整傳感器的高度，使上下兩個頂板直接頂住小孔內(nèi)壁，實(shí)現(xiàn)了傳感器的可擴(kuò)張。
文檔編號G01B11/16GK202024737SQ20112008210
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者亢俊健, 文繼華, 朱月紅, 王廣祥 申請人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院