基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其包括錨爪、固定于巷道頂板上的頂板固定平臺(tái)以及設(shè)于頂板固定平臺(tái)下方的外殼，外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有懸臂梁，該懸臂梁上設(shè)有位移傳感用光纖光柵，外殼底部設(shè)有溫度補(bǔ)償用光纖光柵，外殼內(nèi)設(shè)有定滑輪，外殼內(nèi)設(shè)有主光纖，主光纖一端為入纖，另一端為尾纖，錨爪依次經(jīng)過(guò)上端鋼絲、彈簧、下端鋼絲與懸臂梁連接，下端鋼絲繞過(guò)定滑輪；溫度補(bǔ)償用光纖光柵和位移傳感用光纖光柵用主光纖串接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用光柵光纖作為傳感器，安全防爆、測(cè)量精度高、安裝便捷，其結(jié)合光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其是一種光纖光柵煤礦礦井井下巷道頂板離層位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井頂板離層監(jiān)測(cè)是礦山災(zāi)害預(yù)測(cè)的重要項(xiàng)目，礦井冒頂圍巖坍塌會(huì)導(dǎo)致礦井特大災(zāi)害，嚴(yán)重威脅礦山的生產(chǎn)安全。目前煤礦地層礦井井下巷道頂板圍巖離層監(jiān)測(cè)所涉及到的傳感器主要是位移傳感器，主要有電阻式位移傳感器、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器、光柵、磁柵、容柵位移傳感器和磁滯伸縮位移傳感器等。以上幾種類型的傳感器都存在本質(zhì)安全問(wèn)題，在礦井下高危高爆環(huán)境存在安全隱患，且存在測(cè)量精度低、無(wú)法實(shí)時(shí)定位等缺點(diǎn)。
[0003]因此迫切需要一種安全性好、測(cè)量精度高的測(cè)量裝置來(lái)解決目前存在的問(wèn)題。實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安裝便捷、測(cè)量精度高、使用壽命長(zhǎng)、安全防爆的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器。
[0005]本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其關(guān)鍵技術(shù)在于:其包括設(shè)于穩(wěn)定巖層內(nèi)部的錨爪、固定于巷道頂板上的頂板固定平臺(tái)以及設(shè)于頂板固定平臺(tái)下方的外殼，所述外殼內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有懸臂梁，該懸臂梁上設(shè)有位移傳感用光纖光柵，所述外殼底部設(shè)有溫度補(bǔ)償用光纖光柵，所述外殼內(nèi)設(shè)有定滑輪，所述外殼內(nèi)設(shè)有主光纖，所述主光纖一端為位于外殼外的入纖，另一端為位于外殼外的尾纖，所述錨爪依次經(jīng)過(guò)上端鋼絲、彈簧、下端鋼絲與懸臂梁連接，所述下端鋼絲繞過(guò)定滑輪；所述溫度補(bǔ)償用光纖光柵和位移傳感用光纖光柵用主光纖串聯(lián)連接。
[0006]進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括設(shè)于頂板固定平臺(tái)上方深層探孔中的用于保護(hù)鋼絲的保護(hù)套筒。所述保護(hù)套筒為PUC保護(hù)套筒。
[0007]進(jìn)一步的改進(jìn)，還包括設(shè)于彈簧與上端鋼絲之間的張緊裝置。所述張緊裝置為花籃螺絲或者采用其他彈性張緊裝置，滿足使用要求即可。測(cè)量煤礦頂板離層位移時(shí)，可以通過(guò)定滑輪和張緊裝置確保鋼絲經(jīng)過(guò)定滑輪正交張緊，便于位移量的準(zhǔn)確傳遞。
[0008]優(yōu)選的，所述彈簧為高強(qiáng)度彈簧，所述入纖和尾纖采用鎧裝光纖。
[0009]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述入纖與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，這樣可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，并可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測(cè)。
[0010]優(yōu)選的，所述頂板固定平臺(tái)借助膨脹螺絲固定于巷道頂板上。所述PUC保護(hù)套筒通過(guò)水泥砂漿固封于深層探孔中。
[0011]本實(shí)用新型的積極效果如下:本新型采用光柵光纖作為傳感器，所以在礦井中使用時(shí)安全性更高，并且其整體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制作使用方便，設(shè)置的溫度補(bǔ)償用光纖光柵能進(jìn)一步的保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。使用時(shí)通過(guò)定滑輪和張緊裝置確保鋼絲經(jīng)過(guò)定滑輪正交張緊，便于位移量的準(zhǔn)確傳遞。本實(shí)用新型不僅具有測(cè)量精度高、安全防爆、安裝便捷的特點(diǎn)，其結(jié)合光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]其中，1、錨爪；2-1、上端鋼絲，2-2、下端鋼絲；3、保護(hù)套筒；4、頂板固定平臺(tái)；5、張緊裝置；6、尾纖；7、彈簧；8、定滑輪；9、位移傳感用光纖光柵；10、溫度補(bǔ)償用光纖光柵；
11、懸臂梁；12、外殼；13、入纖。
[0014]【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0016]參見(jiàn)附圖1，其為本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例，本實(shí)施例包括錨爪1、上端鋼絲2-1、下端鋼絲2-2、保護(hù)套筒3、頂板固定平臺(tái)4、張緊裝置5、尾纖6、彈簧7、定滑輪8、位移傳感用光纖光柵9、溫度補(bǔ)償用光纖光柵10、懸臂梁11、外殼12、入纖13以及主光纖；其中入纖13、尾纖6是位于外殼12外部的接頭部分，其采用鎧裝光纖，保護(hù)性好。所述錨爪I也可采用錨固器，采用現(xiàn)有產(chǎn)品即可，其固定于穩(wěn)定巖層內(nèi)部，連接牢固即可；所述保護(hù)套筒3采用PUC保護(hù)套筒，其用于保護(hù)與錨爪I相連接的鋼絲，用水泥砂漿固封于頂板固定平臺(tái)4上方深層探孔中；所述的頂板固定平臺(tái)4利用膨脹螺絲固定于巷道頂板上；所述的張緊裝置5固定于頂板固定平臺(tái)4的下方，用于張緊鋼絲2與懸臂梁11，該張緊裝置5采用花籃螺絲(也叫花籃螺栓)即可，當(dāng)然也可采用其他現(xiàn)有張緊裝置，比如彈性張緊裝置等，滿足使用要求即可。所述的尾纖6和入纖13均采用鎧裝光纖；所述彈簧7置于張緊裝置5和定滑輪8的中間中線上，連接上端鋼絲2-1、下端鋼絲2-2 ;所述的定滑輪8置于外殼12的中心位置，并可以進(jìn)行微調(diào)緊固，保證下端鋼絲2-2經(jīng)過(guò)定滑輪正交，并連接于懸臂梁11的上端，從而便于位移量的傳遞；所述的位移傳感用光纖光柵9采用金屬化工藝焊接在懸臂梁11的表面。所述的溫度補(bǔ)償用光纖光柵10采用金屬化焊接在外殼12的底部?jī)?nèi)壁上；懸臂梁11的底端采用螺絲固定在外殼12的內(nèi)壁，保持懸臂梁11與外殼12水平并具備5mm左右的間距，間距大小根據(jù)需要調(diào)節(jié)；所述入纖13與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，尾纖6與下一個(gè)傳感器去連接。所述位移傳感用光纖光柵9和溫度補(bǔ)償用光纖光柵10串接在外殼12內(nèi)的主光纖上，連接方式可以利用光纖熔接機(jī)直接熔接或者采用裸纖適配器連接，并外加鎧裝保護(hù)。
[0017]本實(shí)施例中所述的位移傳感用光纖光柵9和溫度補(bǔ)償用光纖光柵10的中心波長(zhǎng)的選擇要根據(jù)所使用的光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀的波長(zhǎng)測(cè)量范圍、波長(zhǎng)分辨率等參數(shù)進(jìn)行選擇，并把光纖光柵的入纖和尾纖用鎧裝光纜進(jìn)行保護(hù)，并通過(guò)鎧裝光纜與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接。所述位移傳感用光纖光柵9和溫度補(bǔ)償用光纖光柵10通過(guò)金屬化處理，分別激光焊接在外殼12的內(nèi)壁和懸臂梁11的表面，防止膠裝引起的蠕變，使測(cè)量更精確，使用壽命更長(zhǎng)；所述溫度補(bǔ)償用光纖光柵10 —方面可以測(cè)量頂板空間溫度，一方面可以用于溫度補(bǔ)償，修正位移傳感用光纖光柵9隨著懸臂梁形變產(chǎn)生的溫度變化所引起的波長(zhǎng)漂移，確保測(cè)量更精確。
[0018]使用本實(shí)用新型對(duì)煤礦頂板離層位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，先將錨爪I固定于深層穩(wěn)定巖體內(nèi)，將保護(hù)套筒3用水泥砂漿固定在頂板固定平臺(tái)上方深層探孔中。然后將頂板固定平臺(tái)4利用膨脹螺絲固定在巷道頂板上，利用張緊裝置5將鋼絲張緊，并通過(guò)微調(diào)緊固定滑輪8的位置確保鋼絲正交經(jīng)過(guò)定滑輪8。鋼絲處于穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài)，作為位移監(jiān)測(cè)的固定點(diǎn)，當(dāng)頂板固定平臺(tái)4產(chǎn)生離層位移，殼體12整體下移，鋼絲通過(guò)高強(qiáng)度彈簧將位移產(chǎn)生的拉力傳遞到懸臂梁11上端，繼而使懸臂梁11產(chǎn)生同步形變，進(jìn)而導(dǎo)致位移傳感用光纖光柵9的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化；溫度補(bǔ)充用光纖光柵10緊貼外殼12的內(nèi)壁，用于進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。位移傳感用光纖光柵9和溫度補(bǔ)充用光纖光柵10通過(guò)鎧裝光纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦饫w光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過(guò)讀取光纖光柵的中心波長(zhǎng)，就可以得出懸臂梁11的形變量，通過(guò)彈簧的彈性系數(shù)換算可以測(cè)得頂板離層位移量。
[0019]本實(shí)用新型具有測(cè)量精度高、安全防爆、安裝便捷的特點(diǎn)，結(jié)合光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，并可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測(cè)。
[0020]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明創(chuàng)造。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明創(chuàng)造將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:其包括設(shè)于穩(wěn)定巖層內(nèi)部的錨爪(I)、固定于巷道頂板上的頂板固定平臺(tái)(4)以及設(shè)于頂板固定平臺(tái)(4)下方的外殼(12)，所述外殼(12)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有懸臂梁(11)，該懸臂梁(11)上設(shè)有位移傳感用光纖光柵(9)，所述外殼(12)底部設(shè)有溫度補(bǔ)償用光纖光柵(10)，所述外殼(12)內(nèi)設(shè)有定滑輪(8)，所述外殼(12)內(nèi)設(shè)有主光纖，所述主光纖一端為位于外殼(12)外的入纖(13)，另一端為位于外殼(12)外的尾纖(6)，所述錨爪(I)依次經(jīng)過(guò)上端鋼絲(2-1)、彈簧(7)、下端鋼絲(2-2)與懸臂梁(11)連接，所述下端鋼絲(2-2)繞過(guò)定滑輪(8);所述溫度補(bǔ)償用光纖光柵(10)和位移傳感用光纖光柵(9)用主光纖串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:還包括設(shè)于頂板固定平臺(tái)(4)上方深層探孔中的用于保護(hù)鋼絲的保護(hù)套筒(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述保護(hù)套筒(3)為PUC保護(hù)套筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:還包括設(shè)于彈簧(7)與上端鋼絲(2-1)之間的張緊裝置(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述張緊裝置(5)為花籃螺絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述彈簧(7 )為高強(qiáng)度彈簧，所述入纖(13 )和尾纖(6 )采用鎧裝光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述入纖(13)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述頂板固定平臺(tái)(4)借助膨脹螺絲固定于巷道頂板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層位移傳感器，其特征在于:所述PUC保護(hù)套筒通過(guò)水泥砂漿固封于探孔中。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK203605911SQ201320813645
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】鄭一博, 文繼華 申請(qǐng)人:河北地經(jīng)光電科技有限公司