分布式光纤温度传感器

过去，对于靠监测流经传感器的风流成分来检测煤矿井下的火灾问题已有过论述。现有的火灾检测方法涉及到需连续监测矿井空气中的火灾标志成份──CO及燃烧产物，或需要可测风流热特性微小变化的仪器。监测中若有火灾征兆出现，则通过对受影响巷道的实际考察就可判别出火源所在位置。该方法虽然能以较少的传感器监测大范围分布的煤矿巷道，但用该方法检测火灾也存在如下一些缺点，即它不能准确认定火源位置，而且由于煤矿井下火灾（煤炭自燃或输送机胶带火灾）释放出的气体大都要在温度高于70℃时才会产生，因此，该方法中所用监测仪器只有…     

全长锚固锚杆的光纤光栅实验研究

在分析传统锚杆监测系统的缺点和光纤光栅传感技术的优点的基础上,通过对全长锚固锚杆的受力分析,设计了一套新的光纤光栅锚杆监测系统.采用相似材料模拟试验手段,对全长锚固锚杆做了拉拔实验及分析,验证了光纤光栅锚杆监测系统的可行性.     

水平孔光纤光栅应变传感器布设装置设计

光纤光栅监测手段在煤矿井下应用比较广泛,用来监测工作面的应力变化以及瓦斯浓度等参数。为了更加精确地监测,将光纤光栅传感器布置在水平深孔内,监测的重要环节是要确保光纤光栅应变传感器能够和孔壁有效耦合,这样才能采集到准确的信号。设计的水平孔光纤光栅应变传感器布设装置采用水力输送的方式将光纤光栅传感器布置在孔内,其操作简单、方便灵活,能有效探查孔内情况,与煤壁的接触度好,且可靠性高、方便回收,大大提高了监测施工的效率。     

分布式光纤光栅温度监测系统设计

从高压设备运行安全的重要性出发,利用光纤光栅的耐腐蚀性和抗电磁干扰能力强等特点,设计了一种基于S7-300的分布式测温系统,该系统解决了传统高压测温的不足。     

三维光纤光栅微震加速度传感器研究

由矿震引发的灾害严重制约着矿产资源合理开发与利用。为实现对矿山动力灾害活动规律的预警,将光纤光栅加速度传感器引入微震监测。基于传统的单维测量手段,设计了一种三维加速度传感器,并通过理论计算得出该系统固有频率为2800.6Hz,工作频率为0~840Hz和3640~4200Hz,灵敏度系数为0.32pm/m/s2。室内试验结果表明该传感器达到了同时测量加速度三分量的目的。采用FFT变换将中心波长变化曲线转化成了频率强度曲线,可以同时测定振动的加速度大小和方向。     

光纤光栅纤维增强塑料筋锚杆

在纤维增强塑料筋制作过程中,将光纤光栅传感器埋入其内部,可得到光纤光栅纤维增强塑料筋锚杆,它兼具受力与传感的特性,集结构和功能于一体。文章对此类锚杆的传感机理和传感特性进行了研究。研究结果表明,光纤光栅纤维增强塑料锚杆具有耐腐蚀、抗拉强度高、自重轻、自诊断等优异性能,可广泛应用于矿井、建筑、水利和交通领域的支护、锚固和在线实时安全监测。     

基于光纤光栅传感技术的覆岩破坏模型试验

为研究煤层覆岩破坏应力及应变演化过程,设计出一套新的光纤光栅传感器布设工艺;以平庄煤矿为原型建立地质模型,利用该模型对采动过程中工作面前方矿压、位移进行监测。其监测结果、模型试验现象与工程实际相吻合,为工程实际中离层位置判别提供新方法。     

光纤光栅传感器在冻结立井施工监测中的应用

 立井的安全在矿井建设中尤为重要,因此对其安全性监测显得必不可少。采用光纤光栅传感器对内蒙古鄂尔多斯某冻结井筒进行了监测,监测内容包括井壁钢筋轴力、混凝土应变和井壁温度,在实际监测过程中充分体现了光纤光栅传感器具有的高精度测量、分布式测量的优点。最后对监测结果进行了分析,得出了一些有用的结论,同时表明利用光纤光栅传感器监测冻结井筒具有很好的效果。     

光纤布喇格光栅原理及在土木工程中的应用

简要地介绍光纤布喇格光栅的原理，并对其在土木工程中应用作了初步的探讨。     

测量液压支柱压力的光纤布拉格光栅传感器分析和设计

结合煤矿井下液压支柱压力传感探头,基于布拉格光栅的传感模型,设计了一种新颖的基于金属弹性膜片的压力传感器,这种传感器将布拉格光栅粘贴在金属膜片的中央,通过光纤光栅解调仪监测布拉格波长的漂移,给出了光纤布拉格光栅的布拉格波长偏移量与压力的关系表达式。实验结果表明,该传感器的压强响应灵敏度系数的实验值约为0.024nm/MPa,是裸光纤光栅压强灵敏度系数的接近10倍。另外,传感器在所测压强范围内呈现出较好的线性特性、重复性,适合于易燃易爆场合的较大范围内的矿山井下的液体压强测量。     

基于光纤布拉格光栅传感技术的瓦斯监测系统设计

为了满足煤矿瓦斯监测的需要,研制了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的瓦斯监测系统。详细讨论了系统的软、硬件设计,系统具有完成数据的采集、传输、记录、数据显示及超限报警等功能,具有性能稳定、灵敏度较高、测量范围宽、重复性好等特点,适用于煤矿井下瓦斯监测。     

一种微型光纤光栅矿压传感器

为了满足煤矿生产安全对于埋入式矿压传感器的需要,针对目前光纤光栅式矿压传感器在结构及应用方面的局限性,提出并实现了一种适用于煤/岩层埋入、煤矿称重和液压支架等压力测量的光纤光栅矿压传感器。该传感器外形为圆柱形,内部采用菱形力传递结构,结合工形膜片将纵向分布的压力转换为膜片的横向应变而传递给光纤光栅的方法,传感器直径为30 mm,高度为10 mm。利用有限元分析方法,对传感器菱形力传递结构和工形膜片的应变情况进行了理论分析。对该传感器的特性进行了实验研究,该传感器具有很好的线性度和重复性,线性拟合度为0.997 5,量程为0~7.15 MPa,灵敏度为0.598 3 nm/MPa。该传感器可埋入煤、岩层用于压力测量,还可以用于替代其他各电子类压力传感器对煤矿压力进行精确测量,也可在其它领域推广应用。     

矿用乳化液温度传感器理论特性仿真

基于液晶的热光效应与长周期光纤光栅的波长选择功能,提出了一种包层外镀液晶薄膜的长周期光纤光栅用于温度传感,因其有防爆、无源、能实现非接触测量等优点,可用于煤矿井下乳化液温度监测。首次在长周期光纤光栅测温应用中选用四层结构模型,Matlab仿真其耦合过程中参数变化曲线,仿真结果表明,选择模序数为一阶6次,光栅周期550μm定制光纤,可在光谱仪上得到理想的谐振峰曲线并提高测温灵敏度。     

基于光纤光栅拉拔实验锚杆应力分布研究

为了检测锚杆的应力分布状态,采用光纤光栅传感技术搭建了锚杆支护质量的长期在线监测系统。在实验室模拟巷道中锚杆的受力过程,进行了锚杆拉拔试验。在试验中用光纤布拉格光栅检测锚杆应变,利用高斯函数对锚杆杆体上应变的实测数据进行拟合,得到锚杆的轴力和剪应力分布情况。试验结果表明:用光纤布拉格光栅技术检测锚杆的应力应变具有可行性;高斯函数可以准确地拟合全锚锚杆的轴力;高斯函数的拟合参数t与岩体对锚杆的握裹程度有关,它变化方向的转折表明了杆-岩界面状态的转变,岩体对杆体的握裹能力开始降低。研究结果为锚杆锚固质量的在线检测提供了一种手段。     

基于光纤光栅传感技术的覆岩变形演化规律试验研究

为了研究采场覆岩变形和采动压力变化的规律,文章以榆神矿区杭来湾煤矿的地质条件为背景,在实验室搭建3 000 mm×200 mm×1 150 mm物理相似材料模型进行模拟试验,模型中埋设4个光纤光栅传感器,用于实时监测覆岩关键层移动变形和采动支承压力变化的情况。结果表明,光纤光栅传感器位于工作面前方时,其应变曲线与工作面的支承压力有较好的一一对应线性关系;位于工作面后方时,其应变曲线呈波谷状时,而工作面的支承压力呈波峰状,且随着覆岩高度的增大,出现水平错位的现象。结论表明,光纤Bragg光栅传感监测技术在模型试验覆岩关键层内部应变和采动支承压力监测中具有良好的适用性,可为模型试验提供新的监测方法与手段。     

光纤光栅技术在竖井井筒监测中的应用

为了研究复杂地质条件下竖井井筒的受力变形情况,以安徽国投新集板集煤矿风井为研究对象,采用光纤光栅技术研发的实时在线监测系统监测复杂环境条件下的竖井井筒结构,建立了运用埋入井壁混凝土中的光纤光栅传感器的波长变化来反映井筒受力的应力应变和周围温度变化的监测方法,并通过光纤传输到计算机中进行计算分析,实现远程实时在线监测。研究结果表明,基于光纤光栅技术研发的竖井井筒安全监测系统,可以对复杂地质条件下的井筒受力变形情况进行实时在线监测,对目前复杂多变地质条件下的深井开采具有重要的理论意义和现实意义。     

基于光纤光栅技术的巷道支护锚杆受力监测

锚杆支护效果决定了巷道支护的质量和效率,现实生产中一直存在锚杆崩断导致支护失效的问题,给煤矿生产带来了安全隐患。目前国内对锚杆监测主要应用锚杆(索)测力计、表贴式传感器,但是测力计无法实现对锚杆杆体服役状态的监测与分析,表贴式传感器虽可以测量杆体受力但其工业应用效果较差。提出一种针对锚杆杆体受力进行监测的矿用光纤光栅锚杆传感器技术,本传感器利用光栅体积小且抗拉的优势,将多个Bragg光栅链式连接并将其埋入锚杆,实现了对杆体受力变化规律的分析及对杆体破裂的预报预警功能。通过工业试验对系统进行测试,在工作面前方200 m的位置安装32组锚杆传感器共160个数据采集点,应用自主研发的32通道解调设备对光栅数据进行采集存储,结合工作面推进速度对数据进行分析验证。结果表明：在工作面回采对锚杆杆体受力的影响范围约为60 m,在60 m以外影响微弱,而进入50 m以后锚杆杆体受力变化显著增加,同时区段平巷两帮部分位置出现变形;处于内帮的锚杆杆体变化要比同一断面上位于外帮的变化更为明显,外帮杆体局部受力变化量约为30 kN,内帮杆体局部受力变化可达150 kN。单个锚杆杆体受力呈现非线性变化状态,锚杆...