温补型光纤Bragg光栅压力传感器在锚杆支护质量监测中的应用

为了改善现有光纤光栅压力传感器应变-温度交叉敏感的问题,基于光纤光栅传感原理及弹性膜片结构,设计了一种新型的温度补偿压力传感器。建立了膜片结构变形力学模型,推导出了光纤光栅中心波长漂移与压力之间的数学关系,建立了传感器灵敏度与膜片材料和结构尺寸参数之间的数学方程,Matlab数值分析了膜片参数对灵敏度的影响,利用有限元软件ABAQUS对膜片变形特征进行了仿真分析。传感器理论压力灵敏度为40.43 pm/MPa,标定实验的灵敏度为35.6 pm/MPa,经温度补偿后的实际灵敏度为37.62 pm/MPa,实现了压力测量中的温度补偿。测试结果表明该传感器具有良好的线性度、较低的啁啾性及较高的稳定性,现场应用结果证实了光纤光栅传感技术在煤矿安全监测中的可行性,适合进一步推广应用。     

锚杆支护巷道光纤光栅实时动态监测系统研究

基于光纤光栅FBG的传感原理,设计研制了由光纤光栅传感器构成的煤矿锚杆支护巷道实时、动态监测系统。其传感器通过光波信息可实现应变、压强、温度、位移、振动等物理量的测量,具有抗电磁干扰,无源本质安全,远距离传输以及串/并连接构成分布式测量等优点。该监测系统经煤矿井下工业性试验,取得了良好的效果。     

光纤光栅测力锚杆的标定试验

基于光纤光栅传感原理及受力传感特性,设计了一种光纤光栅测力锚杆。在力学分析的基础上,确定了锚杆轴力与光纤光栅中心波长的数学关系,并进行相关力学标定试验。试验结果表明,光纤光栅中心波长偏移量与载荷之间具有良好的线性关系,线性度高达0.994 5,测量精度较高;光纤光栅传感器应力灵敏度系数为0.013 2 nm/k N,和理论分析情况基本一致;从试验分析可以得出,利用光纤光栅传感技术对锚杆工作状态进行监测是可行的。     

基于光纤传感的矿用生命体征监测系统设计

为了实时监测井下人员工作及灾变时期的健康状况,设计了一种新型光纤光栅传感器测量井下操作人员生命体征综合参数的监测系统,研究了光纤光栅传感器对人员体表温度、心率及呼吸频率的测量方法,给出了试验数据及图表。结果表明：温度变化引起的光纤光栅波长偏移灵敏度为7．5pm／℃,心脏跳动一次引起的光纤光栅中心波长偏移为122pm以上,呼吸发生一次光纤光栅中心波长偏移1220pm以上;此光纤光栅传感系统本质安全、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐灰尘、质量小,非常适合于井下应用。     

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。     

光纤传感器在煤矿安全监控系统中的应用

针对目前煤矿安全监控系统中传感器存在的一些检测精度低、稳定性差、可靠性差和易受电磁干扰等问题,将新颖的光纤传感技术应用于煤矿安全监控行业。重点讨论了光纤传感技术在煤矿安全监控中的几种应用方案,如井下环境温度检测,井下粉尘浓度检测,对甲烷等有害气体的监测等。研究结果表明,光纤传感本质安全、耐腐蚀、灵敏度高、使用寿命长,非常适用于煤矿生产环境参数检测,为改进煤矿安全监控系统提供了新颖的思路和切实可行的解决方案。     

带有温度补偿的光纤光栅锚杆测力计设计

分析了光纤光栅的温度应变交叉敏感的机理,设计并制作了一种基于油缸传递式的光纤Bragg光栅锚杆测力计,使用参考光栅进行温度补偿,解决了交叉敏感问题带来的影响.试验结果表明,10 ℃时温度补偿光栅中心波长λT=1 527.954 nm,压力传感光栅中心波长λS=1 529.526nm,传感光栅和温度补偿光栅的温度敏感系数之比K=2.495 1,该测力计工作压力3～15 MPa,通过参考光栅消除温度影响,能够实现精确测量,并且具有很好的线性度.     

光纤压力传感器在煤矿中的应用研究

针对目前煤矿安全监控系统中传感器存在的检测精度低、稳定性差、可靠性差和易受电磁干扰等问题,将新颖的光纤传感技术应用于煤矿行业。重点讨论了光纤压力传感技术在煤矿中的几种应用方案,如煤车称重、锚杆应力、水位等压力应力检测等。研究结果表明,光纤传感本质安全、耐腐蚀、灵敏度高、使用寿命长,非常适用于煤矿生产环境参数检测,为改进煤矿安全监控系统提供了新颖的思路和切实可行的解决方案。     

光纤光栅温度传感器的实验系统设计

分析了光纤光栅温度传感器的测温原理,给出了测量温度的实验系统和实验方法。重点介绍了光纤光栅温度传感器构成的实验系统设计,实验数据表明,设计的光纤光栅温度传感实验系统具有较好的重复性和测量精度,给出的实验装置和实验方法为国内开展光纤传感器的实验提供了理论和实践参考。     

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。     

免受温度影响的高灵敏度光纤光栅压力传感器

设计了一种基于波纹管、等强度梁结构的光纤Bragg光栅压力传感器,理论分析和实验结果表明此种压力传感器具有良好的线性度和很高的压力灵敏度系数(3.512 nm/MPPa).同时,测得这种传感器的温度系数为0.2 pm/℃,其结果说明,采用双光栅结构达到解决了温度交叉敏感问题目的.     

矿井突水模型试验中光纤传感器的研制及其应用

针对突水模型试验中对传感器的特殊要求,基于光纤布拉格光栅(FBG)技术,研制了新型的光纤光栅位移、应力、渗压和温度传感器。所研制的光纤光栅传感器不仅体积小、精度高,而且性能稳定、读数可靠,完全满足突水条件下实时采集数据的要求。在矿井突水模型试验中,将各传感器预埋于模型内部关键位置,成功地实现了对突水过程多场信息的实时监测。试验结果揭示了矿井突水前兆特征,说明了新型光纤传感器在突水模型试验中的有效性和可行性。     

用光纤光栅传感监测系统对矿井井壁应变实施监测的研究

文章探讨了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理,并用实验的方法验证其精确度,根据其具备现场非电测量、抗干扰能力强等优点说明此系统在煤矿安全监测中的可行性,并提出实时监测井壁应变的方案。     

温度补偿的井下光纤光栅锚杆受力动态监测技术研究

目前煤矿井下全长锚固锚杆受力信息监测存在反馈滞后问题,而且精度较差,温度变化对测力传感器有较大影响,针对这些问题,提出建立温度补偿的基于光纤光栅传感技术的井下锚杆受力动态监测系统。基于光纤Bragg光栅传感原理与技术,通过实验室力学标定试验,建立光纤光栅反射波波长与锚杆轴向应力、温度的物理关系,构建光纤光栅测力锚杆受力动态监测系统,并在塔山矿进行井下光纤Bragg光栅测力锚杆受力动态监测试验。试验结果表明,该光纤Bragg光栅反射波波长偏移量呈高度线性关系,相关系数达0.99,光纤光栅测力具备高测量精度。但与此同时,光纤Bragg光栅反射波波长对温度变化敏感,温度每升高1℃,光纤Bragg光栅波长大约增加59pm,故井下锚杆动态监测系统中应考虑地温变化对应力监测的影响,需要布置温度补偿锚杆。该锚杆受力动态监测系统通过测试表明,它可实现锚杆工作状态的高精度动态监测,并为锚固支护参数的动态优化控制提供依据。     

光纤传感技术和虚拟仪器在切削力测量技术中的应用

针对切削力测量的需要,介绍了一种基于虚拟仪器技术的光纤光栅(FBG)传感测试系统,设计出了光纤光栅传感器各项参数,简化了测试仪器结构,避免了温度对测量精度的影响。在虚拟仪器平台上开发了测试数据处理和自动化管理的程序,介绍了LabVIEW环境中建立切削力测试的方法。     

光纤Bragg光栅传感器在矿业工程中的应用现状分析

介绍了光栅传感器的发展历程及光纤光栅检测应力应变的基本原理。结合光纤光栅传感技术的本质突出优势和岩石工程应用特点,重点讨论了光纤光栅传感技术在相似模拟实验、岩石试件检测和巷道应力检测中的应用。认为光栅本质安全、使用寿命长、耐腐蚀、传感敏感性高等特点适用于岩石工程检测。光纤光栅传感器的使用,为改进应变检测提供了一种新的检测方法。     

基于电力系统监测的光纤光栅传感器采集装置研究

研制了1台基于FPGA的光纤光栅传感器采集装置,该装置采用掺饵光纤放大器（EDFA）,结合可调谐F-P滤波器产生稳定波长扫描光,利用质心法对光纤布拉格光栅（FBG）反射波谱进行寻峰处理,装置最终可以实现16个通道同时采样,测量范围为1 525~1 565 nm。实验结果表明,该装置具有良好的稳定性和测量精度,可以满足电力行业的工程需求。     

基于FBG多功能传感器监测矿井安全的研究

分析了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器测量应力、温度、湿度、瓦斯体积分数的原理;提出了基于FBG的多功能传感器监测矿井安全的设计思想,探讨了基于FBG的多功能传感器监测矿井安全的前期理论。     

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。     

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。