CN212340171U - 一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，包括主机盒、位移传感机构和温度补偿传感器，位移传感机构包括从上至下依次连接的锚点、钢丝、传动筒和应变传感器，钢丝穿越传动筒和主机盒，传动筒挂在钢丝上，二者采用顶丝固接，在传动筒内挂有沿竖向延伸的拉簧，应变传感器包括水平设置的片状金属悬臂梁和设置在悬臂梁上的FBG光纤光栅Ⅰ，悬臂梁的固定端与主机盒固接，悬臂端与拉簧的下端连接，在悬臂梁的底部沿宽度方向居中设有纵向定位槽，FBG光纤光栅Ⅰ粘接在纵向定位槽中，温度补偿传感器是采用FBG光纤光栅Ⅱ制作的，应变传感器和温度补偿传感器与外部光源连接。本实用新型工作性能稳定，精确度高，量程大。

Description

一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器

技术领域

本实用新型涉及一种光纤位移传感器，特别是一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器。

背景技术

监测围岩位移对于矿业开采有着重大的安全意义。光纤布拉格光栅广泛应用于传感领域，作用原理为光栅的中心反射波长会随光栅周期和纤芯有效折射率的变化而变化。当光栅受到轴向应变作用或周围的温度发生改变时，光栅周期和纤芯有效折射率就会发生改变，从而引起光栅的布拉格波长发生位移，且单独的应变或温度物理量与光纤波长存在良好的线性关系。通过解调***检测波长漂移量，即可获得待测的应变、温度信息，实现光纤光栅传感。而市面上其他应用于围岩位移的光纤光栅传感器在长时间测试中会出现位移量数据波动的情况，不仅不利于对当前围岩状态变化进行判断，也无法保护煤矿开采人员的人身安全。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，该传感器工作性能稳定，精度高。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，包括主机盒、设置在所述主机盒内的至少一个位移传感机构和一个温度补偿传感器，所述位移传感机构包括从上至下依次连接的锚点、钢丝、传动筒和FBG光纤光栅应变传感器，所述钢丝穿越所述传动筒和所述主机盒，所述传动筒挂在所述钢丝上，二者采用顶丝固接，在所述传动筒内挂有沿竖向延伸的拉簧，所述应变传感器包括水平设置的片状金属悬臂梁和设置在所述悬臂梁上的FBG光纤光栅Ⅰ，所述悬臂梁的固定端与所述主机盒固接，所述悬臂梁的悬臂端与所述拉簧的下端连接，在所述悬臂梁的底部沿宽度方向居中设有纵向定位槽，所述FBG光纤光栅Ⅰ粘接在所述纵向定位槽中，所述温度补偿传感器是采用FBG光纤光栅Ⅱ制作的，所述应变传感器和所述温度补偿传感器与外部光源连接。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

在所述主机盒内安装有分光器，所述分光器的入射端通过尾纤与外部光源连接，所述分光器的发射端与所述FBG光纤光栅Ⅰ和所述FBG光纤光栅Ⅱ分别连接。

所述FBG光纤光栅Ⅰ采用环氧胶封装在所述纵向定位槽中。

本实用新型具有的优点和积极效果是：可利用温度补偿传感器获得中心波长，采用该中心波长获知实时温度，利用该实时温度确定应变系数，进而实现应变系数的自动调节，获得更加准确可靠的实时位移结果，本实用新型工作性能稳定，精确度高，量程大。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的FBG光纤光栅应变传感器的片状金属悬臂梁结构示意图；

图3为本实用新型的传动筒和钢丝连接示意图。

图中：1、钢丝；2、锚点；3、主机盒；4、传动筒；5、挡板；6、应变传感器；6-1、悬臂梁；6-2、纵向定位槽；7、固定台；8、温度补偿传感器；9、分光器；10、顶丝；11、拉簧。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，包括主机盒3、设置在所述主机盒3内的至少一个位移传感机构和一个温度补偿传感器8。所述位移传感机构包括从上至下依次连接的锚点2、钢丝1、传动筒4和FBG光纤光栅应变传感器6。所述钢丝1穿越所述传动筒4和所述主机盒3，所述传动筒4挂在所述钢丝1上，二者采用顶丝10固接，在所述传动筒4内挂有沿竖向延伸的拉簧11，所述应变传感器6包括水平设置的片状金属悬臂梁6-1和设置在所述悬臂梁6-1上的FBG光纤光栅Ⅰ。所述悬臂梁6-1的固定端与所述主机盒3固接，具体结构为，在所述主机盒3内设置悬挂式固定台7，所述悬臂梁6-1的固定端固接在固定台7的底面上，所述悬臂梁6-1的悬臂端与所述拉簧11的下端连接。在所述悬臂梁6-1的底部沿宽度方向居中设有纵向定位槽6-2。所述FBG光纤光栅Ⅰ粘接在所述纵向定位槽6-2中，所述温度补偿传感器8是采用FBG光纤光栅Ⅱ制作的，所述应变传感器6和所述温度补偿传感器8与光源连接。

在本实施例中，在所述主机盒3内安装有分光器9，所述分光器9的入射端通过尾纤与外部光源连接，所述分光器9的发射端与所述FBG光纤光栅Ⅰ和所述FBG光纤光栅Ⅱ分别连接。所述FBG光纤光栅Ⅰ采用环氧胶封装在所述纵向定位槽6-2中。

在本实施例中设有2个位移传感机构，使用时，将两个锚点分别送入围岩的深基点和浅基点，将挡板5紧贴巷道顶板，拉伸主机盒外的预留钢丝1，保证固定牢靠后，将顶丝10拧入顶丝孔固定钢丝，达到测试不同深浅基点的目的。将矿用位移传感器接入解调仪，当巷道顶板发生沉降时，顶板会推动挡板5，使整***移传感器向下位移，此时传动结构中的弹簧会发生形变，将顶板沉降的位移量转化为拉力，拉动应变传感器自由端使其产生相应挠度，导致应变传感器中的光纤光栅产生微弯，中心波长产生位移，同时如果环境温度发生变化，内置的温度传感器的中心波长也会产生变化，将解调出的应变传感器和温度补偿传感器的中心波长，带入公式即可计算出顶板沉降位移量。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，其特征在于，包括主机盒、设置在所述主机盒内的至少一个位移传感机构和一个温度补偿传感器，所述位移传感机构包括从上至下依次连接的锚点、钢丝、传动筒和FBG光纤光栅应变传感器，所述钢丝穿越所述传动筒和所述主机盒，所述传动筒挂在所述钢丝上，二者采用顶丝固接，在所述传动筒内挂有沿竖向延伸的拉簧，所述应变传感器包括水平设置的片状金属悬臂梁和设置在所述悬臂梁上的FBG光纤光栅Ⅰ，所述悬臂梁的固定端与所述主机盒固接，所述悬臂梁的悬臂端与所述拉簧的下端连接，在所述悬臂梁的底部沿宽度方向居中设有纵向定位槽，所述FBG光纤光栅Ⅰ粘接在所述纵向定位槽中，所述温度补偿传感器是采用FBG光纤光栅Ⅱ制作的，所述应变传感器和所述温度补偿传感器与外部光源连接。

2.根据权利要求1所述的应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，其特征在于，在所述主机盒内安装有分光器，所述分光器的入射端通过尾纤与外部光源连接，所述分光器的发射端与所述FBG光纤光栅Ⅰ和所述FBG光纤光栅Ⅱ分别连接。

3.根据权利要求1所述的应变系数自适应矿用围岩光纤位移传感器，其特征在于，所述FBG光纤光栅Ⅰ采用环氧胶封装在所述纵向定位槽中。

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