光纤光栅传感器在顶板监测应用中的安装工艺.pdf

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1、煤矿现代化2015年第2期总第125期光纤光栅传感器在顶板监测应用中的安装工艺张书林，于庆，李军，郭清华，龚仲强(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400039)摘要近些年，光纤光栅传感技术取得了长足发展，特别是在结构监测领域，逐渐形成了能够对应变、温度等多种物理量进行实时检测的传感器体系。煤矿顸板监测也是结构监测技术的一个重要的应用场合，主要监测对象包括巷道锚杆支护的稳定性监测，回采工作面液压支架支护的稳定性监测，冲击地压的灾害监测等。本文在研究光纤光栅传感器封装结构的基础上，重点进行传感器安装工艺及工作稳定性研究，为光纤

2、光栅传感器在顶板监测中的应用探索可行的现场方法，验证了光纤光栅技术在煤矿顶板监测中应用的可行性。关键词光纤光栅；顶板；安装工艺；稳定性中图分类号：TP212文献标识码：B文章编号：1009—0797(2015)02—0085—03使光纤光栅能很好地感受钢筋的应变，需加大光纤1研究背景光栅与钢筋的接触面积，充分利用钢筋肋，并在沿钢光纤光栅是一种新型的光学无源器件，结合了筋肋开一个一定长度的小槽，将光纤光栅用高耐久光纤传导理论及微制造工艺。其中以光纤布拉格光性胶水粘贴在钢筋的小槽里，接着，将光纤引出段用栅为代表的光纤光栅传感器相对

3、于传统传感器具有光纤保护管和铠装光缆加以保护。然后，在钢筋上套很多优良特性，包括体积小，重量轻，抗电磁干扰，本上不锈钢套管。并在套管一端按上护帽，用胶水将护征无源，易于组成传感器网络等多个方面。目前发展帽与套管固定住。钢筋与护帽，光缆与护帽间的缝隙起来了一系列光纤光栅传感器，已报到的可以监测用胶水封住，待胶固化后，在另一端向套管中灌上软的物理量包括温度、应变、压力、压强、位移、扭角、扭胶，隔离护套对钢筋的增强作用。待胶灌密实之后，矩、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、振动等。将按上另一护帽，用胶水将护帽与套管固定，并用胶水

4、光纤光栅传感器贴装在材料和结构表面或埋入其内将钢筋与护帽，光缆与护帽间的缝隙填满。待胶固化部，可以实现对结构健康参数的系统监测。这些特有后，再制作光纤跳线头。实际应用时，需将钢筋应变的技术特点使得光纤光栅传感器在结构监测领域扮计两端与被测钢筋两端焊接。腔管光纤光栅不锈钢辅管钢筋演着越来越重要的角色【卜。1。随着国民经济的持续发展，对以煤炭为代表的能源需求逐步增加，深层矿井的开发力度也在逐步加大。煤矿顶板监测是深层矿井安全监测的重要环节，受到了结构监测领域的高度重视，其主要监测对图1光栅锚杆测力传感器示意图象包括巷道锚杆支护的稳

5、定性监测，回采工作面液2．1．2光栅位移传感器压支架支护的稳定性监测，冲击地压的灾害监测等。结合光纤光栅传感器的技术优势及煤矿顶板监测的应用特点，摸索一套现场工艺，将扩大光纤光栅传感器的应用范围，同时为进一步提高煤矿顶板监测的有效性做出贡献。2光纤光栅传感器的封装结构2．1巷道锚杆支护的稳定性监测图2光栅位移传感器示意图2．1．1锚杆测力传感器顶板位移是指老顶和直接顶的相对位移，也是对锚杆的锚固程度，即锚杆应力的监测是巷道巷道锚杆支护的稳定性监测中不可缺少的组成部锚杆支护的稳定性监测中重要环节。光纤光栅锚杆分。光纤光栅位移传感

6、器原理框图如图2所示，典型测力传感器的典型结构封装形式如图1所示。为了的光纤光栅位移传感器基于等腰三角形悬臂梁，设中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金：20l3QNO26L、B、H分别为梁长、宽和厚度。悬臂梁一端固定，另·85·煤矿现代化2015年第2期总第125期一端为自由活动的弹性梁，光纤光栅被刚性粘贴在杆长度小80～90ram。钻头钻到预定深度后下缩锚杆悬臂梁的上表面中心处，自由活动的弹性梁的发生钻机，同时清除钻孔内的污染物。将树脂锚固剂放入位移f时，悬臂梁将产生沿轴向的应变，引起光纤光钻孑L，并在轻轻逐块送至眼底，启动

7、锚杆机将药卷边栅反射波长的变化。推进边搅拌。搅拌时间25～30s。搅拌充分后，停止搅2．2回采工作面液压支架支护的稳定性监测拌约30s待树脂药卷凝固时慢慢将锚杆机退下。上光栅压力传感器。好托盘，拧上螺帽，12min之后，拧紧螺帽给锚杆施加回采工作面液压支架支护的稳定性监测主要依一定预紧力，用力矩扳手拧紧螺母，保证托盘压紧并赖对液压支架工作压力的监测和预紧。光纤光栅压紧贴巷道围岩表面。连接光缆，用解调仪测读传感器力传感器大多采用膜片式压力测量原理。膜片可分并做好记录，若测读正常，即可装上保护罩，光缆出为波纹膜片和平膜片，通常我们

8、可以将平膜片看做口处装好橡胶保护套。是波纹膜片的一个特例。基于平膜片的光纤光栅压3．2光栅多点位移计的安装力传感器典型原理如图3所示，有压差时，圆形平膜按测点数将灌浆锚头组件与不锈钢测杆、测杆片中心位移的变形明显增加，连接金属化光纤光栅接头、测杆保护管等可靠连接固定后集成一束