專利名稱：礦用光纖溫度傳感器探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦井下煤層及巖石溫度檢測的光纖傳感器探頭，該傳感器便于攜帶和安裝，能夠完成井下巖層、特別是深層巖層的溫度檢測。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速迅猛發(fā)展，越來越多的環(huán)境以及安全生產(chǎn)問題也不斷出現(xiàn)。近幾年來我國煤礦礦山頻頻出現(xiàn)傷及人身安全的大型安全事故，突水、瓦斯爆炸、煤礦火災(zāi)、頂板塌陷等安全事故時(shí)有發(fā)生。要維護(hù)正常的生產(chǎn)生活，就必須對這些問題進(jìn)行有效的解決。溫度檢測是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)礦井內(nèi)部特別是煤層和巖層內(nèi)部問題的一大關(guān)鍵技術(shù)之一，通過煤礦煤層巖層的溫度變化可以發(fā)現(xiàn)隱藏在內(nèi)部的一些安全隱患，例如，通過溫度檢測，可以發(fā)現(xiàn)是否有深層煤層巖石內(nèi)部漏水透水的隱患，能夠起到及時(shí)預(yù)警；一些專家通過溫度檢測獲知判斷是否有瓦斯突出前兆；也有人通過內(nèi)部煤層溫度來判斷井下煤層自然發(fā)火情況等等。光纖傳感器是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)，特別是基于光纖布拉格光柵的溫度傳感器應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到成熟，被市場廣泛認(rèn)可。光纖傳感器在煤礦的應(yīng)用在近幾年剛剛起步，目前也有一些相關(guān)報(bào)道，光纖傳感器無需供電，不帶電，本質(zhì)安全，這也是它在礦井內(nèi)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，因此具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。然而由于光纖溫度傳感器在煤礦中的應(yīng)用起步較晚，實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累較少，實(shí)際應(yīng)用中還存在很多不足之處。當(dāng)需要檢測深層煤層的溫度時(shí)，首先需要在巖層上鉆孔，常見的3-5米，然后將傳感器從孔洞中插入，傳感器使用錨桿或者鋼管保護(hù)以免在空洞中斷裂。因此，傳統(tǒng)用法必須保證鉆孔較直，當(dāng)檢測深度要求很深時(shí)，傳感器尺寸(長度)大大增加，在空間狹小的礦井內(nèi)攜帶和安裝都十分麻煩。本專利從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種便于攜帶、安裝的傳感器設(shè)計(jì)，并大大降低了鉆孔要求，實(shí)用性非常強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種專門用于井下煤層巖層溫度檢測的光纖傳感器探頭，該探頭設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠滿足溫度檢測，同時(shí)還攜帶方便，安裝簡單，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。本方案所采用的技術(shù)措施是一種礦用光纖溫度傳感器探頭，它包括一端開口且內(nèi)置有光纖光柵的感溫區(qū)外殼，與光纖光柵連接的光纖，套裝在光纖外并與感溫區(qū)外殼固定連接的錨頭，錨頭的另一端與蛇管的頭部固定連接，所述蛇管是可自由彎曲但是不能扭動(dòng)的蛇管。本方案的具體特點(diǎn)還有，所述錨頭外壁設(shè)置突刺。在蛇管上固定設(shè)置固定膨脹裝置。所述固定膨脹裝置包括帶內(nèi)螺紋的中空脹管，帶有外螺紋且末端開槽的中空大頭螺桿，所述螺桿和脹管均套裝在蛇管外壁上，所述脹管的內(nèi)孔末端與螺桿上開槽部分的結(jié)合部呈截圓臺狀，所述脹管前端管壁上開槽。既能夠固定蛇管，又能夠?qū)鞲衅鞴潭ㄔ诿簩鱼@孔內(nèi)。當(dāng)螺桿擰緊時(shí)，脹管左端膨脹，可以緊固在鉆孔上，由此使得傳感器被固定在巖壁上。螺桿末端設(shè)計(jì)為開裂結(jié)構(gòu)，當(dāng)被擰入脹管后，開裂部分被壓緊，從而將穿過螺桿內(nèi)孔的蛇管緊箍住，起到固定蛇管的作用。在蛇管尾部設(shè)置光纜保護(hù)殼，在光纜保護(hù)殼上設(shè)置出纖緩沖頭。由于該保護(hù)殼的存在，使得傳感器出纖光纜被保護(hù)，同時(shí)光纜可以在保護(hù)殼內(nèi)盤繞，優(yōu)化出纖長度。所述緩沖頭用于保護(hù)光纜不受剪切力折斷。錨頭上設(shè)計(jì)有突刺，在固定傳感器時(shí)，錨頭突刺可以將錨固劑外包刺破，并隨著蛇管旋轉(zhuǎn)扭動(dòng)，攪拌錨固劑，使得錨固劑將傳感器測溫部分與深層巖石很好地膠固在一起。本方案的有益效果是所述蛇管可以360度自由彎曲，但是在扭動(dòng)傳感器時(shí)，能夠帶動(dòng)錨頭一起整體扭動(dòng)，用于保護(hù)光纖不受鉆孔破壞；同時(shí)，由于蛇管的采用，使得整個(gè)傳感器能夠彎曲成盤，便于攜帶；此外，在安裝過程中，蛇管在鉆孔內(nèi)能夠根據(jù)空洞形狀彎曲， 便于安裝，減小了實(shí)際的安裝操作難度，也降低了鉆孔要求。


圖1是傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是固定膨脹裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是安裝示意圖； 圖4是感溫區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-感溫區(qū)；2-錨頭；3-蛇管；4-固定膨脹裝置；5-光纜保護(hù)殼；6-出纖緩沖頭；7-螺桿；8-脹管；9-內(nèi)孔；10-巖層；11-傳感器出纖盒；12-傳感器； 13-錨固部分；14-膨脹緊固區(qū)；15-傳感器光纜；16-主光纜；17-感溫區(qū)外殼；18-光纖光柵固定底座；19-光纖；20-光纖光柵。
具體實(shí)施例方式如圖1所示為傳感器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。一種礦用光纖溫度傳感器探頭，它包括一端開口且內(nèi)置有光纖光柵20的感溫區(qū)外殼17，與光纖光柵20連接的光纖19，套裝在光纖19外并與感溫區(qū)外殼17固定連接的錨頭2，錨頭2的另一端與蛇管3的頭部固定連接，所述蛇管3是可自由彎曲但是不能扭動(dòng)的蛇管。傳感器元件為光纖布拉格光柵，光纖布拉格光柵是光通訊及光纖傳感中常用的光學(xué)元器件之一，它能夠感知溫度的變化，將溫度變化轉(zhuǎn)換為波長變化，解調(diào)時(shí)只需要分析出波長的相對變化量即可獲取溫度的變化量，從而實(shí)現(xiàn)溫度檢測。如圖1所示，圖中傳感器最前端為感溫區(qū)外殼17，首先將光纖光柵20固定在感溫區(qū)外殼17中，光纖光柵20將獲取感溫區(qū)溫度信息，并通過光纖19傳遞到遠(yuǎn)端解調(diào)儀，從而能夠檢測到感溫區(qū)溫度。感溫區(qū)外殼詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，包括感溫區(qū)外殼17、光纖光柵固定底座 18組成，光纖光柵20安裝固定在光纖光柵固定底座18上用于測量溫度，蛇管3、錨頭2和光纖感溫區(qū)1連接在一起，形成密閉保護(hù)的腔體保護(hù)光纖19不受外部損傷。所述錨頭2外壁設(shè)置突刺。在蛇管3上固定設(shè)置固定膨脹裝置4。所述固定膨脹裝置4包括帶內(nèi)螺紋的中空脹管8，帶有外螺紋且末端開槽的中空大頭螺桿7，所述螺桿7和脹管8均套裝在蛇管3外壁上，所述脹管8的內(nèi)孔9末端與螺桿7 上開槽部分的結(jié)合部呈截圓臺狀，所述脹管8前端管壁上開槽。既能夠固定蛇管3，又能夠?qū)鞲衅鞴潭ㄔ诿簩鱼@孔內(nèi)。當(dāng)螺桿7擰緊時(shí)，中空脹管8左端膨脹，可以緊固在鉆孔上，由此使得傳感器被固定在巖壁上。螺桿7末端設(shè)計(jì)為開裂結(jié)構(gòu)，當(dāng)被擰入中空脹管8后，開裂部分被壓緊，從而將穿過螺桿7內(nèi)孔9的蛇管3緊箍住，起到固定蛇管3的作用。在蛇管 3尾部設(shè)置光纜保護(hù)殼5，在光纜保護(hù)殼5上設(shè)置出纖緩沖頭6。傳感器帶有錨頭2，錨頭2是用于將錨固劑攪拌，使得傳感器被錨固劑固定在巖層里，感溫區(qū)可以很好地將巖層溫度傳導(dǎo)至傳感器，增加了溫度耦合傳導(dǎo)作用。蛇管3可以360度自由彎曲，但是在扭動(dòng)傳感器時(shí)，能夠帶動(dòng)錨頭2 —起整體扭動(dòng)。傳感器光纜15通過蛇管3輸出到末端，采用蛇管3能夠起到保護(hù)光纜的作用，同時(shí)還可以使得該傳感器能夠彎曲，當(dāng)安裝或者攜帶傳感器時(shí)，可以將其卷曲為一盤，減小了體積， 安裝時(shí)，即便鉆孔彎曲也能順利深入到巖層。光纖保護(hù)殼5與出纖緩沖頭6起到輸出光纜的保護(hù)作用，光纜與傳感器連接后可以在光纖保護(hù)殼5內(nèi)固定，出纖緩沖頭6用于防止傳感器光纜15被折斷。如圖3所示，首先確定好檢測每層深度，在每層上鉆孔，按照設(shè)定好的長度確定蛇管3長度。其次，將光纖光柵20安裝固定在本專利設(shè)計(jì)的感溫區(qū)1內(nèi)部，連接號錨頭2、蛇管 3和光纜保護(hù)殼5等組件，按照圖1所示結(jié)構(gòu)組裝完成一套傳感器。第三，如圖3所示的煤層及巖層10內(nèi)塞入錨固劑，錨固劑一般為袋裝，將傳感器隨后塞入到鉆孔內(nèi)直至頂?shù)酱郎y巖石位置。第四，轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，錨頭2將破壞錨固劑保護(hù)袋，錨固劑此時(shí)開始凝結(jié)，將傳感器與巖石固定在一起，如圖3中錨固部分13。第五，傳感器末端套入固定膨脹裝置4后，將該裝置塞入到鉆孔，裝置的螺桿7露出孔外便于緊固，擰緊螺桿7，使得中空的脹管8緊固在鉆孔上，因此傳感器被固定在巖層上，如圖3中膨脹緊固區(qū)14所示。由于本案采用了蛇管3作為中間連件，因此，當(dāng)鉆孔14發(fā)生傾斜，彎曲等問題時(shí)， 不影響傳感器的安裝使用。由于本案采用了蛇管3作為中間連接件，傳感器長度可以根據(jù)鉆孔深度來確定， 長度可以從幾十厘米到幾公里不等，靈活性很大。該傳感器可以卷起來攜帶和安裝，因此安裝現(xiàn)場地點(diǎn)的空間不受任何限制。替代方案一本專利蛇管部分也可以采用其他能夠彎曲但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠保護(hù)光纜的套管。替代方案二 本專利所設(shè)計(jì)的緊固裝置，凡是可以實(shí)現(xiàn)膨脹緊固的裝置均可以采用。替代方案三本專利中設(shè)計(jì)的錨頭部分，可以使用能夠起到破壞錨固劑的任何裝
置替代。
權(quán)利要求
1.一種礦用光纖溫度傳感器探頭，它包括一端開口且內(nèi)置有光纖光柵的感溫區(qū)外殼， 與光纖光柵連接的光纖，套裝在光纖外并與感溫區(qū)外殼固定連接的錨頭，錨頭的另一端與蛇管的頭部固定連接，所述蛇管是可自由彎曲但是不能扭動(dòng)的蛇管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖溫度傳感器探頭，其特征是所述錨頭外壁設(shè)置突刺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用光纖溫度傳感器探頭，其特征是在蛇管上設(shè)置固定膨脹直ο
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用光纖溫度傳感器探頭，其特征是所述固定膨脹裝置包括帶內(nèi)螺紋的中空脹管，帶有外螺紋且末端開槽的中空大頭螺桿，所述螺桿和脹管均套裝在蛇管外壁上，所述脹管的內(nèi)孔末端與螺桿上開槽部分的結(jié)合部呈截圓臺狀，所述脹管前端管壁上開槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的礦用光纖溫度傳感器探頭，其特征是在蛇管尾部設(shè)置光纜保護(hù)殼，在光纜保護(hù)殼上設(shè)置出纖緩沖頭。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種礦用光纖溫度傳感器探頭，它包括一端開口且內(nèi)置有光纖光柵的感溫區(qū)外殼，與光纖光柵連接的光纖，套裝在光纖外并與感溫區(qū)外殼固定連接的錨頭，錨頭的另一端與蛇管的頭部固定連接，所述蛇管是可自由彎曲但是不能扭動(dòng)的蛇管。能夠應(yīng)用于煤礦礦井內(nèi)特別是深層巖石的測溫。該探頭采用光纖光柵作為感溫元件，采用蛇管作為保護(hù)管，設(shè)計(jì)有用于末端感溫區(qū)固定的帶突刺錨頭以及用于傳感器尾部與煤層固定的膨脹裝置。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、可靠，便于礦井下的攜帶與安裝，使用方便。
文檔編號G01K11/32GK102322977SQ20111024838
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者倪家升, 劉真梅, 劉統(tǒng)玉, 王宗江, 趙燕杰, 高超, 魏苒 申請人:山東微感光電子有限公司