專利名稱：一種煤巖辨識光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，特別是一種煤礦井下辨識煤巖的光纖傳感器，利用光強度變化對煤巖進行辨識。
背景技術(shù)：
隨著煤礦井下煤層的開采范圍越來越大，難度越來越大，許多開采多年的煤礦面臨煤量減少甚至破產(chǎn)的狀況，開發(fā)新的煤礦能源迫在眉睫，因而對于煤礦井下的煤層和巖層的辨識就顯得尤為重要，而且可以大大提高開采效率，減少對巖石的切割對工具的損壞，最重要的是減少了作業(yè)人員的勞動強度。基本的煤巖辨識方法主要有以及基于多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的煤巖界面識別技術(shù)，這種方法傳感器數(shù)量較多，監(jiān)測方法復雜，成本較大，基于紅外探測方法辨識煤巖界面，這種方法基于溫度變化，由于煤層和巖層的普氏系數(shù)不同，所以在開采過程中產(chǎn)生的溫度不同，但是當系數(shù)接近時候很難分辨出煤巖界面，另外該方法國內(nèi)目前涉獵的比較少，還沒有成熟的產(chǎn)品問世，基于Y射線輻射特性的傳感器辨識方法，該方法需要礦井具備放射性元素，測量煤層需要一定的厚度，Y射線穿透能力有限，難于保證與頂煤很好的接觸，對于我國煤礦的應用范圍小，據(jù)統(tǒng)計只有20%左右的煤礦可以應用。雷達探測法，無需預先知道煤巖的物理特性，但是隨著煤層厚度的增加，信號衰減嚴重。另外震動檢測法、有功功率檢測法、聲音檢測法等都對普氏系數(shù)接近或者密度相近的煤巖辨識都存在很大的誤判斷。，目前基于圖像處理原理的煤巖辨識方法雖然準確度高，但是由于需要具備煤巖的多種物理特性以及融合技術(shù)比較復雜，所以也存在弊端。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，辨識精確度高的用于煤巖辨識的光纖傳感器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:它包括四個非金屬保護套；所述非金屬保護套里面分別設置有光纖固定裝置；所述非金屬保護套其中兩個保護套內(nèi)部固定有一根光纖作為參考光路，另外兩個保護套內(nèi)部固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖作為檢測光路；每個保護套之間相互連接；所述固定兩根光纖非金屬保護套上方留有活動窗口用來放置煤和巖石樣品，所述固定兩根光纖的非金屬保護套底端內(nèi)部設有樣品固定裝置；煤和巖石樣品與光線入射方向成45度夾角；所述四條光纖入射端連接光耦合器，出射端連接光電探測器；所述光耦合器前端連接濾光片和光源。所述固定一根光纖的兩條光路作為參考光路。所述固定入射光纖和出射光纖的兩條光路作為檢測光路。所述光源為半導體激光器。所述光耦合器為分光強度為1: 4的分光器。所述非金屬保護套為長方體，首尾兩端為正方形。所述光稱合器前面設置濾光片。
所述煤和巖石樣品形狀為薄層狀且表面粗糙程度一致。所述光纖均為多模光纖。所述光電探測器中樣品反射光強度和所述的參考光強度的比值采用雙光路參考法。所述固定入·射光纖和出射光纖相互垂直。所述參考光路中光纖長度和檢測光路中入射光纖長度相同。上述一種煤巖辨識光纖傳感器的辨識方法，其包括以下步驟:煤巖樣品分別放入固定有兩根光纖的保護套底部樣品固定裝置中，半導體激光器發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后變?yōu)椴ㄩL為λ的光經(jīng)過分光比為！: 4的光纖耦合器分為光強度相同的四條光波，其中固定有一根光纖的兩條光波作為參考光波不做任何處理，直接與光電探測器連接，另外兩條光波照射到樣品上發(fā)生漫反射效應，一部分光反射出來，一部分光被樣品吸收，光強度發(fā)生了變化，經(jīng)過光電探測器測得反射光和入射光的強度。采用雙光路參照法，放置一根光纖的兩條光路作為參考光路，考慮傳輸過程中的光損耗出射光強度分別為I1和12，煤和巖石的反射光強度分別為I3和I4與參考光的強度做比較，取兩次比值的平均值，得到煤的反射率
權(quán)利要求
1.一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:它包括四個非金屬保護套；所述非金屬保護套里面分別設置有光纖固定裝置；所述非金屬保護套其中兩個保護套內(nèi)部固定有一根光纖，另外兩個保護套內(nèi)部固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖；每個保護套之間相互連接；所述固定兩根光纖非金屬保護套上方留有活動窗口用來取拿煤和巖石樣品；所述固定兩根光纖的非金屬保護套底端內(nèi)部設有樣品固定裝置，煤和巖石樣品與光線入射方向成45度夾角；所述四條光纖入射端連接光耦合器，出射端連接光電探測器；所述光耦合器前端連接濾光片和光源。
2.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述固定一根光纖的兩條光路作為參考光路。
3.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述固定入射光纖和出射光纖兩根光纖的兩條光路作為檢測光路。
4.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述光源為半導體激光器。
5.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述光耦合器為分光強度為1: 4的分光器。
6.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述非金屬保護套為長方體，首尾兩端為正方形。
7.如權(quán)利I或3所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述光耦合器前面設置濾光片。
8.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述煤和巖石樣品形狀為薄層狀且表面粗糙程度一致。
9.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述光纖均為多模光纖。
10.如權(quán)利I或2 所述的一種煤巖辨識光纖傳感器,其特征在于:所述光電探測器中樣品反射光強度和所述的參考光強度的比值采用雙光路參考法。
11.如權(quán)利I所述的一種煤巖辨識光纖傳感器，其特征在于:所述固定入射光纖和出射光纖相互垂直。
12.如權(quán)利I或2或3所述的一種煤巖辨識光纖傳感器,其特征在于:所述參考光路中光纖長度和檢測光路中入射光纖長度相同。
13.一種采用權(quán)利要求1-12任一項所述一種煤巖辨識光纖傳感器的辨識方法，其包括以下步驟:煤巖樣品分別放入固定有兩根光纖的保護套底部樣品固定裝置中，半導體激光器發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后變?yōu)椴ㄩL為λ的光經(jīng)過分光比為1: 4的光纖耦合器分為光強度相同的四條光波，其中固定有一根光纖的兩條光波作為參考光波不做任何處理，直接與光電探測器連接，另外兩條光波照射到樣品上發(fā)生漫反射效應，一部分光反射出來，一部分光被樣品吸收，光強度發(fā)生了變化，經(jīng)過光電探測器測得反射光和入射光的強度。采用雙光路參照法，放置一根光纖的兩條光路作為參考光路，考慮傳輸過程中的光損耗出射光強度分別為I1和I2，煤和巖石的反射光強度分別為I3和I4與參考光的強度做比較，取兩次比值 V+VV+V的平均值，得到煤的反射率R.71.Z12巖石的反射率Sr /I, /I2更加精確的' 2 2 2反射率，利用貝爾卡-芒克(Kubelka-Munk)函數(shù):f = Q_R)%R對于特定的波長，不同物質(zhì)的吸光系數(shù)K和散射系數(shù)S比值一定，利用光電探測器檢測光強度的變化，計算得到反射率，根據(jù)K- M函數(shù)可以得到煤和巖石不同的*值，從而達到煤巖辨識的目的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤巖辨識的光纖傳感器，其特征在于它包括四個非金屬保護套；保護套里面分別設置有光纖固定裝置，其中兩個保護套中固定有一根光纖作為參考光路，另外兩個保護套固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖作為檢測光路；每個保護套之間相互連接，其中固定兩條光纖保護套上方留有活動窗口用來取拿煤和巖石樣品，固定有兩根光纖的非金屬保護套底端內(nèi)部設有樣品固定裝置，煤和巖石樣品與光線入射方向成45度夾角；四條光纖入射端由光耦合器連接，出射端連接光電探測器；光耦合器前端連接濾光片和光源。根據(jù)光照射到煤和巖石樣品產(chǎn)生的漫反射效應，光電探測器測量漫反射反射光和入射光強度，計算得到比值即反射率，根據(jù)貝爾卡-芒克(Kubelka-Munk)函數(shù)，可以實現(xiàn)煤巖辨識。本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，靈敏度高，方便適用。
文檔編號G01N21/49GK103149178SQ20131005910
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者田子建, 姜燁 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)