專利名稱：一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖傳感器，特別是一種煤礦井下辨識(shí)煤巖的光纖傳感器，利用光強(qiáng)度變化對(duì)煤巖進(jìn)行辨識(shí)。
背景技術(shù)：
隨著煤礦井下煤層的開采范圍越來(lái)越大，難度越來(lái)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(duì)于煤礦井下的煤層和巖層的辨識(shí)就顯得尤為重要，而且可以大大提高開采效率，減少對(duì)巖石的切割對(duì)工具的損壞，最重要的是減少了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度?；镜拿簬r辨識(shí)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(shí)別技術(shù)，這種方法傳感器數(shù)量較多，監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜，成本較大，基于紅外探測(cè)方法辨識(shí)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(guò)程中產(chǎn)生的溫度不同，但是當(dāng)系數(shù)接近時(shí)候很難分辨出煤巖界面，另外該方法國(guó)內(nèi)目前涉獵的比較少，還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品問(wèn)世，基于Y射線輻射特性的傳感器辨識(shí)方法，該方法需要礦井具備放射性元素，測(cè)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(duì)于我國(guó)煤礦的應(yīng)用范圍小，據(jù)統(tǒng)計(jì)只有20%左右的煤礦可以應(yīng)用。雷達(dá)探測(cè)法，無(wú)需預(yù)先知道煤巖的物理特性，但是隨著煤層厚度的增加，信號(hào)衰減嚴(yán)重。另外震動(dòng)檢測(cè)法、有功功率檢測(cè)法、聲音檢測(cè)法等都對(duì)普氏系數(shù)接近或者密度相近的煤巖辨識(shí)都存在很大的誤判斷。，目前基于圖像處理原理的煤巖辨識(shí)方法雖然準(zhǔn)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(fù)雜，所以也存在弊端。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，辨識(shí)精確度高的用于煤巖辨識(shí)的光纖傳感器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:它包括四個(gè)非金屬保護(hù)套；所述非金屬保護(hù)套里面分別設(shè)置有光纖固定裝置；所述非金屬保護(hù)套其中兩個(gè)保護(hù)套內(nèi)部固定有一根光纖作為參考光路，另外兩個(gè)保護(hù)套內(nèi)部固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖作為檢測(cè)光路；每個(gè)保護(hù)套之間相互連接；所述固定兩根光纖非金屬保護(hù)套上方留有活動(dòng)窗口用來(lái)放置煤和巖石樣品，所述固定兩根光纖的非金屬保護(hù)套底端內(nèi)部設(shè)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(cè)器；所述光耦合器前端連接濾光片和光源。所述一根光纖的兩條光路作為參考光路。所述入射光纖和出射光纖的兩條光路作為檢測(cè)光路。所述光源為半導(dǎo)體激光器。所述光耦合器為分光強(qiáng)度為1: 4的分光器。
所述非金屬保護(hù)套為長(zhǎng)方體，首尾兩端為正方形。[0010]所述光耦合器前面設(shè)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(cè)器中樣品反射光強(qiáng)度和所述的參考光強(qiáng)度的比值采用雙光路參考法。所述入射光纖和出射光纖相互垂直。所述參考光路中光纖長(zhǎng)度和檢測(cè)光路中入射光纖長(zhǎng)度相同。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1.采取雙光路參考法，反射率的取值更加精確，檢測(cè)準(zhǔn)確度更高。2.采取單一波長(zhǎng)，消除了其他波長(zhǎng)的光對(duì)樣品的影響，使光強(qiáng)度衰減絕對(duì)值增大，辨識(shí)度更明顯。3.非金屬保護(hù)套避免了光電效應(yīng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。4.煤巖樣品 為薄層狀且表面粗糙程度一致，符合K-M函數(shù)的應(yīng)用要求，減少了漫反射對(duì)光強(qiáng)的影響。
圖1為本實(shí)用新型光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實(shí)用新型包括四個(gè)非金屬保護(hù)套a、b、c、d，非金屬保護(hù)套里面分別設(shè)置有光纖固定裝置1，非金屬保護(hù)套其中a、b兩個(gè)保護(hù)套內(nèi)部分別固定有一根光纖2作為參考光路，另外兩個(gè)保護(hù)套c、d內(nèi)部通過(guò)固定裝置3和4固定有入射光纖5和出射光纖6作為檢測(cè)光路，5和6相互垂直，每個(gè)保護(hù)套之間通過(guò)7相互連接，固定兩根光纖非金屬保護(hù)套c、d底端上方留有活動(dòng)窗口 8用來(lái)取拿煤和巖石樣品，非金屬保護(hù)套c、d底端內(nèi)部設(shè)有樣品固定裝置9，煤和巖石樣品與光線入射方向成45度夾角，四條光纖入射端連接光耦合器10，出射端連接光電探測(cè)器11，光耦合器前端連接濾光片12和光源13。本實(shí)用新型的煤巖辨識(shí)方法為:煤巖樣品分別放入非金屬保護(hù)套c和d底部端的樣品固定裝置9，半導(dǎo)體激光器13發(fā)出的光經(jīng)過(guò)濾光片12后變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)為λ的光經(jīng)過(guò)分光比為1: 4的光纖耦合器10分為光強(qiáng)度相同的四條光波，其中保護(hù)套a和b內(nèi)的兩條光波作為參考光波不做任何處理直接與光電探測(cè)器11連接，c和d保護(hù)套里面的兩條光波照射到樣品上發(fā)生漫反射效應(yīng)，一部分光反射出來(lái)，一部分光被樣品吸收，光強(qiáng)度發(fā)生了變化，反射后的光波與光電探測(cè)器11連接，經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器11測(cè)得反射光和入射光的強(qiáng)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(guò)程中的光損耗出射光強(qiáng)度分別為I1和I2，煤和巖石的反射光強(qiáng)度分別為I3和I4與參考光的強(qiáng)度做比較，取兩
次比值的平均值，得到煤的反射率R X + I/{巖石的反射率Sr...X + X更
1 2 2 2
加精確的反射率，利用貝爾卡-芒克(Kubelka-Munk)函數(shù)f = (1 _對(duì)于特定的波
長(zhǎng)，不同物質(zhì)的吸光系數(shù)K和散射系數(shù)S比值一定，利用光探測(cè)器檢測(cè)光強(qiáng)度的變化，計(jì)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I值，從而達(dá)到煤巖辨識(shí)的目的。上述各實(shí)施實(shí)例僅限于說(shuō)明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的 保護(hù) 范圍之外。
權(quán)利要求1.一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:它包括四個(gè)非金屬保護(hù)套；所述非金屬保護(hù)套里面分別設(shè)置有光纖固定裝置；所述非金屬保護(hù)套其中兩個(gè)保護(hù)套內(nèi)部固定有一根光纖，另外兩個(gè)保護(hù)套內(nèi)部固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖；每個(gè)保護(hù)套之間相互連接；所述固定兩根光纖非金屬保護(hù)套上方留有活動(dòng)窗口用來(lái)取拿煤和巖石樣品；所述固定兩根光纖的非金屬保護(hù)套底端內(nèi)部設(shè)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(cè)器；所述光耦合器前端連接濾光片和光源。
2.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述一根光纖的兩條光路作為參考光路。
3.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述入射光纖和出射光纖兩根光纖的兩條光路作為檢測(cè)光路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述光源為半導(dǎo)體激光器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述光耦合器為分光強(qiáng)度為1: 4的分光器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述非金屬保護(hù)套為長(zhǎng)方體，首尾兩端為正方形。
7.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)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。
8.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述光纖均為多模光纖。
9.如權(quán)利要求1或2所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述光電探測(cè)器中樣品反射光強(qiáng)度和所述的參考光強(qiáng)度的比值采用雙光路參考法。
10.如權(quán)利要求1所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器，其特征在于:所述入射光纖和出射光纖相互垂直。
11.如權(quán)利要求2所述的一種煤巖辨識(shí)光纖傳感器,其特征在于:所述參考光路中光纖長(zhǎng)度和檢測(cè)光 路中入射光纖長(zhǎng)度相同。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種煤巖辨識(shí)的光纖傳感器，其特征在于它包括四個(gè)非金屬保護(hù)套；保護(hù)套里面分別設(shè)置有光纖固定裝置，其中兩個(gè)保護(hù)套中固定有一根光纖作為參考光路，另外兩個(gè)保護(hù)套固定有入射光纖和出射光纖兩根光纖作為檢測(cè)光路；每個(gè)保護(hù)套之間相互連接，其中固定兩條光纖保護(hù)套上方留有活動(dòng)窗口用來(lái)取拿煤和巖石樣品，固定有兩根光纖的非金屬保護(hù)套底端內(nèi)部設(shè)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(cè)器；光耦合器前端連接濾光片和光源。
文檔編號(hào)G01N21/49GK203117105SQ201320085600
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)