專利名稱：一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)。
背景技術(shù)：
煤礦井下作業(yè)是高危險(xiǎn)環(huán)境作業(yè)，在采掘工作面經(jīng)常發(fā)生冒頂事故。在事故發(fā)生前往往有比較明顯的預(yù)兆，井下有經(jīng)驗(yàn)的工人可以通過(guò)煤層發(fā)出的聲音來(lái)判斷冒頂或煤與瓦斯突出前的征兆。在實(shí)際應(yīng)用中，錨桿受力監(jiān)測(cè)器是感應(yīng)煤礦井下巖體變化預(yù)判事故的
重要工具。在礦井中，錨桿受力監(jiān)測(cè)經(jīng)常采用傳統(tǒng)的電類傳感器，這種傳感器的技術(shù)比較成熟，精度也比較高，但由于使用的環(huán)境惡劣，對(duì)傳感器的抗潮、抗腐等特性要求嚴(yán)格，同時(shí)電類傳感器使用電信號(hào)作為傳輸信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生微弱的電火花，當(dāng)?shù)V井中瓦斯?jié)舛雀叩揭欢ǔ潭鹊臅r(shí)候，有可能會(huì)引起瓦斯的爆炸，影響礦井的安全。相比較電信號(hào)傳感器，使用光纖光柵傳感器有如下優(yōu)點(diǎn):I)光纖光柵使用的是光信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生電火花，所以在礦井使用時(shí)會(huì)比電信號(hào)的傳感器有更好的安全性；2)光纖光柵傳感器在井下使用光纜連接，不使用電源，從而避免因電源干擾產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息；3)光纖光柵傳感器屬于波長(zhǎng)調(diào)制型非線性作用的光纖傳感器。通過(guò)待測(cè)量調(diào)制入射光束的波長(zhǎng)，測(cè)量反射光的波長(zhǎng)變化進(jìn)行檢測(cè)。由于波長(zhǎng)是一個(gè)絕對(duì)參數(shù)，不受總體光強(qiáng)水平、連接光纖及耦合損耗或者光源能量的影響，因此比其他的方式更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。由于光纖光柵傳感器具有以上電類傳感器無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，正逐步引起人們的廣泛關(guān)注。專利201210224224.1設(shè)計(jì)了一種光纖光柵測(cè)力錨桿，安裝方便、易于操作，并且光纖光柵應(yīng)變傳感器與錨桿是一一對(duì)應(yīng)固定關(guān)系，在施工過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)傳感器受損，不能中途拆卸。專利201220191054.7設(shè)計(jì)了一種光纖光柵錨桿測(cè)力傳感器，首先將光纖光柵封裝在受力彈性體的凹槽內(nèi)，再將光纖光柵的尾纖與保護(hù)光纜連接后固定在光纜保護(hù)接頭上，光纜保護(hù)接頭螺紋連接在光纜固定基座上，光纜固定基座通過(guò)螺紋固定在受力彈性體上。在施工現(xiàn)場(chǎng)先將錨桿連接頭焊接在錨桿上，然后通過(guò)錨桿連接筒與受力彈性體螺絲固定在一起，故導(dǎo)致安裝過(guò)程容易出現(xiàn)火花，影響礦井的安全。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種能在施工現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)捷安裝于錨桿上，在傳感器出現(xiàn)受損時(shí)快速更換，可重復(fù)使用的同時(shí)盡量減少傳感器的使用數(shù)量的具有溫度自補(bǔ)償功能的光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案:本實(shí)用新型包括具有上沿和下沿的彈性受力軸、固定設(shè)置于所述彈性受力軸中上部的溫補(bǔ)光纖光柵、固定設(shè)置于所述彈性受力軸中部的測(cè)試光纖光柵、設(shè)置于所述彈性受力軸中間的通孔以及固定連接于所述彈性受力軸外側(cè)的設(shè)置有光纜輸出口的保護(hù)套筒。本實(shí)用新型所述溫補(bǔ)光纖光柵和測(cè)試光纖光柵是焊接于所述彈性受力軸上。本實(shí)用新型所述溫補(bǔ)光纖光柵和測(cè)試光纖光柵為同一根光纖上制作的兩個(gè)柵區(qū)，其尾纖外側(cè)包置有保護(hù)光纜。本實(shí)用新型所述上沿為平臺(tái)，所述下沿為內(nèi)臺(tái)小于外臺(tái)的階梯臺(tái)；所述保護(hù)套筒的厚度與所述下沿的內(nèi)臺(tái)和外臺(tái)的差值相同；所述的保護(hù)套筒通過(guò)螺絲固定連接于所述下沿的內(nèi)臺(tái)外側(cè)。本實(shí)用新型所述下沿的內(nèi)臺(tái)上與所述光纜輸出口相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有用于卡置和保護(hù)所述溫補(bǔ)光纖光柵和測(cè)試光纖光柵尾纖的凹槽。本實(shí)用新型所述保護(hù)套筒與所述彈性受力軸的對(duì)接處通過(guò)環(huán)氧樹脂M-BondeiO密封。本實(shí)用新型的積極效果:本實(shí)用新型的溫補(bǔ)光纖光柵固定設(shè)置于彈性受力軸的中上部，測(cè)試光纖光柵固定設(shè)置于彈性受力軸的中部，溫補(bǔ)光纖光柵用于補(bǔ)償由于溫度影響導(dǎo)致的波長(zhǎng)偏移，測(cè)試光纖光柵用于測(cè)量錨桿的受力情況；本實(shí)用新型具有溫度自補(bǔ)償功能，減少了傳感器的安裝數(shù)量。本實(shí)用新型的溫補(bǔ)光纖光柵和測(cè)試光纖光柵通過(guò)金屬化焊接固定于所述彈性受力軸上，可以避免膠粘導(dǎo)致波長(zhǎng)蠕變的缺陷，使測(cè)量更準(zhǔn)確、穩(wěn)定。本實(shí)用新型的所述溫補(bǔ)光纖光柵與測(cè)試光纖光柵為同一根光纖上制作的兩個(gè)柵區(qū)，方便尾纖的保護(hù)與輸出。本實(shí)用新型的中間設(shè)置有通孔，安裝時(shí)可以將本實(shí)用新型直接套裝在錨桿上，非常簡(jiǎn)捷；如果發(fā)現(xiàn)傳感器出現(xiàn)異常，可以快速將其更換。如果在錨桿安全監(jiān)測(cè)結(jié)束后，沒(méi)有發(fā)生損壞，可以拆下來(lái)重復(fù)利用。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)在一根光纜上可以串接數(shù)十個(gè)光纖光柵傳感器，在巷道中危險(xiǎn)操作面等需要的部位可以密集的安裝，因此在任何部位發(fā)生異?，F(xiàn)象，都能及時(shí)傳輸?shù)骄?，這樣就可及時(shí)通知井下所有礦工立即撤離，從而保障了礦工們的生命安全。本實(shí)用新型的彈性受力軸外側(cè)設(shè)置有保護(hù)套筒，用來(lái)保護(hù)光柵不被損傷，同時(shí)也起到防塵、防滲的密封作用；保護(hù)套筒的厚度與彈性受力軸下沿的內(nèi)臺(tái)和外臺(tái)的差值相同并通過(guò)螺絲固定連接于下沿內(nèi)臺(tái)的外側(cè)，可進(jìn)一步增加密封性；保護(hù)套筒與彈性受力軸固定后，用環(huán)氧樹脂M-BondeiO對(duì)連接處進(jìn)行密封，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防塵、防滲的作用。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的剖視示意圖；圖3為本實(shí)用新型的去掉保護(hù)套筒后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖；在附圖中，I彈性受力軸、2溫補(bǔ)光纖光柵、3測(cè)試光纖光柵、4通孔、5光纜輸出口、6保護(hù)套筒、7保護(hù)光纜、8螺絲、9上沿、10下沿、11凹槽、12錨桿、13尾部托盤、14厚螺母。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施例:如圖f 4，本實(shí)用新型包括彈性受力軸1，在彈性受力軸I的中上部固定有溫補(bǔ)光纖光柵2、測(cè)試光纖光柵3，所述的溫補(bǔ)光纖光柵2和測(cè)試光纖光柵3是通過(guò)金屬化焊接固定于所述彈性受力軸I上，這樣可以避免膠粘導(dǎo)致波長(zhǎng)蠕變的缺陷，使測(cè)量更準(zhǔn)確、穩(wěn)定。所述的彈性受力軸I中間有一個(gè)通孔4，能夠直接套裝于錨桿12上。所述彈性受力軸I設(shè)置有上沿9和下沿10;所述上沿9為平臺(tái)，所述下沿10為內(nèi)臺(tái)小于外臺(tái)的階梯臺(tái)；所述保護(hù)套筒6的厚度與所述下沿10的內(nèi)臺(tái)和外臺(tái)的差值相同；所述下沿10的內(nèi)臺(tái)上與所述光纜輸出口 5相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有用于卡置和保護(hù)所述溫補(bǔ)光纖光柵2和測(cè)試光纖光柵3尾纖的凹槽11。所述的彈性受力軸I設(shè)置有保護(hù)套筒6，所述的保護(hù)套筒6通過(guò)螺絲8固定連接于所述下沿10的內(nèi)臺(tái)外側(cè)，用來(lái)保護(hù)光柵不被損傷，同時(shí)也起到防塵、防滲的密封作用；所述的保護(hù)套筒6與彈性受力軸I固定后，用環(huán)氧樹脂M-BondeiO對(duì)連接處進(jìn)行密封，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防塵、防滲的作用。所述的溫補(bǔ)光纖光柵2和測(cè)試光纖光柵3的尾纖用保護(hù)光纜7保護(hù)，所述的保護(hù)光纜7通過(guò)所述保護(hù)套筒6下方的邊長(zhǎng)為3mm的光纜輸出口 5輸出，進(jìn)入傳輸光纜網(wǎng)到達(dá)監(jiān)測(cè)中心。本實(shí)施例中所述的溫補(bǔ)光纖光柵2和測(cè)試光纖光柵3的中心波長(zhǎng)的選擇要根據(jù)所使用的光纖光柵分析儀的波長(zhǎng)測(cè)量范圍、波長(zhǎng)分辨率等參數(shù)進(jìn)行選擇，并把光纖光柵的尾纖用保護(hù)光纜7進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)光纜輸出口進(jìn)行輸出與固定，進(jìn)入傳輸光纜網(wǎng)到達(dá)監(jiān)測(cè)中心。本實(shí)施例的使用方法:使用錨桿12支護(hù)時(shí)，先將錨桿12打入圍巖預(yù)先鉆好的孔中，利用其頭部、桿體的特殊構(gòu)造和尾部托盤13，將圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合在一起，以達(dá)到支護(hù)的目的。在本實(shí)施例中錨桿采用山東同瑞礦業(yè)科技有限公司的TRY-B預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿固定后，將本實(shí)施例的光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)套裝于所述錨桿尾部托盤13后邊，再用錨桿自帶的厚螺母14將其牢牢固定。如果礦井的直接頂板與老頂發(fā)生脫離，就會(huì)使本實(shí)施例的光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)的彈性受力體I發(fā)生形變，進(jìn)而帶動(dòng)測(cè)試光纖光柵3發(fā)生形變，通過(guò)監(jiān)控中心的光纖光柵分析儀讀取測(cè)試光纖光柵3的中心波長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化為彈性受力軸的形變，進(jìn)而測(cè)出錨桿所受力。測(cè)試光纖光柵為本研究所研制的光纖光柵，中心波長(zhǎng)為1556.298nm，反射率為95%，3dB帶寬為0.213nm，邊模抑制比為16dB。本實(shí)施例的光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)配置有溫補(bǔ)光纖光柵2，在錨桿受力監(jiān)測(cè)時(shí)具有溫度自補(bǔ)償功能，從而能夠減少傳感器的安裝數(shù)量。溫補(bǔ)光纖光柵的中心波長(zhǎng)為1537.126nm，反射率為95%，3dB帶寬為0.2nm，邊模抑制比為16dB。本實(shí)施例的光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)安裝、拆卸容易，可以減少施工的工作量；在監(jiān)測(cè)結(jié)束后，如果沒(méi)有發(fā)生冒頂或其他事故，測(cè)力計(jì)可以拆下來(lái)，達(dá)到重復(fù)使用的效果。
權(quán)利要求1.一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于其包括具有上沿(9)和下沿(10)的彈性受力軸(I)、固定設(shè)置于所述彈性受力軸(I)中上部的溫補(bǔ)光纖光柵(2)、固定設(shè)置于所述彈性受力軸(I)中部的測(cè)試光纖光柵(3)、設(shè)置于所述彈性受力軸(I)中間的通孔(4)以及固定連接于所述彈性受力軸(I)外側(cè)的設(shè)置有光纜輸出口(5)的保護(hù)套筒(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于所述溫補(bǔ)光纖光柵(2)和測(cè)試光纖光柵(3)是焊接于所述彈性受力軸(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于所述溫補(bǔ)光纖光柵(2)和測(cè)試光纖光柵(3)為同一根光纖上制作的兩個(gè)柵區(qū)，其尾纖外側(cè)包置有保護(hù)光纜(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中的任意一項(xiàng)所述的一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于所述上沿(9)為平臺(tái)，所述下沿(10)為內(nèi)臺(tái)小于外臺(tái)的階梯臺(tái)；所述保護(hù)套筒(6)的厚度與所述下沿(10)的內(nèi)臺(tái)和外臺(tái)的差值相同；所述的保護(hù)套筒(6)通過(guò)螺絲(8)固定連接于所述下沿(10)的內(nèi)臺(tái)外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于所述下沿(10)的內(nèi)臺(tái)上與所述光纜輸出口(5)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有用于卡置和保護(hù)所述溫補(bǔ)光纖光柵(2)和測(cè)試光纖光柵(3 )尾纖的凹槽(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其特征在于所述保護(hù)套筒(6)與所述彈性受力軸(I)的對(duì)接 處通過(guò)環(huán)氧樹脂M-Bond610密封。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖光柵錨桿測(cè)力計(jì)，其包括具有上沿和下沿的彈性受力軸、固定設(shè)置于所述彈性受力軸中上部的溫補(bǔ)光纖光柵、固定設(shè)置于所述彈性受力軸中部的測(cè)試光纖光柵、設(shè)置于所述彈性受力軸中間的通孔以及固定連接于所述彈性受力軸外側(cè)的設(shè)置有光纜輸出口的保護(hù)套筒。本實(shí)用新型能在施工現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)捷安裝于錨桿上，在傳感器出現(xiàn)受損時(shí)快速更換，可重復(fù)使用，可減少傳感器的使用數(shù)量并具有溫度自補(bǔ)償功能。
文檔編號(hào)G01L1/24GK203163915SQ201320168249
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者王廣祥, 文繼華, 朱月紅, 亢俊健 申請(qǐng)人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院