[发明专利]可扩张式光纤光栅应变传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可扩张式光纤光栅应变传感器。

背景技术

煤矿井下作业是高危险环境作业，在采掘工作面经常发生冒顶和煤与瓦斯突出事故。在这些事故发生前往往有比较明显的预兆，井下有经验的工人可以通过煤层发出的声音来判断冒顶或煤与瓦斯突出前的征兆。

目前在矿井中使用的主要是使用电信号的传感器，这种传感器现在比较成熟，精度也比较高，但是因为它使用电信号作为传输信号，会产生微弱的电火花，当矿井中瓦斯浓度高到一定程度的时候，有可能会引起瓦斯的爆炸，影响矿井的安全。

相比较电信号的传感器，使用光纤光栅传感器有如下优点：

1）光纤光栅使用的是光信号，不会产生电火花，所以在矿井使用时会比电信号的传感器有更好的安全性

2）光纤光栅传感器在井下使用光缆连接，不使用电源，从而避免因电源干扰产生的错误信息

3）在一根光缆上可以串接数十个光纤光栅传感器，在巷道中危险操作面等需要的部位可以密集的安装，因此在任何部位发生异常现象，都能及时传输到井上，这样就可及时通知井下所有矿工立即撤离，从而保障了矿工们的生命安全

4）光纤光栅传感器属于波长调制型非线性作用的光纤传感器。通过待测量调制入射光束的波长，测量反射光的波长变化进行检测。由于波长是一个绝对参数，不受总体光强水平、连接光纤及耦合器处的损耗或者光源能量的影响，因此比其他的方式更加稳定、准确。

在对钢筋混凝土等结构的检测中，以前是利用电阻应变计进行应变检测。但是由于电阻应变计的诸多缺点，例如容易受电磁信号干扰、受外界环境腐蚀、埋入工艺复杂、寿命短、导线埋入数量多等，所以使其无法满足实时、在线的机构监测要求。近年来，很多地方使用光纤光栅替代电阻应变计，将光纤光栅埋入到混凝土结构中来监测应变。但是光纤光栅非常细，抗剪切能力差，单独将它埋入到混凝土等结构中非常困难，所以一般是将裸光栅粘贴在受力钢筋、结构表面或者采用其他的特殊方式封装光纤光栅后埋入混凝土。

在国际上光纤光栅传感器的主流封装方式为表面粘贴式和细径管保护式。英国的Smart Fibers公司将FBG（布拉格光纤光栅）粘在胶基板上；瑞士的Smartec公司通过管式封装补偿温度的影响；Whelan等将FBG封装在钢管中两端固定在大理石板上，监测意大利Como湖畔的大教堂。

在国内，周智博士等开发了不锈钢毛细管式封装光纤光栅传感器；李东生等将光纤光栅封装在有机玻璃上对同样是有机玻璃的模型进行了测试。

目前现有的光纤光栅应变传感器，大致采用如下几种方式实现测量：（1）把光纤光栅传感器预先埋藏到待测物体中；（2）把光纤光栅传感器粘贴到待测物体表面；（3）使用螺钉等方式把传感器固定到待测物体表面。

在用于监测桥梁、公路等时，可以在公路或者桥梁建设阶段，把光纤光栅传感器预先埋在公路或者桥梁的合适位置，从而实现桥梁等的长期监测。这种方式可以在不影响本体性能的情况下较为准确的测量应变、温度等值。

在矿山或者围岩检测中以上几种安装方式会受检测条件的局限，无法发挥光纤光栅传感器的优势。

这主要是因为：

（1）在用于矿山监测时，不可能像桥梁一样，在新建桥梁的铺设阶段，在桥面预先埋设光纤光栅传感器，作为后期的传感器件；

（2）在围岩、矿山上打孔，孔的尺寸不可能非常准确，孔内壁非常不平滑，不可能用胶直接粘贴在孔内壁；

（3）为了不影响矿山的性能，打孔直径要尽量小、长度要尽量短，这也限制了螺钉等光纤光栅传感器的固定方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于矿山、围岩监测且测量结果精确可靠的可扩张式光纤光栅应变传感器。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

本发明包括固定座、穿置在固定座上的中心杆、通过铰连轴设置在中心杆上的相互铰连的两个固定侧板、通过铰连轴分别与两个固定侧板铰连的两个滑动侧板、套装在中心杆上的调节杆、设置在固定侧板和滑动侧板间的上下两个顶板以及设置在两个滑动侧板上的光纤光栅，所述的两个滑动侧板通过铰连轴相铰连，所述的两个固定侧板和滑动侧板呈菱形设置，所述的两个固定侧板的铰连轴固定在中心杆上的固定孔中，所述调节杆的一端与两个滑动侧板的铰连轴相铰连，所述的铰连轴设置在中心杆上的滑槽中，推动固定座，调节杆在中心杆上移动，铰连轴在滑槽中移动，两个滑动侧板带动两个顶板上下移动，所述的光纤光栅设置在滑动侧板侧面的凹槽内。

所述的顶板设置在铰连轴上。

所述的固定座上设置有固定孔。

本发明的积极效果如下：