[实用新型]一种光纤光栅锚杆测力计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅锚杆测力计。

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事故。在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。在实际应用中，锚杆受力监测器是感应煤矿井下岩体变化预判事故的重要工具。

在矿井中，锚杆受力监测经常采用传统的电类传感器，这种传感器的技术比较成熟，精度也比较高，但由于使用的环境恶劣，对传感器的抗潮、抗腐等特性要求严格，同时电类传感器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）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。

由于光纤光栅传感器具有以上电类传感器无法替代的优势，正逐步引起人们的广泛关注。专利201210224224.1设计了一种光纤光栅测力锚杆，安装方便、易于操作，并且光纤光栅应变传感器与锚杆是一一对应固定关系，在施工过程中如果发现传感器受损，不能中途拆卸。专利201220191054.7设计了一种光纤光栅锚杆测力传感器，首先将光纤光栅封装在受力弹性体的凹槽内，再将光纤光栅的尾纤与保护光缆连接后固定在光缆保护接头上，光缆保护接头螺纹连接在光缆固定基座上，光缆固定基座通过螺纹固定在受力弹性体上。在施工现场先将锚杆连接头焊接在锚杆上，然后通过锚杆连接筒与受力弹性体螺丝固定在一起，故导致安装过程容易出现火花，影响矿井的安全。

发明内容

本实用新型提供了一种能在施工现场简捷安装于锚杆上，在传感器出现受损时快速更换，可重复使用的同时尽量减少传感器的使用数量的具有温度自补偿功能的光纤光栅锚杆测力计。

本实用新型的技术方案：

本实用新型包括具有上沿和下沿的弹性受力轴、固定设置于所述弹性受力轴中上部的温补光纤光栅、固定设置于所述弹性受力轴中部的测试光纤光栅、设置于所述弹性受力轴中间的通孔以及固定连接于所述弹性受力轴外侧的设置有光缆输出口的保护套筒。

本实用新型所述温补光纤光栅和测试光纤光栅是焊接于所述弹性受力轴上。

本实用新型所述温补光纤光栅和测试光纤光栅为同一根光纤上制作的两个栅区，其尾纤外侧包置有保护光缆。

本实用新型所述上沿为平台，所述下沿为内台小于外台的阶梯台；所述保护套筒的厚度与所述下沿的内台和外台的差值相同；所述的保护套筒通过螺丝固定连接于所述下沿的内台外侧。

本实用新型所述下沿的内台上与所述光缆输出口相对应的位置设置有用于卡置和保护所述温补光纤光栅和测试光纤光栅尾纤的凹槽。

本实用新型所述保护套筒与所述弹性受力轴的对接处通过环氧树脂M-Bond610密封。

本实用新型的积极效果：

本实用新型的温补光纤光栅固定设置于弹性受力轴的中上部，测试光纤光栅固定设置于弹性受力轴的中部，温补光纤光栅用于补偿由于温度影响导致的波长偏移，测试光纤光栅用于测量锚杆的受力情况；本实用新型具有温度自补偿功能，减少了传感器的安装数量。

本实用新型的温补光纤光栅和测试光纤光栅通过金属化焊接固定于所述弹性受力轴上，可以避免胶粘导致波长蠕变的缺陷，使测量更准确、稳定。

本实用新型的所述温补光纤光栅与测试光纤光栅为同一根光纤上制作的两个栅区，方便尾纤的保护与输出。

本实用新型的中间设置有通孔，安装时可以将本实用新型直接套装在锚杆上，非常简捷；如果发现传感器出现异常，可以快速将其更换。如果在锚杆安全监测结束后，没有发生损坏，可以拆下来重复利用。

本实用新型可以实现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。