[发明专利]一种光纤光栅复合结构的煤岩界面稳定性测量装置

说明书

本发明涉及一种光纤光栅复合结构的煤岩界面稳定性测量装置，涉及：轴向压力计、锚杆、光纤光栅应变传感器、光纤光栅应变片、外接光缆保护壳、光缆、光电探测器和光纤光栅解调仪。轴向压力计包括压力弹片、光纤光栅应变片、压力传递柱，当压力弹片收到轴向压力时通过压力弹片将压力通过压力传递柱传递到光纤光栅应变片，四个串联的光纤光栅应变片通过串联接入锚杆的第一光纤通道。锚杆四周装有四根光纤，每根光纤接入七个光纤光栅应变传感器，感知周围应变，四根光纤与外部光缆通过法兰在外接光缆保护壳中连接，压力信号通过光缆经光电探测器输入光纤光栅解调仪进行解调，实时监测煤岩界面稳定性。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感技术领域，更具体地说，涉及一种光纤光栅复合结构的煤岩界面稳定性测量装置。

背景技术

光纤光栅本质上是对光纤纤芯折射率周期性调制而形成的一种无源滤波器。光纤布拉格光栅具有以下优点：抗电磁干扰能力强，光纤在传输过程中不会受到电磁波的干扰；体积小，光纤光栅兼容于光纤；传输距离远、精度高，光纤光栅测量精度不受光强的影响，具有易于组网测量与集成等特点，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

煤炭资源作为我国能源生产和供应体系战略的一个重要组成部分，为我国工业的长足发展做出了巨大贡献。《中国能源大数据报告(2019)》近十年能源消费数据表明：煤炭资源目前占比仍然可达到我国一次能源消费总量的60%以上。煤矿作为煤炭资源最大的开采单位，其安全事故带来的经济损失数以亿计，因此对于引起塌方事故的煤岩界面稳定性检测尤为重要。

锚杆广泛应用于煤巷支护、边坡加固、隧道支护等岩土工程领域，对其进行受力监测，对改进施工技术、优化设计参数有重要意义，但传统的锚杆由于分布地质复杂，存在轴向应力与周围应力的交叉敏感等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种光纤光栅复合结构的煤岩界面稳定性测量装置，具有区分多方向应变、便于拆卸、测量精度高，抗干扰能力强等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光纤光栅复合结构的煤岩界面稳定性测量装置，包括：

轴向压力计，轴向压力计为柱状盒体，一侧底面中心固定连接一光纤支撑机构的一端，光纤支撑机构为柱状体，外侧边缘对称设置4个容纳光纤的光纤槽，4个光纤槽内部分别容纳第一光纤F1、第二光纤F2、第三光纤F3及第四光纤F4；第一光纤F1、第二光纤F2、第三光纤F3及第四光纤F4上的指定位置分别接入多个光纤光栅应变传感器；其中，轴向压力计包括设置于一盒体内的压力弹片、压力传递柱、光纤光栅固定柱和四个光纤光栅应变片，压力弹片封闭盒体一侧开口，四个光纤光栅应变片在盒体内依序呈90°放置，每一光纤光栅应变片连接两个光纤光栅固定柱的一端，光纤光栅固定柱的另一端固定于盒体底部，以实现光纤光栅应变片的固定；压力传递柱设置在压力弹片与光纤光栅应变片之间，且与压力弹片固定连接；盒体底部设置设配光纤支撑机构截面的通孔，以使光纤支撑机构伸入盒体内部进行固定，同时四个光纤光栅应变片通过串联接入第一光纤F1；

光纤支撑机构的另一端连接外接光缆保护壳，第一光纤F1、第二光纤F2、第三光纤F3及第四光纤F4穿入外接光缆保护壳，在外接光缆保护壳内通过法兰连接至外部光缆的一端，外部光缆的另一端通过光电探测器连接至光纤光栅解调仪。