[发明专利]一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置，包括安装单元和测量单元，安装单元包括第一托盘、第二托盘、第一空心杆、第二空心杆和光纤准直器；测量单元包括依次连接的波长扫描光源、第一光纤耦合器和第三光纤耦合器，还包括依次连接的第二光纤光栅、第一光纤光栅、第二光纤耦合器、第二光电探测器、A/D转换器和计算机。本发明的非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置及方法提高了被保护层膨胀变形量测量的便利性、精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，特别是涉及一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置及方法。

背景技术

在煤层开采过程中，当开采保护层后，被保护层由于开采扰动产生膨胀变形，致使煤层卸压，从而吸附态瓦斯解吸成游离态，达到煤层的区域消突效果，《防止煤与瓦斯突出规定》中提出：如果被保护层的最大膨胀变形量大于千分之三，则检验和考察结果可适用于其他区域的同一保护层和被保护层；否则，应当对每个预计的被保护区域进行区域措施效果检验。由此可见，对被保护层膨胀变形量的测量，仍然是被保护层区域消突效果的考察指标之一。

目前，对被保护层的膨胀变形量的测量，普遍都采用接触式的测量方法。其测量原理为：在煤层的顶板及底板布置位移测量装置，记录顶底板产生的相对位移，从而得出膨胀变形量。这种测量方法材料消耗量大，安装过程较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高被保护层膨胀变形量测量的便利性、精度和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置，包括安装单元和测量单元，所述安装单元包括第一托盘、第二托盘、第一空心杆、第二空心杆和光纤准直器，所述第一托盘和所述第二托盘分别套设在所述第一空心杆上，所述第二空心杆一端与所述第二托盘远离所述第一托盘的一端连接，所述第二空心杆一端套入所述第一空心杆；所述光纤准直器设置在所述第一托盘上，所述光纤准直器的光纤穿过所述第一空心杆和所述第二空心杆；所述测量单元包括依次光路连接的波长扫描光源、第一光纤耦合器和第三光纤耦合器，还包括依次光路连接的第二光纤光栅、第一光纤光栅、第二光纤耦合器、第二光电探测器、A/D转换器和计算机，所述第二光纤耦合器与所述第一光电探测器光路连接，所述第三光纤耦合器、第一光电探测器及所述A/D转换器依次连接，所述第三光纤耦合器与所述光纤连接。

优选的，所述波长扫描光源替换为自发辐射光源和可调谐光纤滤波器，所述自发辐射光源与所述可调谐光纤滤波器连接，所述可调谐光纤滤波器与所述第一光纤耦合器连接。

优选的，所述安装单元为若干个，所述测量单元为一个，每一个所述安装单元中的所述光纤均与所述第二光纤耦合器连接。

优选的，所述第一托盘与所述第二托盘之间设置有若干个弹簧，每个所述弹簧均一端与所述第一托盘焊接、另一端与所述第二托盘焊接。

优选的，所述第一空心杆一端的另一端与所述第一托盘焊接。

本发明还提供一种非接触式测量被保护层膨胀变形量的方法，基于上述的非接触式测量被保护层膨胀变形量的装置，包括以下步骤：

(1)在被保护层中挖顶端开口或底端开口的孔，使每个安装单元中的第一铁盘紧贴所述孔的开口；

(2)开启波长扫描光源，所述波长扫描光源发出的光经第一光纤耦合器后分成两束光，其中一束光通过所述第二光纤耦合器依次进入第一光纤光栅和第二光纤光栅，所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长不同，所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的反射光由所述第二光线探测器探测，另一束光通过第三光纤耦合器进入到光纤准直器发生透射和反射，透射过所述光纤准直器的光射到孔的底部，再反射回所述光纤准直器中；