CN105806544B - 一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统 - Google Patents
一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统有一个压力机框体，压力机框体顶部底面向下是液压支柱顶座、支柱活柱，支柱活柱外部是支柱外侧柱身，支柱外侧有注液阀，在支柱底部是支柱底座，在支柱柱脚面有支柱压力传感器，在其外部设有底座挡板，在支柱压力传感器一侧是FC/APC接口，光纤光缆插入FC/APC接口穿过底座挡板与Sm225解调仪连接，解调仪连接计算机，计算机、500KN压力控制台、液压机泵站连接、液压支柱上的注液阀形成串联。矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器，能够对巷道内的单体支柱来压进行随时监控，并能够及时调整，能够对单体支柱整个使用周期内沿支柱轴向来压进行测量，通过采场内广泛布置，形成一个光纤光栅传感器网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种单体液压支柱受力检测仪器，尤其是一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统。
背景技术
自从单体液压支柱上世纪八十年代引入国内后，逐渐成为煤矿井下采场、区段巷道支承压力影响区内补强支护、临时支护的重要手段。受制于采场、区段巷道顶底、板岩性、井下工作环境、煤矿安全生产等要求所限，对生产过程中顶底板来压变形、单体支柱（支架）受力缺乏长期、连续、本质安全的监测手段；另一方面，因待采工作面煤体与采空区内瓦斯连续扩散，对井下传感器类型、体积也有限制。
单体液压支柱作为控制顶板变形下沉的一种手段，支柱性能指标主要包括如下两个方面：一是单体支柱活柱的压缩量；二是通过外接尤洛卡压力表，读取单体液压支柱受力情况，这决定了液压支柱工作状态是否在安全设计量程范围内。因此，通过较大范围的布置单体液压支柱、读取支柱受力值、记录单体液压支柱活柱回缩情况，可建立起整个采场内顶板来压数据库，为巷道顶底板维护安全评价起到重要指导作用。
在单体液压支柱受力检测方面，常用的检测手段有外接机械式支柱测力计如ADJ-45型。该型测力计使用时，将其安装在支柱下方，当支柱受轴向压力作用后，测力计内部工作薄膜受压并产生微小弹性变形，借助传动杠杆将变形放大，最终通过外界百分表读数获取支柱受力。第二种液压型支柱受力检测仪是以弹性管、波纹管为测量元件，将支柱载荷转化为外接（内设）液压腔内的液压值并显示结果，主要的液压仪器有：压力表、液压测力计和液压记录仪等。上述两种液压支柱受力检测仪器受制于工作原理、仪器质量、安装效率等因素限制，并不能大面积、随机、自动的对采场、巷道内支柱所受压力进行实时观测，而机械式测力计体积大，不易于携带，现场应用中，对体力考验较大。
发明内容
为了解决目前井下液压检测仪并不能大面积、随机、自动的对采场、巷道内支柱所受压力进行实时观测,计体积大，不易于携带的问题；本发明提供一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统，该矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器，是一种新型光学式单体支柱实时无损压力传感系统，他可以实现对采场、区段巷道附近任意单体支柱进行无损、随时的实地检测，无需人工测量，完全实现自动化，且能通过测量结果对单体支柱的压力进行调整，能够对单体支柱整个使用周期内沿支柱轴向来压进行测量，通过采场内广泛布置，可形成一个光纤光栅传感器网络，验证工作面回采所造成的支承压力对巷道顶底板来压规律的影响和为灾害预警提供实时压力变化数据。该传感器安装效率高、通用性好，能够避免来压峰值过大而导致压力监测设备损坏。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统，包括：压力机框体、液压支柱顶座、支柱活柱、支柱外侧柱身、注液阀、支柱底座、支柱压力传感器、桥式增压片、橡胶体、FC/APC接口、光纤Bragg光栅、底座挡板、解调仪、计算机、压力机控制台、压力机泵站；该矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统有一个可调节高低的压力机框体，压力机框体顶部向下依次设有液压支柱顶座、支柱活柱，支柱活柱外部是与支柱活柱匹配上下滑动使用的支柱外侧柱身，在支柱外侧柱身一侧设置有注液阀并连接有压力机系统，在支柱外柱侧身底部设置有的支柱底座，在支柱柱脚面设置带有光纤Bragg光栅原件的片体支柱压力传感器，在其外部隔空设有用于稳固支柱压力传感器的底座挡板，在支柱压力传感器一侧设置有FC/APC接口，光纤光缆插入FC/APC接口穿过底座挡板与Sm225解调仪通讯端口连接，解调仪上的传输线一端连接用于检测的计算机，计算机与500KN带有尤洛卡50MPa压力表的压力控制台连接，压力机控制台通过液压液管路与液压机泵站连接，液压机泵站再与液压支柱上的注液阀连接。
所述的支柱压力传感器是一种带有光纤光栅原件的增压片体结构，它有一个圆圈型的橡胶体，在橡胶体的圆圈内，紧密固定粘接着中心向斜上方凸起45°坡面角的桥式增压片，在橡胶体内镶嵌弹性橡胶粘合的光纤Bragg光栅，在光纤Bragg光栅一端连接有FC/APC接口。
使用时，打开数据采集计算机、SM225型解调仪与液压机泵站，运行500kN压力机控制台，并将压力目标值定在1kN，使支柱压力传感器受到支柱底座垂直方向的压力作用，将支柱压力传感器与SM225型解调仪连接，读取1510nm光栅中心反射波长信号，在计算机中打开解调仪配套的MOI-software软件，软件运行后自动记录反射波长信号变化量并转化为当前压力值，通过500kN压力机控制台上的尤洛卡50MPa压力表显示数值，液压机泵站与单体支柱上的注压阀连接，500kN压力机控制台控制液压机泵站向单体支柱增加液压至适当压力值。
同时，我们能够根据此结构，对单体支柱的承压情况进行测试，对单体支柱全程的工作状态进行监控分析，同样将上述结构连接完成，观察SM225型解调仪工作状态，改变500kN压力机控制台压力值，每次压力增幅为0.1kN，直至10kN目标压力。观察压力变化时，1510nm光栅中心反射波长漂移量，并将MOI-software软件显示压力值与尤洛卡50MPa压力表数据对比。对于外注式单体液压支柱的安全阀值定在35～40MPa。最后绘制相应压力波长变化关系曲线，并对该曲线进行线性拟合，该拟合直线斜率即为压力灵敏度系数。
本发明的有益效果是：该矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器，安装完毕之后，无需人工操作，实现完全的电子自动化，它能够对巷道内的单体支柱来压进行随时监控，并能够及时进行调整，能够对单体支柱整个使用周期内沿支柱轴向来压进行测量，通过采场内广泛布置，可形成一个光纤光栅传感器网络，验证工作面回采所造成的支承压力对巷道顶底板来压规律的影响和为灾害预警提供实时压力变化数据。该传感器安装效率高、通用性好，能够避免来压峰值过大而导致压力监测设备损坏。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统结构原理示意图。
图2是支柱压力传感器结构原理示意图。
图1、2中：1.压力机框体、2.液压支柱顶座、3.支柱活柱、4.支柱外侧柱身、5.注液阀、6.支柱底座、7.支柱压力传感器、8.桥式增压片、9.橡胶体、10.FC/APC接口、11.光纤Bragg光栅、12.底座挡板、13.解调仪、14.计算机、15.压力机控制台、16.压力机泵站。
具体实施方式
在图1、2中，一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统系统，包括：压力机框体1、液压支柱顶座2、支柱活柱3、支柱外侧柱身4、注液阀5、支柱底座6、支柱压力传感器7、桥式增压片8、橡胶体9、FC/APC接口10、光纤Bragg光栅11、底座挡板12、解调仪13、计算机14、压力机控制台15、压力机泵站16；该矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统有一个可调节高低的压力机框体1，压力机框体1顶部向下依次设有液压支柱顶座2、支柱活柱3，支柱活柱3外部是与支柱活柱3匹配上下滑动使用的支柱外侧柱身4，在支柱外侧柱身4一侧设置有注液阀5并连接有压力机系统，在支柱外侧柱身4底部设置有支柱底座6，在支柱底座6下面设置带有光纤Bragg光栅11原件的片体支柱压力传感器7，在其外部隔空设有用于稳固支柱压力传感器7的底座挡板12，在支柱压力传感器7一侧设置有FC/APC接口10，光纤光缆插入FC/APC接口10穿过底座挡板12与Sm225解调仪13通讯端口连接，解调仪13上的传输线一端连接用于检测的计算机14，计算机14与500KN带有尤洛卡50MPa压力表的压力控制台15连接，压力机控制台15通过液压液管路与液压机泵站16连接，液压机泵站16再与液压支柱上的注液阀5连接。
所述的支柱压力传感器7是一种带有光纤光栅原件的增压片体结构，它有一个圆圈型的橡胶体9，在橡胶体9的圆圈内，紧密固定粘接着中心向斜上方凸起45°坡面角的桥式增压片8，在橡胶体9外围镶嵌弹性橡胶粘合的光纤Bragg光栅11，在光纤Bragg光栅11一端连接有FC/APC接口10。
使用时，打开数据采集计算机14、SM225型解调仪13与液压机泵站16，运行500kN压力机控制台15，并将压力目标值定在1kN，使支柱压力传感器7受到支柱底座垂直方向的压力作用，将支柱压力传感器7与SM225型解调仪13连接，读取1510nm光栅中心反射波长信号，在计算机14中打开解调仪13配套MOI-software软件，软件运行后自动记录反射波长信号变化量并转化为当前压力值，通过500kN压力机控制台15上的尤洛卡50MPa压力表显示数值，液压机泵站16与单体支柱上的注压阀连接，500kN压力机控制台15控制液压机泵站16向单体支柱3增加液压至适当压力值。
同时，我们能够根据此结构，对单体支柱的承压情况进行测试，对单体支柱全程的工作状态进行监控分析，同样将上述结构连接完成，观察SM225型解调仪13工作状态，改变500kN压力机控制台15压力值，每次压力增幅为0.1kN，直至10kN目标压力;观察压力变化时，1510nm光栅中心反射波长漂移量，并将MOI-software软件显示压力值与尤洛卡50MPa压力表数据对比。对于外注式单体液压支柱的安全阀值定在35～40MPa。最后绘制相应压力波长变化关系曲线，并对该曲线进行线性拟合，该拟合直线斜率即为压力灵敏度系数。
Claims (1)
1.一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统，包括：压力机框体(1)、液压支柱顶座(2)、支柱活柱(3)、支柱外侧柱身(4)、注液阀(5)、支柱底座(6)、支柱压力传感器(7)、桥式增压片(8)、橡胶体(9)、FC/APC接口(10)、光纤Bragg光栅(11)、底座挡板(12)、解调仪(13)、计算机(14)、压力机控制台(15)、压力机泵站(16)；其特征是：一种矿用随机高压无损光纤Bragg光栅单体支柱压力传感器系统有一个可调节高低的压力机框体(1)，压力机框体(1)顶部向下依次是液压支柱顶座(2)、支柱活柱(3)，支柱活柱(3)外部是与支柱活柱(3)匹配上下滑动使用的支柱外侧柱身(4)，在支柱外侧柱身(4)一侧设置有注液阀(5)并连接有压力机系统，在支柱外柱侧身(4)底部设置有支柱底座(6)，在支柱底座(6)下面设置带有光纤Bragg光栅(11)元件的片体支柱压力传感器(7)，在其外部隔空设有底座挡板(12)，在支柱压力传感器(7)一侧设置有FC/APC接口(10)，光纤光缆插入FC/APC接口(10)穿过底座挡板(12)与解调仪(13)通讯端口连接，解调仪(13)上的传输线一端连接计算机(14)，计算机(14)与500KN带有尤洛卡50MPa压力表的压力控制台(15)连接，压力机控制台(15)另一侧通过液压液管路与液压机泵站(16)连接，液压机泵站(16)再与液压支柱上的注液阀(5)连接；支柱压力传感器(7)是一种带有光纤Bragg光栅(11)元件的增压片体结构，它有一个圆圈型的橡胶体(9)，在橡胶体(9)的圆圈内，紧密固定粘接着中心向斜上方凸起45°坡面角的桥式增压片(8)，在橡胶体(9)外围镶嵌弹性橡胶粘合的光纤Bragg光栅(11)，在光纤Bragg光栅(11)一端连接有FC/APC接口(10)。
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