CN216816719U - 一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型采用的技术方案是：一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，包括多节相同的风速测定装置，所述风速测定装置为两端开口的盒体结构；所述风速测定装置两端分别与相邻的风速测定装置的端部铰接；所述风速测定装置表面设置有测风通孔组；所述测风通孔组包括两个且同轴设置的测风通孔；所述风速测定装置内部设置有轻质风扇；所述轻质风扇位于同组的两个测风通孔之间且与所述的两个测风通孔同轴设置；还包括测量光纤，所述测量光纤依次穿过所有的风速测定装置；所述测量光纤的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤与轻质风扇的盘形凸轮相接触。本实用新型测量精度高、可实现多点测量且持续时间长。

Description

一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置

技术领域

本实用新型属于采矿工程技术领域，具体涉及一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置。

背景技术

矿山通风系统测定是矿山安全生产的一项重要内容。测定矿山井巷风量时，目前应用较为普遍的方法仍是走线法。走线法一般是采用人手持翼式风表沿一定线路匀速移动，且在单位时间内走完既定线路，记录风表数值变化，巷道平均风速为风表数值再加以相应的计算公式修正。

实际测定中，由于人的主观因素，手持风表所走线路轨迹及速度均不相同，风表也不能保持始终垂直于风流测风，加之测定时人体截面积对风流流速的干扰，实际测定出的巷道风速存在较大误差。另外，矿山实际生产中即便是同一巷道的风速值在短期内也常处于波动状态，在矿山不同的生产阶段其风量值更是完全不同。因此科学准确的监测同一巷道在不同生产时期的风速值变化情况对于矿井通风系统的研究具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，测量精度高、可实现多点测量且持续时间长。

本实用新型采用的技术方案是：一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，包括多节相同的风速测定装置，所述风速测定装置为两端开口的盒体结构；所述风速测定装置两端分别与相邻的风速测定装置的端部铰接；所述风速测定装置表面设置有测风通孔组；所述测风通孔组包括两个且同轴设置的测风通孔；所述风速测定装置内部设置有轻质风扇；所述轻质风扇位于同组的两个测风通孔之间且与所述的两个测风通孔同轴设置；还包括测量光纤，所述测量光纤依次穿过所有的风速测定装置；所述测量光纤的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤与轻质风扇的盘形凸轮相接触。

上述技术方案中，还包括温补光纤，所述温补光纤依次穿过所有的风速测定装置；所述温补光纤的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤不与轻质风扇相接触。

上述技术方案中，所述风速测定装置的两端对称设置有铰接头，所述铰接头用于实现两个相邻的风速测定装置的端部活动铰接。

上述技术方案中，所述测量光纤和温度补偿光纤对应划分为多个测段，每个测段各自保持独立；测量光纤的每个测段设置有一个测量光纤刻强光栅，温补光纤每个测段设置有一个温补光纤刻强光栅；所述测量光纤刻强光栅和温补光纤刻强光栅设置于同一轴线上；每一测段的测量光纤两端均采用光纤头封接用的低温玻璃固定和张紧。

上述技术方案中，所述温补光纤粘贴在与测量光纤-轻质风扇不会接触到的风速测定装置内壳上。

上述技术方案中，风速测定装置外表面设置有每个测风通孔对应配合的遮挡装置；所述遮挡装置包括滑钮-遮挡滑盖-滑槽；所述滑槽设置于测风通孔一侧的风速测定装置外表面，所述滑钮设置于活动卡设于滑槽内；所述遮挡滑盖的边缘与滑钮固定连接；所述遮挡滑盖的面积大于测风通孔的面积；当滑钮在外力控制下在滑动至滑槽一端时遮挡滑盖完全不接触测风通孔，当滑钮在外力控制下在滑动至滑槽另一端时遮挡滑盖完全覆盖测风通孔。

上述技术方案中，位于相邻两个风速测定装置铰接处的测量光纤和温度补偿光纤均采用芳纶丝-缆皮保护。

上述技术方案中，所述测量光纤与轻质风扇的扇叶同轴相连的盘形凸轮低端相切，所述盘形凸轮为玻璃材质。

上述技术方案中，巷道中的测风断面处设置有金属支架；所述金属支架为栅格式结构；所述风速测定装置内设置有固定板；所述低温玻璃安装于固定板上；所述固定板内置有磁铁；所述风速测定装置通过磁铁吸附于金属支架上。

本实用新型的有益效果是：相较于现在常用的井巷风速测定设备而言，该装置在进行风速测定时排除了由人的因素而引起的干扰，提高了风速测定方法的精度。由于以往光纤传感装置都是将光纤粘贴在等强度应变梁上，再设计不同的传动机构使应变梁发生形变。而传动机构的增加必然会引起装置精度下降。本装置测量光纤类似琴弦的布置方式，大大减少了以往光纤传感器中较多的传动结构这一问题，进一步提高了测定精度；同时轻质叶片对于风流流动较为敏感，也增大了测定量程。

采用光纤光栅传感的测量方式，由于光纤本身由石英玻璃组成，相较于传统金属传感器更适用于井下巷道内存在的高气温-高湿度-高粉尘等恶劣环境。而光纤传感的高灵敏性，亦提高了风速测定设备的精度。

搭建好金属支架后，该装置可以通过改变磁吸的位置和节之间折叠展开的角度按需调整测点的位置，更为方便。

与光栅解调仪连接完成后，后续的测定过程无需人员参与，测定时间也大大延长。故能科学准确的监测同一巷道在不同生产时期的风速值变化情况，对于矿井通风系统的研究具有重要意义

附图说明

图1为本发明的实施例中提供的金属支架的结构示意图

图2为本发明的实施例中提供的可折叠测定装置的单节结构示意图。

图3为本发明的实施例中提供的可折叠测定装置的局部结构示意图。

图4为本发明的实施例中提供的一种应用于巷道中的强光栅风速测定装置铺装的最终效果图。

其中：1-轻质风扇；2-盘形凸轮；3-测量光纤；4-温补光纤；5-温补光纤刻强光栅；6-测量光纤刻强光栅；7-低温玻璃；8-固定板；9-滑钮；10-圆遮挡滑盖；11-滑槽；12-铰接头；13-金属支架，14-风速测定装置,15-光纤光栅解调仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，其具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤良好的兼容性等优点，已广泛应用于光纤传感领域。

透射光栅，又称为长周期光栅或强光栅，此种光栅的特色是光在相同行进方向之模态相互耦合。在一根光纤上刻多个强光栅，可以实现用一条光路测量多个测点的值变化情况。

光纤头封接用低温玻璃是一种低温玻璃预制件，具有封接温度低，封接强度高等特点，可实现光纤与金属外壳的直接封接，解决了光纤封接的金属化问题，减少了生产工序，降低成本。

如图1-4所示，本实用新型提供一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，包括多节相同的风速测定装置14，所述风速测定装置14为两端开口的盒体结构；所述风速测定装置14两端分别与相邻的风速测定装置14的端部铰接；所述风速测定装置14表面设置有测风通孔组；所述测风通孔组包括两个且同轴设置的测风通孔；所述风速测定装置14内部设置有轻质风扇1；所述轻质风扇1位于同组的两个测风通孔之间且与所述的两个测风通孔同轴设置；还包括测量光纤3，所述测量光纤3依次穿过所有的风速测定装置14；所述测量光纤3的两端均电连接有光纤光栅解调仪15；所述测量光纤3与轻质风扇1的盘形凸轮2相接触。

上述技术方案中，还包括温补光纤4，所述温补光纤4依次穿过所有的风速测定装置14；所述温补光纤4的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤3不与轻质风扇1相接触。

上述技术方案中，所述风速测定装置14的两端对称设置有铰接头12，所述铰接头12用于实现两个相邻的风速测定装置14的端部活动铰接。

上述技术方案中，所述测量光纤3和温度补偿光纤对应划分为多个测段，每个测段各自保持独立；测量光纤3的每个测段设置有一个测量光纤刻强光栅6，温补光纤4每个测段设置有一个温补光纤刻强光栅5；所述测量光纤刻强光栅6和温补光纤刻强光栅5设置于同一轴线上。光纤刻强光栅和温补光纤4刻强的刻点可选在距离轻质风扇1的盘形凸轮2不远处。每一测段的测量光纤3两端均采用光纤头封接用的低温玻璃7固定和张紧。

测量、温补光纤的刻栅位置完全保持一致，每个测段均各刻一条光栅，光栅刻点可选在距离小凸轮不远处。每个测段各自保持独立，否则不同测点由小凸轮转动造成的光栅位移会相互影响。因此采用光纤头封接用低温玻璃7对每一测段都进行封接，即每一测段都被近似独立固定和张紧，可使不同测点所产生的光纤位移不会相互影响光纤头封接用的低温玻璃7作用是使测点之间光纤的应变近似独立，反馈的测量结果不会相互影响。所述温补光纤4粘贴在与测量光纤3、轻质风扇1不会接触到的风速测定装置14内壳上。其中，测量光纤3采用封接玻璃固定和张紧，温补光纤4采用胶粘两端的方式固定。两根光纤贯穿所有测段，并在首尾节留出与解调仪连接的接口。

上述技术方案中，风速测定装置14外表面设置有每个测风通孔对应配合的遮挡装置；所述遮挡装置包括滑钮9-遮挡滑盖10-滑槽11；所述滑槽11设置于测风通孔一侧的风速测定装置14外表面，所述滑钮9设置于活动卡设于滑槽11内；所述遮挡滑盖10的边缘与滑钮9固定连接；所述遮挡滑盖10的面积大于测风通孔的面积；当滑钮9在外力控制下在滑动至滑槽11一端时遮挡滑盖10完全不接触测风通孔，当滑钮9在外力控制下在滑动至滑槽11另一端时遮挡滑盖10完全覆盖测风通孔。风速测定装置14外部结构设计上是主体横截面为长方形的长方体空盒，为多节相同的测量结构铰接，每节设计长度为1m，分布两个测点即设置有两组测风通孔和对应配合的轻质风扇1，每测段长0.5m。所有测风通孔均有滑动遮挡盖，使用时拨动滑纽打开装置测点处两面的圆形的遮挡滑盖10，风流则可以通过测风通孔，测风通孔为半径0.04m的圆孔。

上述技术方案中，位于相邻两个风速测定装置14铰接处的测量光纤3和温度补偿光纤均采用芳纶丝-缆皮保护，防止光纤在反复折叠的过程中脆弱断裂。在铰接处留有足够的弯曲余量，同时也设计一定的旋转阻尼，目的是防止折叠节的速度过快造成光纤断裂。

上述技术方案中，所述测量光纤3与轻质风扇1的扇叶同轴相连的盘形凸轮2低端相切，所述盘形凸轮2为玻璃材质，防止锈蚀。

上述技术方案中，巷道中的测风断面处设置有金属支架13；所述金属支架13为栅格式结构；所述风速测定装置14内设置有固定板8；所述低温玻璃7安装于固定板8上；所述固定板8内置有磁铁；所述风速测定装置14通过磁铁吸附于金属支架13上。

使用时，首先在选定的测风断面处安装图1中所示金属支架13，将可折叠的强光栅风速测定装置14逐节展开，单节主视及侧视图如图2所示，通过内置磁铁直接吸附固定在金属支架13上，装置细节图如图3所示，将光纤光栅解调仪与风速测定装置14的两端相连接，开启装置上所有的遮挡滑盖10，风流通过每个测点的测风通孔，带动轻质风扇1旋转，轻质风扇1带动同轴盘形凸轮2同步旋转，盘形凸轮2则拨动与其相切的测量光纤3，产生的弹性应变被光栅感受到，从盘形凸轮2最低点转动至最高点，光纤被拨动的幅度逐渐增大，但每次被盘形凸轮2拨动的幅度是固定的，即每次经光纤光栅解调仪解调出的数据波形图的振幅是相同的，但随着风速增大，与轻质扇叶同轴的盘形凸轮2的转速也会增大，导致数据波形图的周期T减小，且数据关系为,即可由解调波形数据的周期T来算出扇叶转速，进而得出风速值。温补光栅则感受由温度变化所带来的影响，光栅解调仪减去温度影响后可得出呈周期性变化的波长数值，波长数值的周期值T即风扇转动一周时间t，风扇转动角速度ω，易得ω＝2π/T,最后根据风扇的转速与风速之间的标定关系得出风速值。铺装的最终效果图如图4所示。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：包括多节相同的风速测定装置，所述风速测定装置为两端开口的盒体结构；所述风速测定装置两端分别与相邻的风速测定装置的端部铰接；所述风速测定装置表面设置有测风通孔组；所述测风通孔组包括两个且同轴设置的测风通孔；所述风速测定装置内部设置有轻质风扇；所述轻质风扇位于同组的两个测风通孔之间且与所述的两个测风通孔同轴设置；还包括测量光纤，所述测量光纤依次穿过所有的风速测定装置；所述测量光纤的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤与轻质风扇的盘形凸轮相接触。

2.根据权利要求1所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：还包括温补光纤，所述温补光纤依次穿过所有的风速测定装置；所述温补光纤的两端均电连接有光纤光栅解调仪；所述测量光纤不与轻质风扇相接触。

3.根据权利要求1所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：所述风速测定装置的两端对称设置有铰接头，所述铰接头用于实现两个相邻的风速测定装置的端部活动铰接。

4.根据权利要求2所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：所述测量光纤和温度补偿光纤对应划分为多个测段，每个测段各自保持独立；测量光纤的每个测段设置有一个测量光纤刻强光栅，温补光纤每个测段设置有一个温补光纤刻强光栅；所述测量光纤刻强光栅和温补光纤刻强光栅设置于同一轴线上；每一测段的测量光纤两端均采用光纤头封接用的低温玻璃固定和张紧。

5.根据权利要求2所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：所述温补光纤粘贴在与测量光纤、轻质风扇不会接触到的风速测定装置内壳上。

6.根据权利要求2所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：风速测定装置外表面设置有每个测风通孔对应配合的遮挡装置；所述遮挡装置包括滑钮-遮挡滑盖-滑槽；所述滑槽设置于测风通孔一侧的风速测定装置外表面，所述滑钮设置于活动卡设于滑槽内；所述遮挡滑盖的边缘与滑钮固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：位于相邻两个风速测定装置铰接处的测量光纤和温度补偿光纤均采用芳纶丝-缆皮保护。

8.根据权利要求2所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：所述测量光纤与轻质风扇的扇叶同轴相连的盘形凸轮低端相切，所述盘形凸轮为玻璃材质。

9.根据权利要求4所述的一种应用于巷道中的可折叠强光栅风速测定装置，其特征在于：巷道中的测风断面处设置有金属支架；所述金属支架为栅格式结构；所述风速测定装置内设置有固定板；所述低温玻璃安装于固定板上；所述固定板内置有磁铁；所述风速测定装置通过磁铁吸附于金属支架上。

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