光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專利摘要】一種光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)方法及裝置，包括鋼絲繩、對(duì)稱扣合卡套鋼絲繩的防滑楔形橡膠圈和封裝外殼，在封裝外殼的內(nèi)部設(shè)有彈性壓柱，與彈性壓柱固定連接的U型固定支架，U型固定支架固定定滑輪，彈性壓柱上下兩個(gè)端面粘貼光纖光柵，光纖光柵串聯(lián)接在光纖上，光纖通過(guò)光纖引出孔與封裝外殼外的光纖連接頭的一端連接，光纖引出孔的內(nèi)部通過(guò)密封膠進(jìn)行密封，光纖連接頭的另外一端與光纖尾纖連接，光纖尾纖利用鎧裝保護(hù)膠皮進(jìn)行保護(hù)，封裝外殼的頂部和底部利用緊固螺母緊固穿過(guò)螺栓孔的螺栓；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝及操作使用方便，現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)張力，利用光纖光柵傳感技術(shù)，可靠性高，測(cè)量精度高，誤差較小。
【專利說(shuō)明】光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦設(shè)備的安全監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種適用于煤礦提升機(jī)、罐籠等提升設(shè)備的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦開采過(guò)程中，提升設(shè)備的安全尤為重要，鋼絲繩的張力大小直接決定其壽命和礦井提升安全，鋼絲繩作為礦井提升設(shè)備的重要組成部分，在提升設(shè)備工作時(shí)，鋼絲繩在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到許多應(yīng)力的作用，將導(dǎo)致鋼絲繩受到嚴(yán)重拉伸，有時(shí)可能會(huì)發(fā)生斷裂，進(jìn)而引起重大安全事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的人員和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力的監(jiān)測(cè)非常有必要。
[0003]鋼絲繩的張力監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，往往難以做到正確的判斷，對(duì)存在的安全隱患難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。目前，對(duì)鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)的方法主要有三種:一種是在鋼絲繩與提升重物之間串聯(lián)一個(gè)測(cè)力傳感器測(cè)量，此種方法必須是在鋼絲繩靜止的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，且這種測(cè)量方法在操作時(shí)，測(cè)力傳感器要一直安裝在提升設(shè)備上，傳感器長(zhǎng)期受載，使得傳感器中的測(cè)量元件產(chǎn)生蠕變，造成測(cè)量時(shí)產(chǎn)生較大的漂移，線性度和靈敏度下降；一種是利用振波法進(jìn)行測(cè)量，利用沖擊力垂直打擊鋼絲繩產(chǎn)生橫向振動(dòng)，然后通過(guò)測(cè)試鋼絲繩的振動(dòng)頻率，運(yùn)算得到鋼絲繩的張力值，不足之處是所基于的數(shù)學(xué)模型都是建立在不考慮鋼絲繩重力的基礎(chǔ)上，這種測(cè)量方法精度較低，誤差較大，不能滿足實(shí)際工程的需要；一種是利用電容或者電感來(lái)監(jiān)測(cè)鋼絲繩的張力，利用電容或者電感的變化值，以及鋼絲繩的直徑變化值，通過(guò)計(jì)算可求得鋼絲繩的張力大小，這種測(cè)量方法的不足之處是電容或者電感均為帶電工作，抗電磁的干擾能力弱，易受復(fù)雜環(huán)境的影響，影響測(cè)量的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、操作方便、監(jiān)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)易，測(cè)量精度高、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可靠性高的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置及方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，包括封裝外殼、光纖光柵、光纖、密封膠、光纖連接頭、鎧裝保護(hù)膠皮、光纖尾纖、螺栓、緊固螺母；其特征在于:所述的封裝外殼對(duì)稱扣合卡套在鋼絲繩上，在封裝外殼的頂部及底部與鋼絲繩扣合處裝有防滑楔形橡膠圈，封裝外殼的頂部和底部均對(duì)稱開設(shè)有便于螺栓、緊固螺母固定的螺栓孔；封裝外殼的內(nèi)部一側(cè)固定有彈性壓柱，彈性壓柱前端設(shè)有U型固定支架，U型固定支架上固定有頂靠在鋼絲繩上的定滑輪，彈性壓柱上下兩個(gè)端面的中心位置處對(duì)稱粘貼有光纖光柵，光纖光柵串聯(lián)接在光纖上，光纖通過(guò)光纖引出孔與封裝外殼外的光纖連接頭的一端連接，光纖引出孔內(nèi)充填有進(jìn)行密封的密封膠，光纖連接頭的另外一端與光纖尾纖連接，光纖尾纖上設(shè)有鎧裝保護(hù)膠皮。
[0006]所述的防滑楔形橡膠圈在靠近封裝外殼外部的一端尺寸較大，在靠近封裝外殼內(nèi)部的一端尺寸較小。
[0007]所述的彈性壓柱為一彈性性能好、感知靈敏、橫截面為矩形的長(zhǎng)方體柱子，彈性壓柱的兩端均固定連接在封裝外殼的內(nèi)部。
[0008]所述的對(duì)稱粘貼的兩個(gè)光纖光柵形狀大小相同，波長(zhǎng)互不相同。
[0009]所述的定滑輪的凹槽中心線及封裝外殼頂部、底部與鋼絲繩的固定處位于同一平面。
[0010]所述的定滑輪為帶U型槽的鋼制軸承滑輪。
[0011]所述的彈性壓柱、U型固定支架和定滑輪均設(shè)在封裝外殼的內(nèi)部，并且使內(nèi)部的鋼絲繩拱起，拱起時(shí)的方向與豎直方向成a角，將垂直方向的鋼絲繩的張力轉(zhuǎn)換成水平方向的壓力進(jìn)行測(cè)量。
[0012]使用上述裝置的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟:
[0013]A、將內(nèi)部設(shè)有彈性壓柱、U型固定支架、定滑輪、光纖光柵、光纖的封裝外殼和防滑楔形橡膠圈對(duì)稱扣合卡套在靠近提升設(shè)備的提升容器或者牽引容器處的鋼絲繩上，固定時(shí)將鋼絲繩通過(guò)定滑輪的凹槽，使其與定滑輪接觸，在封裝外殼的頂部和底部利用螺栓和緊固螺母固定；
[0014]B、利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出提升設(shè)備沒(méi)有提升重物時(shí)，即鋼絲繩在未受力時(shí)，初始光纖光柵的波長(zhǎng)大小入B;
[0015]C、當(dāng)提升設(shè)備提升重物時(shí)，此時(shí)測(cè)量出鋼絲繩拉緊時(shí)拱起處鋼絲繩與豎直方向的夾角a，同時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)將產(chǎn)生漂移，利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出此時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量AAb;
[0016]D、利用實(shí)測(cè)的光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量A Xb、拱起處鋼絲繩與豎直方向的夾角a、初始的光纖光柵波長(zhǎng)大小Xb以及彈性壓柱左或者右端面的面積大小，即可計(jì)算出水平方向的壓力N，進(jìn)而計(jì)算出鋼絲繩的張力大小F，并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的直觀動(dòng)態(tài)顯示張力數(shù)值大小，同時(shí)可以對(duì)過(guò)大的張力值進(jìn)行預(yù)警，保證礦井提升設(shè)備的安全運(yùn)行。
[0017]有益效果:本發(fā)明主要用于煤礦提升機(jī)、罐籠等提升設(shè)備的鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)，能確保煤礦工人的安全下井和升井、安全順利的提升煤炭。將鋼絲繩的豎直方向的張力轉(zhuǎn)換成水平方向的壓力，現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)試鋼絲繩的張力大小，不需要拆卸裝置即可測(cè)量，適用范圍廣；利用先進(jìn)的光纖光柵傳感技術(shù)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，可靠性高，測(cè)量精度高，誤差較?。徊捎昧瞬顒?dòng)式溫度補(bǔ)償方法，消除溫度對(duì)光纖光柵的影響，解決應(yīng)變與溫度交叉敏感的問(wèn)題；同時(shí)兩個(gè)光纖光柵測(cè)量的波長(zhǎng)值加權(quán)取平均值，可進(jìn)一步的提高測(cè)量精度和靈敏度。與已有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作使用方便，安裝方便，監(jiān)測(cè)過(guò)程容易，無(wú)需人工進(jìn)行記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算，適用范圍廣；
[0019]2、將鋼絲繩的豎直方向的張力轉(zhuǎn)換成水平方向的壓力，現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)試鋼絲繩的張力大小，不需要拆卸裝置即可測(cè)量；
[0020]3、通過(guò)測(cè)量光纖光柵波長(zhǎng)的變化間接測(cè)量鋼絲繩的張力，光纖光柵靈敏度高，受工作環(huán)境影響較小，光纖光柵在受到很微弱的力時(shí)波長(zhǎng)也可發(fā)生漂移變化，測(cè)量精度高、誤差較?。籟0021]4、利用先進(jìn)的光纖光柵傳感技術(shù)，放棄使用傳統(tǒng)的壓電式壓力傳感器或者別的帶電測(cè)量張力的裝置及方法，光纖光柵本質(zhì)安全、可靠性高，抗電磁干擾能力強(qiáng)，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以對(duì)鋼絲繩張力的大小進(jìn)行預(yù)警；
[0022]5、裝置中由于同時(shí)使用兩個(gè)對(duì)稱的光纖光柵，可利用差動(dòng)式溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，消除由于溫度變化引起的?yīng)力應(yīng)變的干擾，解決應(yīng)變與溫度的交叉敏感的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明裝置的剖視結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2為本發(fā)明裝置的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為圖2中本發(fā)明裝置的1-1剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖中標(biāo)號(hào):1、封裝殼體；2、鋼絲繩；3、防滑楔形橡膠圈；4、定滑輪；5、U型固定支架；6、光纖光柵；7、彈性壓柱；8、光纖；9、光纖引出孔；10、密封膠；11、光纖連接頭；12、銷裝保護(hù)膠皮；13、光纖尾纖；14、螺栓；15、螺栓孔；16、緊固螺母
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0028]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，包括封裝外殼1、鋼絲繩2、防滑楔形橡膠圈3、定滑輪4、U型固定支架5、光纖光柵6、彈性壓柱7、光纖8、光纖引出孔9、密封膠10、光纖連接頭11、鎧裝保護(hù)膠皮12、光纖尾纖13、螺栓14、螺栓孔15、緊固螺母16 ;封裝外殼I對(duì)稱扣合卡套在鋼絲繩2上，在封裝外殼I的頂部及底部與鋼絲繩2固定處之間安裝有防滑楔形橡膠圈3，防滑楔形橡膠圈3在靠近封裝外殼I外部的一端尺寸較大，在靠近封裝外殼I內(nèi)部的一端尺寸較??；在封裝外殼I的頂部和底部均對(duì)稱開設(shè)有螺栓孔15，利用緊固螺母16緊固穿過(guò)螺栓孔15的螺栓14 ;在封裝外殼I的內(nèi)部設(shè)有定滑輪4，定滑輪4的凹槽處頂靠在鋼絲繩2上，定滑輪4為帶U型槽的鋼制軸承滑輪，且定滑輪4的凹槽中心線及封裝外殼I頂部、底部與鋼絲繩2的固定處位于同一平面，;利用U型固定支架5固定定滑輪4，U型固定支架5的底面和彈性壓柱7的左端面固定連接，彈性壓柱7的右端面與封裝外殼I固定連為一體，彈性壓柱7為一彈性性能好、感知靈敏、橫截面為矩形的長(zhǎng)方體柱子，且兩端均固定連接在封裝外殼I內(nèi)部；在彈性壓柱7上下兩個(gè)端面的中心位置處對(duì)稱粘貼光纖光柵6，兩個(gè)光纖光柵6形狀大小相同，波長(zhǎng)互不相同，光纖光柵6串聯(lián)接在光纖8上，光纖8通過(guò)光纖引出孔9與封裝外殼I外的光纖連接頭11的一端連接，光纖引出孔7的內(nèi)部通過(guò)密封膠10進(jìn)行密封，光纖連接頭11的另外一端與光纖尾纖13連接，光纖尾纖13利用鎧裝保護(hù)膠皮12進(jìn)行保護(hù)。
[0029]本發(fā)明的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備張力監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，步驟如下:
[0030]A、首先，選取張力監(jiān)測(cè)裝置待安裝的位置，一般選取在靠近提升設(shè)備的提升容器或者牽引容器處的鋼絲繩2上；
[0031]B、其次，將內(nèi)部設(shè)有彈性壓柱7、U型固定支架5、定滑輪4、光纖光柵6、光纖8的封裝外殼I和防滑楔形橡膠圈3對(duì)稱扣合卡套在鋼絲繩2上，固定時(shí)將鋼絲繩2通過(guò)定滑輪4的凹槽，使其與定滑輪4接觸，在封裝外殼I的頂部和底部利用螺栓14和緊固螺母16固定；[0032]C、利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出提升設(shè)備沒(méi)有提升重物時(shí)，即鋼絲繩2在未受力時(shí)，初始光纖光柵的波長(zhǎng)大小入B;
[0033]D、當(dāng)提升設(shè)備提升重物時(shí)，此時(shí)測(cè)量出鋼絲繩2拉緊時(shí)拱起處鋼絲繩2與豎直方向的夾角a，同時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)將產(chǎn)生漂移，利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出此時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量AAb;
[0034]E、利用實(shí)測(cè)的光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量A Xb、拱起處鋼絲繩2與豎直方向的夾角a、初始的光纖光柵波長(zhǎng)大小Xb以及彈性壓柱7左(或者右)端面的面積大小，即可計(jì)算出水平方向的壓力N，進(jìn)而計(jì)算出鋼絲繩2張力F的大小，并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的直觀動(dòng)態(tài)顯示張力數(shù)值大小，同時(shí)可以對(duì)過(guò)大的張力值進(jìn)行預(yù)警，保證礦井提升設(shè)備的安全運(yùn)行。
[0035]通過(guò)定滑輪4使內(nèi)部的鋼絲繩2拱起，拱起時(shí)的方向與豎直方向成a角，將垂直方向的鋼絲繩2的張力轉(zhuǎn)換成水平方向的壓力進(jìn)行測(cè)量。
[0036]鋼絲繩的張力F的計(jì)算公式如下表示:
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，包括封裝外殼(I)、光纖光柵(6)、光纖(8)、密封膠(10)、光纖連接頭(11)、鎧裝保護(hù)膠皮(12)、光纖尾纖(13)、螺栓(14)、緊固螺母(16);其特征在于:所述的封裝外殼(I)對(duì)稱扣合卡套在鋼絲繩(2)上，在封裝外殼(I)的頂部及底部與鋼絲繩(2)扣合處裝有防滑楔形橡膠圈(3)，封裝外殼(I)的頂部和底部均對(duì)稱開設(shè)有便于螺栓(14)、緊固螺母(16)固定的螺栓孔(15);封裝外殼(I)的內(nèi)部一側(cè)固定有彈性壓柱(7)，彈性壓柱(7)前端設(shè)有U型固定支架(5), U型固定支架(5)上固定有頂靠在鋼絲繩(2)上的定滑輪(4)，彈性壓柱(7)上下兩個(gè)端面的中心位置處對(duì)稱粘貼有光纖光柵(6),光纖光柵(6)串聯(lián)接在光纖(8)上,光纖(8)通過(guò)光纖引出孔(9)與封裝外殼(I)外的光纖連接頭(11)的一端連接，光纖引出孔(9)內(nèi)充填有進(jìn)行密封的密封膠(10)，光纖連接頭(11)的另外一端與光纖尾纖(13)連接，光纖尾纖(13)上設(shè)有鎧裝保護(hù)膠皮(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的防滑楔形橡膠圈(3)在靠近封裝外殼(I)外部的一端尺寸較大，在靠近封裝外殼(I)內(nèi)部的一端尺寸較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的彈性壓柱(7)為一彈性性能好、感知靈敏、橫截面為矩形的長(zhǎng)方體柱子，彈性壓柱(7)的兩端均固定連接在封裝外殼(I)的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的對(duì)稱粘貼的兩個(gè)光纖光柵(6)形狀大小相同，波長(zhǎng)互不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的定滑輪(4)的 凹槽中心線及封裝外殼(I)頂部、底部與鋼絲繩(2)的固定處位于同一平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的定滑輪(4)為帶U型槽的鋼制軸承滑輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備鋼絲繩張力監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述的彈性壓柱(7)、U型固定支架(5)和定滑輪(4)均設(shè)在封裝外殼(I)的內(nèi)部，并且使內(nèi)部的鋼絲繩(2)拱起，拱起時(shí)的方向與豎直方向成a角，將垂直方向的鋼絲繩(2)的張力轉(zhuǎn)換成水平方向的壓力進(jìn)行測(cè)量。
8.一種光纖光柵壓縮式礦井提升設(shè)備張力監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: A、將內(nèi)部設(shè)有彈性壓柱(7)、U型固定支架(5)、定滑輪(4)、光纖光柵(6)、光纖(8)的封裝外殼(I)和防滑楔形橡膠圈(3)對(duì)稱扣合卡套在靠近提升設(shè)備的提升容器或者牽引容器處的鋼絲繩(2)上，固定時(shí)將鋼絲繩(2)通過(guò)定滑輪(4)的凹槽，使其與定滑輪(4)接觸，在封裝外殼(I)的頂部和底部利用螺栓(14)和緊固螺母(16)固定； B、利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出提升設(shè)備沒(méi)有提升重物時(shí)，即鋼絲繩(2)在未受力時(shí)，初始光纖光柵的波長(zhǎng)大小Xb; C、當(dāng)提升設(shè)備提升重物時(shí)，此時(shí)測(cè)量出鋼絲繩(2)拉緊時(shí)拱起處鋼絲繩(2)與豎直方向的夾角a，同時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)將產(chǎn)生漂移，利用光纖光柵解調(diào)設(shè)備解調(diào)出此時(shí)光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量AXb;D、 利用實(shí)測(cè)的光纖光柵波長(zhǎng)的變化漂移量△ Xb、拱起處鋼絲繩(2)與豎直方向的夾角a、初始的光纖光柵波長(zhǎng)大小Xb以及彈性壓柱(7)左或者右端面的面積大小，即可計(jì)算出水平方向的壓力N，進(jìn)而計(jì)算出鋼絲繩(2)的張力大小F，并通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的直觀動(dòng)態(tài)顯示張力數(shù)值大小，同時(shí)可以對(duì)過(guò)大的張力值進(jìn)行預(yù)警，保證礦井提升設(shè)備的安全運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】G01L5/04GK103528745SQ201310513834
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】方新秋, 梁敏富, 劉曉寧, 吳剛, 王剛, 薛廣哲 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)