一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其包括錨爪、頂板固定平臺以及外殼；外殼內(nèi)設(shè)有液壓缸體和主光纖，液壓缸體上部與頂板固定平臺連接，液壓缸體內(nèi)從上到下設(shè)有活塞傳動桿、小尺徑活塞、大尺徑活塞和彈性膜片，小尺徑活塞與大尺徑活塞之間有液壓油，大尺徑活塞通過連接器與彈性膜片連接；活塞傳動桿通過鋼絲與錨爪連接，彈性膜片下方設(shè)有位移傳感用光纖光柵，外殼的側(cè)壁上設(shè)有溫度補償用光纖光柵，光纜一端為入纖，另一端為尾纖。本實用新型通過液壓活塞尺徑的設(shè)計將相對較大的離層位移變化量轉(zhuǎn)化為彈性膜片的相對較小的形變量，再利用光纖光柵的高靈敏度特性精確監(jiān)測頂板離層位移量，測量精度高、安全防爆、安裝便捷。
【專利說明】一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其是一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板離層位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井頂板離層監(jiān)測是礦山災(zāi)害預(yù)測的重要項目，礦井冒頂圍巖坍塌會導(dǎo)致礦井特大災(zāi)害，嚴重威脅礦山的生產(chǎn)安全。目前煤礦地層礦井井下巷道頂板圍巖離層監(jiān)測所涉及到的傳感器主要是位移傳感器，主要有電阻式位移傳感器、電容式位移傳感器、電感式位移傳感器、光柵、磁柵、容柵位移傳感器和磁滯伸縮位移傳感器等。以上幾種類型的傳感器都存在本質(zhì)安全問題，在礦井下高危高爆環(huán)境存在安全隱患，且存在測量精度低、無法實時定位等缺點。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種安裝便捷、測量精度高、使用壽命長、安全防爆的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其關(guān)鍵技術(shù)在于:其包括錨爪、頂板固定平臺以及設(shè)于頂板固定平臺下方的外殼；
[0005]所述外殼內(nèi)設(shè)有液壓缸體和光纜，所述液壓缸體上部與頂板固定平臺連接，所述液壓缸體內(nèi)從上到下依次設(shè)有活塞傳動桿、小尺徑活塞、大尺徑活塞以及彈性膜片，所述小尺徑活塞與大尺徑活塞之間填充有液壓油，所述大尺徑活塞通過連接器與彈性膜片連接；所述活塞傳桿通過鋼絲與錨爪連接，所述彈性膜片下方設(shè)有位移傳感用光纖光柵，所述外殼的側(cè)壁上設(shè)有溫度補償用光纖光柵，所述主光纖一端為位于外殼外部的入纖，另一端為位于外殼外部的尾纖，所述位移傳感用光纖光柵和溫度補償用光纖光柵用主光纖串接在一起。
[0006]所述連接器為用于傳遞力的金屬連接柱。
[0007]還包括設(shè)于頂板固定平臺上方深層探孔中的用于保護鋼絲的保護套筒。
[0008]進一步的改進，還包括設(shè)于活塞傳動桿與鋼絲之間的張緊裝置，所述張緊裝置為花籃螺絲或其他彈性張緊裝置。該張緊裝置將活塞傳動桿與鋼絲連接更加緊固，以便于位移量的準確傳遞。
[0009]優(yōu)選的，所述入纖、尾纖均為鎧裝光纖，入纖與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接。這樣可以實現(xiàn)監(jiān)測點的準確定位，并可以實現(xiàn)準分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測。
[0010]優(yōu)選的，所述保護套筒為PUC保護套筒。
[0011]優(yōu)選的，所述位移傳感用光纖光柵激光焊接于彈性膜片上，所述溫度補償用光纖光柵激光焊接于外殼側(cè)壁上。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實用新型通過液壓活塞尺徑的設(shè)計將相對較大的離層位移變化量轉(zhuǎn)化為彈性膜片的相對較小的形變量，再利用光纖光柵的高靈敏度特性精確監(jiān)測頂板離層位移量。并有由于采用了光纖光柵，其不僅測量精度高，且安全防爆，整體結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷；進一步的結(jié)合光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以實現(xiàn)監(jiān)測點的準確定位，并可以實現(xiàn)準分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]其中，1、錨爪；2、鋼絲；3、保護套筒；4、頂板固定平臺；5、張緊裝置；6、尾纖；7、溫度補償用光纖光柵；8、小尺徑活塞；9、液壓油；10、大尺徑活塞；11、位移傳感用光纖光柵；12、連接器；13、彈性膜片；14、外殼；15、液壓缸體；16、活塞傳動桿；17、入纖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0016]如附圖1所示，其為本實用新型的一個具體實施例，其包括錨爪1、鋼絲2、保護套筒3、頂板固定平臺4、張緊裝置5、尾纖6、溫度補償用光纖光柵7、小尺徑活塞8、液壓油9、大尺徑活塞10、位移傳感用光纖光柵11、連接器12、彈性膜片13、外殼14、液壓缸體15、活塞傳動桿16、入纖17以及主光纖；其中入纖17、尾纖6是位于外殼14外部的接頭部分，其采用鎧裝光纖，保護性好。所述錨爪I也用錨固器替代，其固定于穩(wěn)定巖層內(nèi)部，連接牢固即可。其中保護套筒3采用PUC保護套筒，張緊裝置5采用現(xiàn)有的彈性張緊裝置或花籃螺絲即可，只要滿足使用要求即可。所述的錨爪I為膨脹螺栓結(jié)構(gòu)，固定于穩(wěn)定巖層的內(nèi)部；所述保護套筒3用于保護與錨爪I相連接的鋼絲2，用水泥砂漿固封于頂板固定平臺4的頂板上方的深層探孔中；所述的頂板固定平臺4利用膨脹螺絲固定于巷道頂板上；所述的張緊裝置5固定于頂板固定平臺4的下方，用于張緊鋼絲2與活塞傳動桿15 ;所述的尾纖6和入纖17均采用鎧裝光纜；所述的溫度補償用光纖光柵7采用金屬化焊接在外殼14的內(nèi)壁上；小尺徑活塞8和大尺徑活塞10密封放置在液壓缸體15內(nèi)，期間密封灌裝液壓油9 ;大尺徑活塞10與彈性膜片13的中心通過連接器12同軸激光焊接；所述的位移傳感用光纖光柵11采用金屬化焊接在彈性膜片13的表面；所述入纖17與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接，尾纖6與下一個傳感器去連接。所述位移傳感用光纖光柵11和溫度補償用光纖光柵7串接在外殼14內(nèi)的主光纖上，連接方式可以利用光纖熔接機直接熔接或者采用裸纖適配器連接，并外加鎧裝保護。
[0017]本實施例中所述的溫度補償用光纖光柵7和位移傳感用光纖光柵11的中心波長的選擇要根據(jù)所使用的光纖光柵分析儀的波長測量范圍、波長分辨率等參數(shù)進行選擇，并把光纖光柵的入纖和尾纖用鎧裝光纜進行保護，并通過光纜輸出口進行輸出與固定，與網(wǎng)絡(luò)分析儀相連接。所述溫度補償用光纖光柵7和位移傳感用光纖光柵11通過金屬化處理，分別激光焊接在外殼14的內(nèi)壁和彈性膜片13的表面，防止膠裝引起的蠕變，使測量更精確，使用壽命更長；所述的溫度補償用光纖光柵7 —方面可以測量頂板空間溫度，一方面可以用于溫度補償，修正位移傳感用光纖光柵11隨著彈性膜片形變產(chǎn)生的溫度變化所引起的波長漂移，確保測量更精確。
[0018]使用本實用新型對煤礦頂板離層位移進行監(jiān)測時，先將錨爪I固定于深層穩(wěn)定巖體內(nèi)，將保護套筒3用水泥砂漿固定在頂板固定平臺上方深層探孔中。然后將頂板固定平臺4利用膨脹螺絲固定在巷道頂板上，利用張緊裝置5將鋼絲2和活塞傳動桿15張緊，并保持兩者在垂直線上。鋼絲2、活塞傳動桿15和小尺徑活塞8處于穩(wěn)定靜止狀態(tài)，作為位移監(jiān)測的固定點，當頂板固定平臺4產(chǎn)生離層位移，液壓缸體15會同步產(chǎn)生位移，由于小尺徑活塞8的尺徑小于大尺徑活塞10，因此可以將離層位移量轉(zhuǎn)化為大尺徑活塞10的位移，繼而通過連接器12帶動彈性膜片13產(chǎn)生形變，進而導(dǎo)致位移傳感用光纖光柵11的中心波長發(fā)生變化；溫度補償用光纖光柵7緊貼外殼14的內(nèi)壁，用于進行溫度監(jiān)測。溫度補償用光纖光柵7和位移傳感用光纖光柵11通過鎧裝光纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦饫w光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，通過讀取光纖光柵的中心波長，就可以得出彈性膜片的形變量，通過活塞尺徑的換算可以測得頂板離層位移量。
[0019]本實施例傳感器在測量煤礦頂板離層位移時，可以通過液壓活塞尺徑的設(shè)計將相對較大的離層位移變化量轉(zhuǎn)化為彈性膜片的相對較小的形變量，再利用光纖光柵的高靈敏度特性精確監(jiān)測頂板離層位移量。本實用新型具有測量精度高、安全防爆、安裝便捷的特點；結(jié)合光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以實現(xiàn)監(jiān)測點的準確定位，并可以實現(xiàn)準分布式巷道頂板離層位移監(jiān)測。
[0020]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明創(chuàng)造。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明創(chuàng)造將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:包括錨爪(I)、頂板固定平臺(4)以及設(shè)于頂板固定平臺(4)下方的外殼(14)； 所述外殼(12)內(nèi)設(shè)有液壓缸體(15)和主光纖，所述液壓缸體(15)上部與頂板固定平臺(4)連接，所述液壓缸體(15)內(nèi)從上到下依次設(shè)有活塞傳動桿(16)、小尺徑活塞(8)、大尺徑活塞(10)以及彈性膜片(13)，所述小尺徑活塞(8)與大尺徑活塞(10)之間填充有液壓油(9)，所述大尺徑活塞(10)通過連接器(12)與彈性膜片(13)連接；所述活塞傳動桿(16)通過鋼絲(2)與錨爪(I)連接，所述彈性膜片(13)下方設(shè)有位移傳感用光纖光柵(11)，所述外殼(14)的側(cè)壁上設(shè)有溫度補償用光纖光柵(7),所述主光纖一端為位于外殼(12)外部的入纖(17)，另一端為位于外殼(12)外部的尾纖(6)，所述位移傳感用光纖光柵(11)和溫度補償用光纖光柵(7)用主光纖串接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:所述連接器(12)為用于傳遞力的金屬連接柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:還包括設(shè)于頂板固定平臺(4)上方深層探孔中的用于保護鋼絲(2)的保護套筒(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:還包括設(shè)于活塞傳動桿(16 )與鋼絲(2 )之間的張緊裝置(5 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:所述張緊裝置(5)為花籃螺絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器,其特征在于:所述入纖(17)、尾纖(6)均為鎧裝光纖，入纖(17)與光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:所述保護套筒(3)為PUC保護套筒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖光柵的煤礦頂板離層液壓位移傳感器，其特征在于:所述位移傳感用光纖光柵(11)激光焊接于彈性膜片(13)上，所述溫度補償用光纖光柵(7)激光焊接于外殼(14)側(cè)壁上。
【文檔編號】G01B11/02GK203595498SQ201320813700
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】鄭一博, 文繼華 申請人:河北地經(jīng)光電科技有限公司