一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统制造方法及图纸

本申请公开了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。光纤光栅围岩应力监测装置，包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2‑4mm。通过对光纤光栅的栅区长度的选择，大大提高了光纤光栅的成活率，使得利用光纤光栅测量围岩三维扰动应力的监测装置可以实现产业化生产，在世界范围内填补了该领域一直存在的技术空白。

A high survival rate monitoring system and monitoring system for surrounding rock stress of fiber Bragg grating

The application of this application is to disclose a high survival rate monitoring device and monitoring system for surrounding rock stress of fiber Bragg grating. Fiber grating rock stress monitoring device comprises a casing, wherein the casing is equipped with fiber grating, grating length region of the fiber grating is 2 4mm. The length of the gate region on the fiber grating, greatly improving the survival rate of the fiber grating, the 3D stress disturbance monitoring device can realize the industrial production by using the fiber grating measurement of surrounding rock in the world to fill the gaps in the technology field has always been there.

【技术实现步骤摘要】
一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统
本公开一般涉及测试
，具体涉及岩土、采矿等地下工程应力测试
，尤其涉及一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。
技术介绍
随地下资源开采深度和开采强度的增加，冲击地压已成为国内外煤矿开采等地下开采工程领域面临的主要灾害之一。地下工程、特别是采矿工程的地质环境和应力条件复杂，巷道或工作面围岩在高地应力和强卸荷共同作用下，采动应力重新分布，时空关系复杂，高应力释放、转移、传递引起的煤岩体的动力学特征明显，在一定条件下将会引起冲击地压动力灾害，严重影响工程施工进度和安全，常造成施工设备损坏和重大人员伤亡事故。冲击地压发生前期，煤岩中能量并未释放，但内部的应力集中程度却有突然增高的现象。故灾害的发生首先体现在应力状态的变化上，应力变化是预测动力灾害的关键，应力状态的测量是实现动力灾害准确预报的基础。通过现场获取和分析工程建设开挖过程中应力状态的演化过程，可以有效实现灾害的预警和控制。因此，煤岩体应力测试成为矿业开采、地下工程开挖中动力灾害研究的重要内容之一。对于煤岩体中的应力测试主要分为两类：未受工程扰动的原岩地应力测试和施工过程中的扰动应力测试。前者较为成熟的测试有钻孔应力解除法、水压致裂法等；后者扰动应力测试的代表性技术为单向钻孔应力计，其中冲击地压的测量属于扰动应力测试
然而，上述现有技术存在以下缺点：传统的原岩应力测试技术由于采用电桥采集方式，这种方式必须在整个检测过程中保证稳定供电，且存在抗干扰性、耐久性和长期稳定性等较差的缺点，同时易受酸碱腐蚀等复杂地下环境影响而失效，难以适应扰动应力测试技术。而单向钻孔应力计则不能满足围岩应力三维监测的需求。采用光纤光栅围岩应力测试装置可以有效改善电桥采集方式的上述不足，具有耐腐蚀、抗地下水和电磁干扰，不受信号强弱和衰减的影响，对于岩体工程复杂地质和水文条件的适应性强等优点。然而，目前的光纤光栅围岩应力测试装置的研究仅处于实验室水平的探索阶段，由于光纤光栅的成活率特别低，不能满足其工业化生产的要求。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置及监测系统。第一方面，本申请实施例提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。第二方面，本申请实施例还提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测系统，包括上述的高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，还包括终端设备、波长解调仪和定向仪，所述光纤光栅通过所述波长解调仪与所述终端设备连接，所述定向仪与所述终端设备连接；所述终端设备通过所述光纤光栅的波长信号得到所述光纤光栅对应测点处的应变数据，所述终端设备根据所述定向仪获得所述光纤光栅的方位信息；所述终端设备根据所述光纤光栅赋存体的弹性模量和泊松比、以及所述光纤光栅的方位信息，将所述应变数据转换为围岩的扰动应力数据，进而得到测点处的应力状态。本申请实施例提供的高成活率的光纤光栅围岩应力监测方案，通过对光纤光栅的栅区长度的选择，大大提高了光纤光栅的成活率，使得利用光纤光栅测量围岩三维扰动应力的监测装置可以实现产业化生产，在世界范围内填补了该领域一直存在的技术空白。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本技术实施例一应力测试系统的架构图；图2为本技术实施例一应力测试装置的结构示意图；图3为光纤光栅传感器布置截面示意图；图4为A组光纤光栅应变花示意图；图5为B组光纤光栅应变花示意图；图6为C组光纤光栅应变花示意图；图7为光纤Bragg光栅结构示意图；图8为光源入射光谱图；图9为光纤Bragg光栅反射特性图；图10为光纤Bragg光栅传导光谱透射特性图；图11为三维钻孔围岩应力分布状态图；图12为电阻应变花的受力状态示意图；其中，1、导向杆；2、密封圈卡槽；3、出胶孔；4、柱塞；5、出胶通道；6、固定销；7、壳体储胶腔；8、测量光纤光栅；9、独立光栅传感器；10、补偿光栅传感器；11、定向销；12、光纤；13、前端封垫；14、后端封垫；15、壳体，16、连接杆，17、纤芯，18、包层，19、入射光，20、反射光，21、透射光。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本技术一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关技术，而非对该技术的限定。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。图1作为本技术的适用例的测试系统的架构图。如图1所示，测量系统架构可以包括监测装置101、102、103、104，传输介质和测量仪201。传输介质用以实现监测装置101、102、103、104和测量仪201之间的通信连接。其中，传输介质主要包括光缆。终端设备可以是单独的测量仪，也可以是各种电子设备，包括但不限于个人电脑、智能手机、智能电视、平板电脑等等。应该理解，图1中的监测装置、终端设备的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，一个终端设备可以连接有限数目的监测装置，例如，若每支传感器有两根通讯光纤，32通道终端设置可连接16支传感器。如
技术介绍
中所提到的，传统的原岩应力测试技术由于采用电桥采集方式，必须在整个检测过程中保证稳定供电，因此存在抗干扰性、耐久性和长期稳定性等较差的缺点，且易受酸碱腐蚀等复杂地下环境影响而失效，难以适应长期工程监测的要求，无法实现准确的长期远距离动态检测。而扰动应力测试尚不成熟，目前已有但是其仅仅测试煤岩体中单一方向而并非三维扰动应力值，且不能实现实时长期在线监测。在本领域的实验室探索方面，有直接将光纤光栅布设到壳体中的初步尝试。但是在这种尝试下，光纤光栅的成活率特别低，绝大部分的光纤光栅应变传感器会发生失效，根本无法实现监测装置的产业化生产。而长期监测的准确性就更无从谈起。鉴于现有技术的上述缺陷，本申请实施例提供了一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，如图2所示，高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，可以包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm。对于光纤光栅监测装置成活率问题一直是困扰业内技术发展的关键性问题，由于地下工程的施工环境非常复杂，导致了光纤光栅监测装置的考虑因素异常多，这也导致其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2‑4mm；所述壳体为内外双层结构；所述光纤光栅布设在所述壳体的内层和外层之间。

【技术特征摘要】
1.一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体上设有光纤光栅，所述光纤光栅的栅区长度为2-4mm；所述壳体为内外双层结构；所述光纤光栅布设在所述壳体的内层和外层之间。2.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述光纤光栅为抗弯光纤Bragg光栅。3.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述光纤光栅的数量至少为六个，所述六个光纤光栅的方向互不相同。4.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：在所述壳体的前端开口处设有塞体结构，所述塞体结构通过临时固定件与所述壳体固定连接，当所述壳体和所述塞体结构之间的受力强度大于所述临时固定件的强度时，所述临时固定件失效，所述塞体结构的至少部分塞体可被容纳于所述壳体内，所述塞体结构与所述壳体之间具有可将胶体粘结剂挤压至所述壳体的外侧与孔壁之间的出胶通道。5.根据权利要求1所述的一种高成活率的光纤光栅围岩应力监测装置，其特征在于：所述壳体储胶腔的后端设有一独立光栅传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵武胜，陈卫忠，田洪铭，谭贤君，马池帅，宋万鹏，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，山东大学，山东星盾安防科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42