一种光纤光栅锚杆测力计制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光纤光栅锚杆测力计，其包括具有上沿和下沿的弹性受力轴、固定设置于所述弹性受力轴中上部的温补光纤光栅、固定设置于所述弹性受力轴中部的测试光纤光栅、设置于所述弹性受力轴中间的通孔以及固定连接于所述弹性受力轴外侧的设置有光缆输出口的保护套筒。本实用新型专利技术能在施工现场简捷安装于锚杆上，在传感器出现受损时快速更换，可重复使用，可减少传感器的使用数量并具有温度自补偿功能。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光纤光栅锚杆测力计。
技术介绍
煤矿井下作业是高危险环境作业，在采掘工作面经常发生冒顶事故。在事故发生前往往有比较明显的预兆，井下有经验的工人可以通过煤层发出的声音来判断冒顶或煤与瓦斯突出前的征兆。在实际应用中，锚杆受力监测器是感应煤矿井下岩体变化预判事故的重要工具。在矿井中，锚杆受力监测经常采用传统的电类传感器，这种传感器的技术比较成熟，精度也比较高，但由于使用的环境恶劣，对传感器的抗潮、抗腐等特性要求严格，同时电类传感器使用电信号作为传输信号，会产生微弱的电火花，当矿井中瓦斯浓度高到一定程度的时候，有可能会引起瓦斯的爆炸，影响矿井的安全。相比较电信号传感器，使用光纤光栅传感器有如下优点:I)光纤光栅使用的是光信号，不会产生电火花，所以在矿井使用时会比电信号的传感器有更好的安全性；2)光纤光栅传感器在井下使用光缆连接，不使用电源，从而避免因电源干扰产生的错误信息；3)光纤光栅传感器属于波长调制型非线性作用的光纤传感器。通过待测量调制入射光束的波长，测量反射光的波长变化进行检测。由于波长是一个绝对参数，不受总体光强水平、连接光纤及耦合损耗或者光源能量的影响，因此比其他的方式更加稳定、准确。由于光纤光栅传感器具有以上电类传感器无法替代的优势，正逐步引起人们的广泛关注。专利201210224224.1设计了一种光纤光栅测力锚杆，安装方便、易于操作，并且光纤光栅应变传感器与锚杆是一一对应固定关系，在施工过程中如果发现传感器受损，不能中途拆卸。专利201220191054.7设计了一种光纤光栅锚杆测力传感器，首先将光纤光栅封装在受力弹性体的凹槽内，再将光纤光栅的尾纤与保护光缆连接后固定在光缆保护接头上，光缆保护接头螺纹连接在光缆固定基座上，光缆固定基座通过螺纹固定在受力弹性体上。在施工现场先将锚杆连接头焊接在锚杆上，然后通过锚杆连接筒与受力弹性体螺丝固定在一起，故导致安装过程容易出现火花，影响矿井的安全。
技术实现思路
本技术提供了一种能在施工现场简捷安装于锚杆上，在传感器出现受损时快速更换，可重复使用的同时尽量减少传感器的使用数量的具有温度自补偿功能的光纤光栅锚杆测力计。本技术的技术方案:本技术包括具有上沿和下沿的弹性受力轴、固定设置于所述弹性受力轴中上部的温补光纤光栅、固定设置于所述弹性受力轴中部的测试光纤光栅、设置于所述弹性受力轴中间的通孔以及固定连接于所述弹性受力轴外侧的设置有光缆输出口的保护套筒。本技术所述温补光纤光栅和测试光纤光栅是焊接于所述弹性受力轴上。本技术所述温补光纤光栅和测试光纤光栅为同一根光纤上制作的两个栅区，其尾纤外侧包置有保护光缆。本技术所述上沿为平台，所述下沿为内台小于外台的阶梯台；所述保护套筒的厚度与所述下沿的内台和外台的差值相同；所述的保护套筒通过螺丝固定连接于所述下沿的内台外侧。本技术所述下沿的内台上与所述光缆输出口相对应的位置设置有用于卡置和保护所述温补光纤光栅和测试光纤光栅尾纤的凹槽。本技术所述保护套筒与所述弹性受力轴的对接处通过环氧树脂M-BondeiO密封。本技术的积极效果:本技术的温补光纤光栅固定设置于弹性受力轴的中上部，测试光纤光栅固定设置于弹性受力轴的中部，温补光纤光栅用于补偿由于温度影响导致的波长偏移，测试光纤光栅用于测量锚杆的受力情况；本技术具有温度自补偿功能，减少了传感器的安装数量。本技术的温补光纤光栅和测试光纤光栅通过金属化焊接固定于所述弹性受力轴上，可以避免胶粘导致波长蠕变的缺陷，使测量更准确、稳定。本技术的所述温补光纤光栅与测试光纤光栅为同一根光纤上制作的两个栅区，方便尾纤的保护与输出。本技术的中间设置有通孔，安装时可以将本技术直接套装在锚杆上，非常简捷；如果发现传感器出现异常，可以快速将其更换。如果在锚杆安全监测结束后，没有发生损坏，可以拆下来重复利用。本技术可以实现在一根光缆上可以串接数十个光纤光栅传感器，在巷道中危险操作面等需要的部位可以密集的安装，因此在任何部位发生异常现象，都能及时传输到井上，这样就可及时通知井下所有矿工立即撤离，从而保障了矿工们的生命安全。本技术的弹性受力轴外侧设置有保护套筒，用来保护光栅不被损伤，同时也起到防尘、防渗的密封作用；保护套筒的厚度与弹性受力轴下沿的内台和外台的差值相同并通过螺丝固定连接于下沿内台的外侧，可进一步增加密封性；保护套筒与弹性受力轴固定后，用环氧树脂M-BondeiO对连接处进行密封，可进一步实现防尘、防渗的作用。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术的剖视示意图；图3为本技术的去掉保护套筒后的结构示意图；图4为本技术的使用状态示意图；在附图中，I弹性受力轴、2温补光纤光栅、3测试光纤光栅、4通孔、5光缆输出口、6保护套筒、7保护光缆、8螺丝、9上沿、10下沿、11凹槽、12锚杆、13尾部托盘、14厚螺母。具体实施方式具体实施例:如图f 4，本技术包括弹性受力轴1，在弹性受力轴I的中上部固定有温补光纤光栅2、测试光纤光栅3，所述的温补光纤光栅2和测试光纤光栅3是通过金属化焊接固定于所述弹性受力轴I上，这样可以避免胶粘导致波长蠕变的缺陷，使测量更准确、稳定。所述的弹性受力轴I中间有一个通孔4，能够直接套装于锚杆12上。所述弹性受力轴I设置有上沿9和下沿10;所述上沿9为平台，所述下沿10为内台小于外台的阶梯台；所述保护套筒6的厚度与所述下沿10的内台和外台的差值相同；所述下沿10的内台上与所述光缆输出口 5相对应的位置设置有用于卡置和保护所述温补光纤光栅2和测试光纤光栅3尾纤的凹槽11。所述的弹性受力轴I设置有保护套筒6，所述的保护套筒6通过螺丝8固定连接于所述下沿10的内台外侧，用来保护光栅不被损伤，同时也起到防尘、防渗的密封作用；所述的保护套筒6与弹性受力轴I固定后，用环氧树脂M-BondeiO对连接处进行密封，进一步实现防尘、防渗的作用。所述的温补光纤光栅2和测试光纤光栅3的尾纤用保护光缆7保护，所述的保护光缆7通过所述保护套筒6下方的边长为3mm的光缆输出口 5输出，进入传输光缆网到达监测中心。本实施例中所述的温补光纤光栅2和测试光纤光栅3的中心波长的选择要根据所使用的光纤光栅分析仪的波长测量范围、波长分辨率等参数进行选择，并把光纤光栅的尾纤用保护光缆7进行保护，通过光缆输出口进行输出与固定，进入传输光缆网到达监测中心。本实施例的使用方法:使用锚杆12支护时，先将锚杆12打入围岩预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托盘13，将围岩与稳定岩体结合在一起，以达到支护的目的。在本实施例中锚杆采用山东同瑞矿业科技有限公司的TRY-B预应力锚杆。锚杆固定后，将本实施例的光纤光栅锚杆测力计套装于所述锚杆尾部托盘13后边，再用锚杆自带的厚螺母14将其牢牢固定。如果矿井的直接顶板与老顶发生脱离，就会使本实施例的光纤光栅锚杆测力计的弹性受力体I发生形变，进而带动测试光纤光栅3发生形变，通过监控中心的光纤光栅分析仪读取测试光纤光栅3的中心波长，转化为弹性受力轴的形变，进而测出锚杆所受力。测试光纤光栅为本研究所研制的光纤光栅，中心波长为1556.298nm，反射率为95%，3dB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅锚杆测力计，其特征在于其包括具有上沿（9）和下沿（10）的弹性受力轴（1）、固定设置于所述弹性受力轴（1）中上部的温补光纤光栅（2）、固定设置于所述弹性受力轴（1）中部的测试光纤光栅（3）、设置于所述弹性受力轴（1）中间的通孔（4）以及固定连接于所述弹性受力轴（1）外侧的设置有光缆输出口（5）的保护套筒（6）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王广祥，文继华，朱月红，亢俊健，
申请(专利权)人：石家庄经济学院，
类型：实用新型
国别省市：