基于光纤光栅的顶板离层监测系统.pdf

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1、2013年仪表技术与传感器2013第2期InstrumentTechniqueandSensorNo．2基于光纤光栅的顶板离层监测系统倪正华。，方新秋，李嘉薇，叶小平(1．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221008；2．徐州子墨光电科技有限公司，江苏徐州221008；3．北京品傲光电科技有限公司，北京100176)摘要：根据光纤光栅传感原理研制了一种新型的顶板离层监测系统，基于光波导理论和材料力学原理推导了光纤光栅波长与位移之间的响应关系。试验结果表明：该系统的位移响应灵敏度为0．0128nm

2、／mm．光纤光栅离层在线监测系统能够实时准确地显示、存储巷道顶板离层状况，具有实现预警和报警功能。为巷道支护质量的长期在线监测提供了一种有效的手段，应用前景广阔。关键词：光纤布拉格光栅传感；离层仪；在线监测；巷道支护中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)02—0068—02DesignofRoofSeparationMonitoringSystemBased0nFiberBraggGratingNIZheng—hua’，FANGXin—qiu，LIJia．we

3、i，YEXiao—ping(1．SchoolofMines，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008China；2．XuzhouZimoPhotoelectricTechnologyCo。，Ltd，Xuzhou221008China；3．BeijingPi-opticsCo．，Ltd，Beijing，100176China)Abstract：AnewroofseparationmonitoringsystembasedfiberBraggg

4、ratingwasfabricated．Basedonthetheoryofopticalwaveguideandmaterialmechanics，therelationshipbetweenwavelengthanddisplacementwasformulized．Theexperimentalresultsshowthatthedisplacementsensitivityofthissystemwas0．0128nrnfmm．ThefiberBragggratingseparationo

5、n—linemonitoringsystemcanreal·timeaccuratelydisplay，storageofroadwayroofseparationconditions，hastheimplementationofearlywarningandalarmfunction．ItprovidesaNeffectivemeansforlong—termonlinemonitoringofanchorsupportquality，andithaswideapplicationprospec

6、t．Keywords：fiberBragggratingsensingtechnology；roofseparationinstrument；onlinemonitoring；roadwaysupporting0引言现预警和报警，便于生产管理部门掌握现场信息。煤矿井下采用锚杆支护技术的巷道，其顶板离层是最大的1FBG离层监测系统的设计安全隐患。巷道顶板的离层位移数据需要随时进行监测，以便1．1FBG离层监测系统整体结构了解锚杆的支护参数设定的合理性、巷道在使用期间顶板的稳FBG离层监测系统由FBG

7、分析仪、FBG位移计A和B、钢定性以及巷道顶板上覆岩层裂隙位置的发育等情况。目前，煤丝、锚固爪、耦合器、主光缆组成(见图1)。FBG位移计A和B矿巷道顶板离层观测使用的仪器多为纯机械式巷道顶板离层用于测定各基点的位移值，两个传感器通过耦合器与主光缆连指示仪和借助电器元件以声光方式报警的巷道顶板离层指示接，主光缆将所有位移计的信号传输到地面控制室中的FBG分仪，这都需要采用人工观测方法，在井下读数不便，同时受井下析仪上，FBG分析仪计算各点位移值，同时获得位移计A和B巷道条件、灯光强度的限制，读数人

8、为误差较大，也无法实现巷的位移差值，即为该测点的离层量。FBG分析仪能够实时显示道顶板离层动态连续监测。为了及时、科学、准确地测量巷道和储存每个测点的离层量，并能实现预警好报警功能。顶板离层的动态变化，进行巷道顶板离层自动监测是十分必要的一。鉴于此，设计了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)的顶板离层在线监测系统。光纤传感技术的研究始于20世纪70年代末，它是随光纤通信技术的发展而出现的一种新兴的光学技术。与传统传感器相比，有着体积小、灵敏度高、频带宽、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、