FBG传感技术在矿山地压监测中的应用.pdf

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1、第64卷第5期有色金属(矿山部分)2012年9月doi：10．3969／J．issn．1671-4172．2012．05．003FBG传感技术在矿山地压监测中的应用余乐文(北京矿冶研究总院，北京100160)摘要：在分析光纤Bragg光栅传感(FBG)原理的基础上，提出基于FBG的地压监测系统。在承德铜兴矿业有限责任公司建立该地压监测系统，实时监测岩体的位移和压力变化。监测结果表明，FBG传感技术可有效监测岩体位移和压力变化，可靠性和稳定性较好，具有广阔的应用前景。关键词：光纤Bragg光栅；地压监测；位移；压力中图分类号：TD76文献标识码：A文章编号：1671—4172(2012)05—

2、0009—04ApplicationofFBGsensingtechnologyinminegroundPressuremonitoringYULewen(BeijingGeneralResearchInstituteofMining＆Metallurgy，Beijing100160，China)Abstract：OnthebasisoftheoreticalanalysisonFBG(FiberBraggGrating)sensingtechnology，thegroundpressuremonitoringsystembasedonFiberBraggGratingisproposed．

3、ThesystemisestablishedinChengDeTongXingMiningCo．，Ltd．formonitoringthechangesofdisplacementandpressure．ThemonitoringresultsshowthatFBGsensingtechnologycanmonitorthechangesofrockmassdisplacementandpressureeffectively，whichver—ifiesthereliabilityandfeasibilityofFBGsensingtechnologyandhasbroadapplicati

4、onprospect．Keywords：FiberBraggGrating；groundpressuremonitoring；displacement；pressure2O世纪7O年代，伴随光纤通信技术的发展，光为矿山安全运营提供保证，提升矿山安全监测的整纤传感技术迅速发展起来，代表新一代传感技术的体水平。发展趋势。光纤传感技术具有“传”、“感”合一的特1FBG传感技术工作原理点_1]，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号。光纤传感技术可靠性好、抗电磁干扰FBG传感技术通过对光纤内部写入的光栅反能力强、动态响应快、灵敏度和测试精度高、体积小、射或透射Bragg波长光谱的检测，实

5、现被测结构的质量轻、耐久性强、可实现远距离实时监测。在航空应变和温度值的绝对测量，其传感原理如图1所示。航天、船舶、电力、桥梁、堤坝、边坡和隧道等工程结而FBG的反射或透射波长光谱主要取决于光栅周构及岩土工程的监测与诊断中获得广泛的研究与应期A和反向耦合模的有效折射率，任何使这两用。。个参量发生改变的物理过程都将引起光栅Bragg波我国对光纤传感技术的研究相对国外晚一些。长的漂移]。Bragg波长由式(1)决定。金属矿山安全监测手段以传统方法为主，鲜见FBGB一2neffA(1)传感技术在地压监测中的应用实例。在本文中，采式中：一Bragg波长；neff一纤芯有效折射用FBG传感技术对承德铜

6、兴矿业公司南六号空区率；A一光栅周期。下三中段41线附近巷道进行安全监测，监测巷道当由式(1)可知，Bragg波长是随neff和以而改变前的位移、压力变化和长期使用的可靠性及安全性，的。当光栅所处的外界环境发生变化时，可能导致FBG本身的温度发生变化。由于光纤材料的热光基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目(2008效应，光栅的折射率会发生变化；由于热胀冷缩效AA062101)。作者简介：余乐文(1984一)，男，助理工程师，机械设计及理论专业，应，光栅的周期也会发生变化，从而引起neff的变主要从事矿山自动化仪器仪表研发。化，最终导致光栅Bragg波长e的漂移。漂移的幅有色

7、金属(矿山部分)第64卷动对光纤传感器可能产生影响。井下环境恶劣，常伴有防尘、潮湿、振动等因素干扰，在此环境条件下，FBG地压监测运行状态依然比较稳定，由此可见，FBG地压监测系统的可靠性和稳定性较好，适用于矿山安全监测中。5结论1)监测结果表明，裂缝位移变化为±0．2mm，压力值基本保持稳定，说明顶板岩体结构稳定，与裂缝没有产生变化相符合。2)考虑FBG的中心波长变化与温度的交叉敏图8数据查询与调用感问题，