[发明专利]一种基于码盘与光纤光栅结合的矿用围岩位移传感装置

说明书

本发明公开了一种基于码盘与光纤光栅结合的矿用围岩位移传感装置，包括至少一个位移传感机构，位移传感机构包括从上至下依次连接的基点锚头、锚固钢丝绳、联动连接块和传动钢丝绳，传动钢丝绳带动码盘在码盘通道内运动，码盘通道设置在光开关信号发生器内，光开关信号发生器包括准直器底座，在准直器底座上安装有同轴设置的接收准直器和发射准直器，码盘通道设置在接收准直器和发射准直器之间，码盘在码盘通道内运动时按照设定间隔遮挡或导通接收准直器和发射准直器之间的光路，接收准直器通过光纤Ⅰ与分光器连接，在发射准直器上连接有光纤光栅。本发明工作性能稳定，精度高，不受外界温度变化及电磁干扰的影响，便于生产和使用。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于码盘与光纤光栅结合的矿用围岩位移传感装置。

背景技术

随着社会的不断发展，科技的不断进步，对于矿场的施工作业安全，越来越受到人们的关注。施工设施的安全运行需要实时监测，监测设备的需求量越来越多。

煤矿巷道围岩的沉降监测一直是煤矿安全的重要监测内容，如果顶板围岩下沉没有被及时发现处理，会导致巷道坍塌的重大事故。目前，用于监测煤矿巷道顶板围岩下沉的传感装置多为纯机械式或有源传感装置。其中纯机械式传感装置无法提供实时的数据输出，并需要工人定期现场观察记录，不仅无法保证数据的及时性，而且人工观测会加入人为误差，也无法保证数据的准确性。有源传感装置需要提供电源进行井下监控，对于类似煤矿等特殊的工作环境必定会产生安全隐患，甚至造成人员和财产的损失。而光纤传感装置凭借特有的无需供电、经久耐用、精度高、灵敏度高、本质安全等特性，逐渐地进入了煤矿行业。

目前市场上使用的光纤光栅矿用围岩位移传感装置多采用将光纤光栅应变传感装置安装在围岩位移传感装置之中，顶板围岩如出现下沉会拉伸光纤光栅应变传感装置，应变传感装置中的光纤光栅产生拉伸形变，反射的中心波长会产生变化，从而得出拉伸量与中心波长变化量的对应关系，该装置能够实时获取顶板围岩的下沉量，但围岩传感装置所使用的应变传感装置存在一个问题：温度变化会影响光栅的中心波长变化，因此需要区分光纤光栅反射中心波长的变化是由拉伸导致的，还是由温度导致。为了消除温度影响，通常需要加入一只光纤光栅温度传感装置进行温度补偿，但实际情况是虽然加入了温度补偿，由于需要进行二次运算，其中一个变量出现误差就会导致结果的不准确，所以此类传感装置在长时间使用过程中，会出现不规则的数据跳动，不能真实反应当前顶板围岩的位移量。并且现有应变传感装置制作工艺复杂，需要进行反复的标定测试。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于码盘与光纤光栅结合的矿用围岩位移传感装置，该装置工作性能稳定，精度高，不受外界温度变化及电磁干扰的影响，便于生产和使用。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于码盘与光纤光栅结合的矿用围岩位移传感装置，包括主机盒、与所述主机盒固接的、竖直设置的过绳管以及至少一个位移传感机构，所述过绳管，上端固接有密封接头，下端与所述主机盒连通，外侧上端设有锚爪，所述位移传感机构包括从上至下依次连接的基点锚头、锚固钢丝绳、联动连接块和传动钢丝绳，所述传动钢丝绳缠绕在线轴上，所述线轴固装在转轴上，所述转轴安装在支撑座上，所述支撑座固定在所述主机盒内；在所述转轴上固装有码盘，在所述码盘上设有多个按照设定规则布置的光道，所述码盘设置在码盘通道内，所述码盘通道设置在光开关信号发生器内，所述光开关信号发生器包括准直器底座，所述准直器底座，设置在所述码盘的外侧，纵断面为“凹”字形，中部凹槽为所述码盘通道，在所述准直器底座的两侧分别安装有成对同轴设置的接收准直器和发射准直器，所述码盘通道设置在所述接收准直器和所述发射准直器之间，所述码盘在所述码盘通道内运动时按照设定间隔遮挡或导通所述接收准直器和所述发射准直器之间的光路，所述接收准直器通过光纤Ⅰ与分光器连接，在所述发射准直器上连接有光纤光栅，所述分光器、所述准直器底座和所述码盘设置在所述主机盒内；所述锚固钢丝绳穿越所述密封接头，二者活动连接；在所述过绳管的外侧下部连接有位置可调的顶板托盘。