[实用新型]一种基于有线传输的光纤光栅盾构机刀头磨损监测装置

说明书

本实用新型公开了一种基于有线传输的光纤光栅盾构机刀头磨损监测装置，包括激光光源，所述激光光源依次通过光纤耦合器、环形器、光电滑环和光开关与多个并联的磨损监测传感器连接，所有所述磨损监测传感器依次通过所述光开关、所述光电滑环和所述环形器与信号采集模块连接，在所述信号采集模块内设有光电探测器，所述光电探测器将输入所述信号采集模块的反射光功率信号转换成电信号并进行调制，调制后的电信号通过通信系统传输给上位机主机。本实用新型通过采用光电滑环将磨损监测传感器部分和仪器部分进行有线连接的结构，可将仪器部分设置在盾构机主控室内，避免受到刀头附近恶劣环境的不良影响，能够有效延长监测装置的工作寿命。

技术领域

本实用新型属于盾构机设备领域，特别是一种基于有线传输的光纤光栅盾构机刀头磨损监测装置。

背景技术

随着经济社会以及科学技术的发展，地铁隧道等地下工程施工建设越来越多，其中盾构机作为地下施工建设的主要机械，发挥着巨大的作用。盾构机刀头磨损量的检测是关系到地下工程建设盾构施工效率以及安全性的关键问题。盾构机的掘进刀头是一种消耗型的器件，刀头的磨损情况受到盾构机掘进参数、地质、温度等多种因素的影响，因此磨损速率不定，无法得知刀具需要更换的准确时间。而刀具更换过早，会造成刀具的浪费以及由于更换刀具频率增加而带来的操作危险可能性的增大，同时也会降低施工建设的工作效率；如果更换刀具过晚，不但可能造成盾构机设备的损坏，还可能产生严重的人员伤亡施工事故，同时更换刀具也会增加盾构机设备的危险。盾构机型号多样，部分盾构机刀盘位置工作环境恶劣，如果将监测设备的仪器部分设置在刀头附近，将会大大缩短监测装置的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于有线传输的光纤光栅盾构机刀头磨损监测装置，该装置可以使仪器部分远离盾构机刀头，使用寿命长。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于有线传输的光纤光栅盾构机刀头磨损监测装置，包括激光光源，所述激光光源依次通过光纤耦合器、环形器、光电滑环和光开关与多个并联的磨损监测传感器连接，所有所述磨损监测传感器依次通过所述光开关、所述光电滑环和所述环形器与信号采集模块连接，在所述信号采集模块内设有光电探测器，所述光电探测器将输入所述信号采集模块的反射光功率信号转换成电信号并进行调制，调制后的电信号通过通信系统传输给上位机主机；所述磨损监测传感器设有基体，在所述基体内设有编号分别为G1、G2、G3...Gn的n个纤芯，在每个所述纤芯上设有m个间隔布置的、长度方向与传感器监测磨损方向一致的、编号为f_N的光栅，所述光栅的位置(i，j)满足N＝(j-1)×n+i，i为纤芯的顺序标号，j为同一根纤芯上的光栅顺序编号，n是纤芯的数量，N为传感器所有光栅整体顺序编号，光栅f₁的磨损端和传感器的磨损端平齐，所有光栅与传感器磨损端的距离按照由小到大的顺序依次递增，依次相邻交叠设置，光栅f_N凸出光栅f_N+1的长度为光栅f_N的设定监测长度，每个所述纤芯封装在一个陶瓷插芯内，所有所述陶瓷插芯封装在所述基体内，每个所述纤芯均设有暴露在所述基体之外的尾纤，尾纤作为传感器接头。

所述基体是采用螺杆制成的。

所有所述光栅的中心反射波长按照编号从小到大依次递减。

所述激光光源为可调谐激光光源。

本实用新型具有的优点和积极效果是：将光纤光栅埋入陶瓷插芯内，陶瓷插芯封装于空心螺杆内，三者与盾构机刀头同时磨损，利用光纤光栅会因栅区长度缩短而导致功率下降的特性计算磨损量，并且为了提高磨损监测传感器的感应精度，采用在多根光纤上设置多个光栅且光栅按序交叠的结构，使多个光栅接力监测，每当一个光栅磨损至反射率较低的监测末位时，开始弃旧用新，启用下一只光栅进行监测，极大提高了磨损的监测精度。通过采用光电滑环将磨损监测传感器部分和仪器部分进行有线连接的结构，可将仪器部分设置在盾构机主控室内，避免受到刀头附近恶劣环境的不良影响，能够有效延长监测装置的工作寿命。

附图说明