用于煤礦支護墻監(jiān)測的光纖光柵壓力傳感器研究.pdf

1、煤礦巷道填充墻對頂板的支護是確保煤礦正常作業(yè)的重要措施之一，因而利用壓力傳感器對支護墻所承受壓力的監(jiān)測顯得尤為重要。傳統(tǒng)的礦壓觀測儀多為機械式、液壓式或其它電測式，需要在測量現場配備電源，同時具有數據不能遠距離傳輸等缺點。而基于光纖光柵的土壓力傳感器能夠很好的解決這些問題，不僅具有本質安全的特性，還能實現多個光柵的組網監(jiān)測。本文設計了一種基于光纖Bragg光柵的差動式壓力傳感器，用來實現煤礦支護墻所承受頂板壓力的實時監(jiān)測。
　　

2、 文章介紹了傳感器的應用背景、相關理論，對傳感器進行理論分析建立理論模型，同時用ANSYS軟件對其模擬仿真，然后通過油壓、壓力試驗機等對傳感器進行標定，最后介紹了傳感器在煤礦的應用情況。本文的主要內容如下。
　　 1.介紹光纖光柵傳感器礦壓監(jiān)測的目的和意義，光纖光柵土壓力傳感器的研究現狀。闡述光纖光柵傳感的基本原理，重點分析光纖Bragg光柵的應力應變、溫度傳感模型，最后對土壓力傳感器埋設中的“匹配問題”進行了分析。
　　

3、 2.研究常用土壓力傳感器的結構模式，對傳統(tǒng)的差動式光纖Bragg光柵土壓力傳感器結構進行改進，設計了新的傳感器結構。對傳感器結構進行受力分析，建立理論模型，并分別討論不同傳感器模型的靈敏度，對比分析各自的優(yōu)缺點。探討傳感器的制作、裝配工藝，提出在傳感器加工制備過程中需要注意的問題。
　　 3.建立傳感器的ANSYS模型，對傳感器進行約束和加載模擬，查看其分析結果。將仿真結果與理論分析結果進行對比，分析存在差距的原因，從而進一

4、步修正理論模型。
　　 4.對傳感器進行油壓標定，傳感器的線性擬合度為99.791％，重復性誤差為2.8％。同時，對傳感器進行高低溫試驗，確定其溫度特性，驗證了傳感器在-20℃～40℃范圍內溫度對其影響可以忽略不計（相對誤差不超過0.065％）。進行壓力試驗機、混凝土試塊標定，對傳感器進行介質匹配分析以及不同介質的適應性分析，為傳感器的工程化應用提供參考。
　　 5.研究傳感器工程應用過程中的保護方案，確保傳感器在測量介