用于煤礦支護(hù)墻監(jiān)測(cè)的光纖光柵壓力傳感器研究.pdf

1、煤礦巷道填充墻對(duì)頂板的支護(hù)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(duì)支護(hù)墻所承受壓力的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。傳統(tǒng)的礦壓觀測(cè)儀多為機(jī)械式、液壓式或其它電測(cè)式，需要在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)配備電源，同時(shí)具有數(shù)據(jù)不能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)热秉c(diǎn)。而基于光纖光柵的土壓力傳感器能夠很好的解決這些問(wèn)題，不僅具有本質(zhì)安全的特性，還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)光柵的組網(wǎng)監(jiān)測(cè)。本文設(shè)計(jì)了一種基于光纖Bragg光柵的差動(dòng)式壓力傳感器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦支護(hù)墻所承受頂板壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
　　

2、 文章介紹了傳感器的應(yīng)用背景、相關(guān)理論，對(duì)傳感器進(jìn)行理論分析建立理論模型，同時(shí)用ANSYS軟件對(duì)其模擬仿真，然后通過(guò)油壓、壓力試驗(yàn)機(jī)等對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，最后介紹了傳感器在煤礦的應(yīng)用情況。本文的主要內(nèi)容如下。
　　 1.介紹光纖光柵傳感器礦壓監(jiān)測(cè)的目的和意義，光纖光柵土壓力傳感器的研究現(xiàn)狀。闡述光纖光柵傳感的基本原理，重點(diǎn)分析光纖Bragg光柵的應(yīng)力應(yīng)變、溫度傳感模型，最后對(duì)土壓力傳感器埋設(shè)中的“匹配問(wèn)題”進(jìn)行了分析。
　　

3、 2.研究常用土壓力傳感器的結(jié)構(gòu)模式，對(duì)傳統(tǒng)的差動(dòng)式光纖Bragg光柵土壓力傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了新的傳感器結(jié)構(gòu)。對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。探討傳感器的制作、裝配工藝，提出在傳感器加工制備過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。
　　 3.建立傳感器的ANSYS模型，對(duì)傳感器進(jìn)行約束和加載模擬，查看其分析結(jié)果。將仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析存在差距的原因，從而進(jìn)一

4、步修正理論模型。
　　 4.對(duì)傳感器進(jìn)行油壓標(biāo)定，傳感器的線性擬合度為99.791％，重復(fù)性誤差為2.8％。同時(shí)，對(duì)傳感器進(jìn)行高低溫試驗(yàn)，確定其溫度特性，驗(yàn)證了傳感器在-20℃～40℃范圍內(nèi)溫度對(duì)其影響可以忽略不計(jì)（相對(duì)誤差不超過(guò)0.065％）。進(jìn)行壓力試驗(yàn)機(jī)、混凝土試塊標(biāo)定，對(duì)傳感器進(jìn)行介質(zhì)匹配分析以及不同介質(zhì)的適應(yīng)性分析，為傳感器的工程化應(yīng)用提供參考。
　　 5.研究傳感器工程應(yīng)用過(guò)程中的保護(hù)方案，確保傳感器在測(cè)量介