煤矿顶板离层回归分析与稳定性评价

以光纤Bragg光栅位移传感器对淮北朱仙庄煤矿顶板离层监测为实际数据依据,选择最佳的典型函数模型对顶板离层进行非线性回归分析,得出能够反映位移发展趋势的回归曲线。监测结果与回归拟合数据表明:非线性回归分析预测方法不仅可以反映煤矿顶板离层实时变化过程,还能根据其变化趋势进行巷道稳定性判断。     

围岩压力在煤矿爆破中的光纤在线监测

围岩压力状况的在线实时监测,特别是在煤矿爆破过程中,对及时采取安全支护措施和预防顶板失稳具有重要意义。利用ANSYS有限元仿真分析顶板的受力分布,将一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器通过全锚锚杆使传感器均匀地承接来自直接顶的压力作用。在试点处,通过螺母与锚杆伸出端的螺纹连接,用托盘将土压力传感器紧紧顶靠在围岩顶板上。采集数据显示,监测数据的曲线走势出现三次峰值突变,分别为128kPa、87kPa和134kPa,反映出煤矿爆破对围岩压力产生的扰动作用。实现了在爆破过程中对围岩压力的实时监测,为进一步的顶板失稳预报提供了可靠的数据支持。     

基于椭圆位移放大结构的光纤光栅位移传感器

针对采用悬臂梁或变形圆环作为光纤光栅位移传感器的弹性形变结构时,位移灵敏度较低的问题,采用新型的椭圆位移放大机构对位移探杆的微小位移量进行放大,改变椭圆放大器的机械尺寸调整传感器的位移分辨率.当椭圆位移放大机构的长度为60mm,宽度为19.8mm,中间最大宽度为30mm时,探杆的机械位移放大倍率约为2倍.当量程变化为0~100mm时,实验测得光纤光栅位移传感器的分辨率为6.1pm/mm,位移量和对应波长移动线性相关系数为0.998 52.适于机械装备和土木工程的结构位移高精度在线监测.     

水银柱活塞差动式光纤布拉格光栅倾角传感器

为了适应公路边坡倾斜监测的需要,提出了一种新型的水银柱活塞差动式光纤布拉格光栅(FBG)倾角传感器。传感器所测对象的倾角发生变化时,水银柱在金属壳内的有效长度发生改变,对传压活塞的压力也相应改变。传压活塞通过传力杆将水银的压力传递给等强度悬臂梁自由端,使得粘贴在等强度悬臂梁左右两侧的FBG中心波长变化。利用有限元方法在不同倾斜角度下运用两点粘贴法分析等强度悬臂梁与FBG的应力特性,根据仿真参数研制了倾角传感器,并对该传感器进行了角度标定实验和温度敏感实验。实验结果表明,FBG倾角传感器量程范围为0°~40°,灵敏度为21.8pm/(°),拟合度R2为0.998,重复性为1.12%。     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 mm的时候,位移灵敏度为123 pm/mm,温度补偿前,温度对位移的影响是234.9 μm/℃;温度补偿后,温度对位移的影响为17 μm/℃.本位移传感器量程大、线性好、准确度高,不易受恶劣环境影响.     

基于静电力偏移的弱静电场测量

本设计利用微型弹簧支撑膜静电场传感器在微弱静电场下会发生微弱位移变化的原理制作而成.首先利用函数信号发生器驱动传感器的支撑膜振动,并将该传感器放入微弱静电场中,支撑膜的振动平衡位置受静电场力作用将发生改变,利用激光光点反射放大法测量平衡位置的微小变化,从而获得微弱静电场的强度.通过测量由两圆形金属板构成的1 V/mm微弱静电强,当传感器处于平行板的中心位置时,测量结果相对误差小于3%.     

矿井下用光纤光栅水压传感器及系统

研究了一种基于光纤Bragg光栅的弹簧管式新型水压传感器.利用ANSYS软件对传感器的灵敏度进行模拟计算,并对传感器性能进行了标定和测试,达到了很好的效果.将传感器安装到煤矿井下进行水压远程在线监测,与压力表测量数据进行对比,进一步验证了传感器用于煤矿水压监测的可行性.     

面向边坡滑移的剪切位移传感装置

基于光纤布喇格光栅传感监测原理,设计了一种用于岩土滑坡监测的剪切位移传感装置.在等强度悬臂梁上粘贴光栅构成位移传感器,位移传感器被嵌入Φ50的聚氯乙烯树脂管中,Φ50聚氯乙烯树脂管外套Φ70聚氯乙烯树脂管,在两管之间浇筑1:1的砂浆.通过室内模拟剪切测试,该装置对剪切位移测量为30mm,初测精度为0.5mm,其对30mm位移传感转变成光栅波长变化量为1 200pm.该装置灵敏度高、稳定性好、测量范围大、线性好、结构简单,可用于滑坡以及野外岩土结构工程等进行长期有效的监测.     

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20 m...     

动态激励下的FBG应变传感器原位校准方法

针对光纤光栅应变传感器测量桥梁结构动态应变值的准确性问题,提出了一种动态激励下的光纤光栅应变传感器的校准方法。采用等强度悬臂梁模拟桥梁结构,在等强度悬臂梁末端瞬间悬挂不同重量的砝码来模拟桥梁上汽车产生的动态激励。以电阻应变片作为参考传感器,光纤光栅应变传感器作为待校准传感器,将这两个传感器的测量数据序列进行比对。针对传感器的测量数据序列出现的时间错位问题,采用互相关算法对参考传感器和待校准传感器的测量数据进行数据匹配。在光纤光栅应变传感器有初始值的情况下进行测量值校准的研究。实验结果表明,该方法有效解决了测量数据序列的时间错位问题,实现了光纤光栅应变传感器的动态校准,采用不同重量的砝码作为激励源对校准结果没有影响,1529 nm和1547 nm波长的光纤光栅应变传感器灵敏度校准系数与静态标定结果基本一致。