一种相似模拟试验中巷道位移监测系统

1.本实用新型涉及一种巷道位移监测技术，具体涉及一种相似模拟试验中巷道位移监测系统。


背景技术：

2.地下矿山开采过程中需要掘进大量的巷道，在地下应力场、温度场、爆破振动、机械振动以及其他复杂的环境条件作用下巷道会发生位移、变形，不及时地控制变形巷道会发生冒顶、片帮等事故，严重威胁作业人员安全。
3.物理相似模拟试验是研究地下矿山巷道安全稳定性常用的方法，目前相似模拟试验中巷道的位移监测是通过在巷道周围布置应变片进行位移监测，但布置应变片的缺点主要是无法直接测量巷道表面位移，而是通过测量巷道周围围岩的位移来推测巷道内表面的位移；安装步骤多，操作繁琐，需要在巷道周围布置很多应变片，操作不便，精度低。
4.因此，如何提供一种操作方便、精度高且能直接测量相似模拟试验中巷道位移的监测系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种相似模拟试验中巷道位移监测系统，操作方便，测量精度高。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种相似模拟试验中巷道位移监测系统，其包括：
7.底座，所述底座包括伸缩杆及底座支架，所述伸缩杆固定在所述底座支架上；
8.光纤光栅传感机构，所述光纤光栅传感机构包括连接座、安装壳体、用于测量相似模拟巷道的顶板、底板、两帮及拱腰的位移的位移测量装置、光纤耦合器及光纤接头，所述连接座固定连接在所述安装壳体的一侧中部，所述连接座与所述伸缩杆的自由端部固定连接；所述安装壳体具有外圆周面且其四周连接紧固螺栓；所述位移测量装置包括多组，所述位移测量装置滑动连接在所述安装壳体的外圆周面侧且可通过所述紧固螺栓固定；所述光纤耦合器位于所述安装壳体内，所述光纤接头的两端分别与所述位移测量装置及光纤耦合器连接；
9.光纤解调仪，所述光纤解调仪通过光纤与所述光纤耦合器连接；
10.计算机系统，所述计算机系统通过光缆与所述光纤解调仪连接用于接收处理所述位移测量装置的位移数据。
11.本实用新型的有益效果是：通过光纤光栅传感机构测量相似模拟巷道的顶板、底板、两帮及拱腰位置处的位移形变，并通过光纤耦合器、光纤解调仪与计算机系统连接，接收测量数据，可以实现对相似模拟试验中巷道位移的直接地、实时地、连续地监测；光纤光栅传感机构具有抗干扰强、高灵敏度、高精度的优点和特性，可为相似模拟试验中巷道的位移提供准确的测量数据，整体结构安装简单，操作方便，避免了复杂繁琐的安装过程，同时
也保证了测量的精度，在相似模拟试验中巷道位移测量领域具有广阔前景。
12.优选的，所述位移测量装置包括探针外壳、弹簧、探针、光纤光栅位移传感器、保护套及滑动座，所述探针外壳的顶部开设探针孔，所述探针一端位于所述探针孔内，所述弹簧位于所述探针外壳的内部且其的一端与所述探针一端固定连接，所述弹簧的另一端连接所述光纤光栅位移传感器；所述保护套固定位于所述光纤光栅位移传感器的外周，所述探针外壳固定连接在所述滑动座上；所述安装壳体的周侧环设有滑槽，所述滑动座滑动连接在所述滑槽内；所述紧固螺栓固定连接在所述滑槽的侧壁且可抵接所述滑动座的侧壁，所述光纤接头的两端分别连接所述光纤光栅位移传感器及光纤耦合器。
13.优选的，所述光纤解调仪位于所述安装壳体的外侧，所述安装壳体的一侧开设光纤孔，所述光纤耦合器连接光纤，且光纤穿过所述光纤孔与所述光纤解调仪连接。
附图说明
14.图1为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统的结构图；
15.图2为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统光纤光栅传感机构的结构示意图；
16.图3为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统光纤光栅传感机构的结构剖视图；
17.图4为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统光纤光栅传感机构中位移测量装置剖视图；
18.图5为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统光纤光栅传感机构正视图；
19.图6为本实用新型一种相似模拟试验中巷道位移监测系统底座示意图。
20.1相似模拟巷道、2底座、21伸缩杆、22底座支架、3光纤光栅传感机构、31位移测量装置、311探针、312探针外壳、313滑动座、314弹簧、315光纤光栅位移传感器、316保护套、32光纤接头、33安装壳体、34光纤耦合器、35连接座、4光纤解调仪、5计算机系统、6光纤孔、7紧固螺栓、8光纤、9光缆。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.参阅本实用新型附图1至6，根据本实用新型实施例一种相似模拟试验中巷道位移监测系统，其包括：
23.底座2，底座2包括伸缩杆21及底座支架22，伸缩杆21固定在底座支架22上；
24.光纤光栅传感机构3，光纤光栅传感机构3包括连接座35、安装壳体33、用于测量相似模拟巷道1的顶板、底板、两帮及拱腰的位移的位移测量装置31、光纤耦合器34及光纤接头32，连接座35固定连接在安装壳体33的一侧中部，连接座35与伸缩杆21的自由端部固定连接；安装壳体具有外圆周面且其四周连接紧固螺栓7；位移测量装置31包括多组，位移测
量装置31滑动连接在安装壳体33的外圆周面侧且可通过紧固螺栓7固定；光纤耦合器34位于安装壳体33内，光纤接头32的两端分别与位移测量装置31及光纤耦合器34连接；
25.光纤解调仪4，光纤解调仪4通过光纤8与光纤耦合器34连接；
26.计算机系统5，计算机系统5通过光缆9与光纤解调仪4连接用于接收处理位移测量装置31的位移数据。
27.在另一些实施例中，位移测量装置31包括探针311、探针外壳312、滑动座313、弹簧314、光纤光栅位移传感器315及保护套316，探针外壳312的顶部开设探针孔，探针311位于探针孔内，弹簧314位于探针外壳312的内部且其的一端与探针311的底部固定连接，弹簧314的另一端连接光纤光栅位移传感器315，保护套316固定位于光纤光栅位移传感器315的外周，探针外壳312固定连接在滑动座313上，安装壳体33的周侧环设有滑槽，滑动座313滑动连接在滑槽内，滑槽的侧壁连接有紧固螺栓7，紧固螺栓7抵接滑动座313的侧壁且固定滑动座313的周向转动位置，光纤接头32连接光纤光栅位移传感器315。
28.具体的，巷道产生位移导致探针下移，弹簧压缩，弹簧将应力传给光纤光栅位移传感器，光纤光栅位移传感器受到的应力发生变化，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，光纤解调仪即通过检测波长的变化推导出外界应力变化，计算机系统进一步推导出位移的变化。光纤耦合器是将5个位移测量装置的信号集中到一起。
29.在另一些具体实施例中，光纤解调仪4位于安装壳体33的外侧，安装壳体33的一侧开设光纤孔6，光纤耦合器34连接光纤8，且光纤穿过光纤孔6与光纤解调仪4连接。
30.本实用新型还公开了一种相似模拟试验中巷道位移的监测方法，其包括以下步骤：
31.步骤一，根据相似模拟试验巷道的位置，将底座安放至合适的位置，通过调节伸缩杆的位置来调整光纤光栅传感机构的位置，使其位于相似模拟巷道的中间；
32.步骤二，调节安装壳体四周上的紧固螺栓，使多个位移测量装置分别与巷道顶板、底板、两帮和拱腰垂直并紧密接触；
33.步骤三，将光纤耦合器与光纤解调仪连接，将光纤解调仪与光缆连接，将光缆与计算机系统连接；
34.步骤四，通过计算机系统对相似模拟试验中巷道的位移数据进行实时的监测和记录。
35.本实用新型中光纤光栅位移传感器可以绕安装壳体的中心旋转，紧固螺栓用以固定光纤光栅位移传感器，以调整至需要监测的位置。
36.本实用新型可以实现对相似模拟试验中巷道位移的直接地、实时地、连续地监测；采用光纤光栅传感机构作为位移传感装置，具有抗干扰强、高灵敏度、高精度的优点，可为相似模拟试验中巷道的位移提供准确的测量数据；采用多组光纤光栅位移传感器，可同时对相似模拟试验中巷道的顶板、底板、两帮和拱腰的位移进行监测，计算机系统可实时得到巷道的位移数据；且操作方便，避免了复杂繁琐的安装过程，同时也保证了测量的精度，在相似模拟试验中巷道位移测量领域具有广阔前景。
37.对于实施例公开的装置和使用方法而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
38.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新
型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。