一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的制作方法

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪。

背景技术：

随着现代采矿行业的发展，煤矿的开采深度日益增加，巷道所处地质条件也更加复杂，矿压显现越来越明显，煤矿顶板事故的风险增大。顶板离层是煤矿顶板事故的主要安全隐患，巷道顶板离层信息的监测，直接关系到煤矿的安全高效生产。为及时掌握巷道顶板离层的动态信息，就需要对顶板围岩进行有效地监测。

目前，监测巷道顶板离层量的普遍方法是通过传统顶板离层仪进行人工监测。传统的顶板离层仪主要有机械式顶板离层仪、电测式顶板离层仪等几类离层仪，这些离层仪都需要采用人工观测方法，在井下读数不便，同时受井下巷道条件、灯光强度的限制，读数人为误差较大，也无法实现巷道顶板离层的连续动态实时监测。

技术实现要素：

基于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪，解决了现有传统顶板离层仪精度低、灵敏度小，读数误差大，无法实现巷道顶板离层连续动态实时监测的问题。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪，包括：两根钢丝绳、卡扣螺丝、圆形游标、浅部测量筒、深部测量筒、压缩弹簧、三通管、柱形管、浅部测点锚固爪、深部测点锚固爪、外壳、浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁、浅部测点光栅、深部测点光栅、光纤、法兰盘、梁固定螺丝、转动轴、转向件、弹性件、固定夹子。所述的三通管固定在外壳内部，浅部测量筒、深部测量筒以及柱形管分别对应与三通管的三个连接头连接；浅部测量筒和深部测量筒内部均设置压缩弹簧，压缩弹簧一端与外壳固定，另一端连接圆形游标；其中一根钢丝绳一端用卡扣螺丝卡在圆形游标外，一端穿过圆形游标、浅部测量筒、柱形管，与浅部测点锚固爪连接；另一根钢丝绳一端用卡扣螺丝卡在圆形游标外，一端穿过圆形游标、深部测量筒、柱形管与深部测点锚固爪连接；浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁通过梁固定螺丝与外壳连接，浅部测点光栅、深部测点光栅分别对应粘贴在浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁内侧；浅部测点光栅、深部测点光栅设置在同一根光纤上，光纤的两端连接法兰盘；弹性件一端通过固定夹子与钢丝绳连接，另一端穿过三通管上的通孔与转向件固定连接；转向件与转动轴转动连接。

作为一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的优选方案，转向件为金属材料制成，呈L形，转向件的拐角处与所述转动轴转动连接。

作为一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的优选方案，浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁相对设置，二者大小、形状均相同，且均呈L形。

作为一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的优选方案，浅部测点光栅和深部测点光栅的中心波长大小不同。

作为一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的优选方案，浅部测点光栅和深部测点光栅连接法兰盘，法兰盘能够外接光缆，将监测信息从井下传输到井上服务器，实现远距离传输。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用光纤光栅传感技术，顶板发生离层，拉动钢丝绳，钢丝绳拉动拉伸弹簧，拉伸弹簧拉动转向件，转向件给浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁施加力，等强度悬臂梁产生应变使粘贴的光纤光栅产生应变，从而使光纤光栅中心波长发生变化，将顶板离层量转化为光纤光栅中心波长变化量，连接光缆可将中心波长变化量传输到井上服务器，从而提高了顶板离层监测的精确度和灵敏度，能够快速响应，实现了远距离监测，达到了智能预警的目的。

采用等强度悬臂梁作为传感装置，等强度悬臂梁在固定作用点处受外力作用时各界面上发生的应变相等，从而有效地解决光纤光栅在受各点不均匀应变而引起的啁啾现象；浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁可以分别传感浅部测点、深部测点的顶板离层变化量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施方式提供的基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪的结构示意图；

图中：

1-钢丝绳；2-卡扣螺丝；3-圆形游标；4-浅部测量筒；5-深部测量筒；6-压缩弹簧；7-三通管；8-柱形管；9-浅部测点锚固爪；10-深部测点锚固爪；11-外壳；12-浅部测点等强度悬臂梁；13-深部测点等强度悬臂梁；14-浅部测点光栅；15-深部测点光栅；16-光纤；17-法兰盘；18-梁固定螺丝；19-转动轴；20-转向件；21-弹性件；22-固定夹子。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

如图1所示，本实施方式提供一种基于光纤光栅传感技术的新型顶板离层仪，该装置包括两根钢丝绳1、卡扣螺丝2、圆形游标3、浅部测量筒4、深部测量筒5、压缩弹簧6、三通管7、柱形管8、浅部测点锚固爪9、深部测点锚固爪10、外壳11、浅部测点等强度悬臂梁12、深部测点等强度悬臂梁13、浅部测点光栅14、深部测点光栅15、光纤16、法兰盘17、梁固定螺丝18、转动轴19、转向件20、弹性件21、固定夹子22；本实用新型所述的三通管7固定在外壳11内部，浅部测量筒4、深部测量筒5以及柱形管8分别对应与三通管7的三个连接头连接；浅部测量筒4和深部测量筒5内部均设置压缩弹簧6，压缩弹簧6一端与外壳11固定，另一端连接圆形游标3；其中一根钢丝绳1一端用卡扣螺丝2卡在圆形游标3外，一端穿过圆形游标3、浅部测量筒4、柱形管8，与浅部测点锚固爪9连接；另一根钢丝绳1一端用卡扣螺丝2卡在圆形游标3外，一端穿过圆形游标3、深部测量筒5、柱形管8与深部测点锚固爪10连接；浅部测点等强度悬臂梁12、深部测点等强度悬臂梁13通过梁固定螺丝18与外壳11连接，浅部测点光栅14、深部测点光栅15分别对应粘贴在浅部测点等强度悬臂梁12、深部测点等强度悬臂梁13内侧；浅部测点光栅14、深部测点光栅15设置在同一根光纤16上，光纤16的两端连接法兰盘17；弹性件21一端通过固定夹子22与钢丝绳1连接，另一端穿过三通管7上的通孔与转向件20固定连接；转向件20与转动轴19转动连接。

该离层仪的工作原理为：

顶板发生离层时拉动浅部测点锚固爪和深部测点锚固爪，带动钢丝绳产生位移，拉动圆形游标产生位移；同时，钢丝绳拉动弹性件产生变形，弹性件则拉动转向件，转向件则分别给浅部测点等强度悬臂梁和深部测点等强度悬臂梁施加力，浅部测点等强度悬臂梁、深部测点等强度悬臂梁产生应变，使粘贴的浅部测点光栅、深部测点光栅产生应变，从而使光纤光栅中心波长发生变化，将顶板离层量转化为光纤光栅中心波长变化量，连接光缆可将中心波长变化量传输到井上服务器，实现巷道顶板离层的连续动态实时监测以及远距离传输。

光纤光栅顶板离层仪与这些传统的顶板离层仪相比，有较高的灵敏度，测量范围广，响应速度快，可以更精确地监测顶板离层信息。同时，光纤光栅顶板离层仪传输距离远，本身不带电，布线简单，可实现单线多点监测，而且不受电磁干扰，抗辐射性能好，耐腐蚀，适用于煤矿恶劣环境下使用。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。