0]以煤矿用箕斗6为例进行说明，箕斗6的装煤卸煤瞬间箕斗6处于静止状态，这段时间可由提升机的控制信号得到。当提升机控制系统发出停车命令后，由运算控制器记录此时间。箕斗6还有一段减速时间，在此时间段内，应力仍然是变化的，当箕斗6静止后，应力的变化幅度和频率都将趋于稳定，如图3所示。
[0041]当箕斗6装煤瞬间，应力发生急剧变化，然后趋于稳定。由本装置内的控制器对这段时间内的应力作分析计算，就可得到装煤前后箕斗6的重量。
[0042]与其他方式相比，这两种方式得到的数据是箕斗6重量较真实的反映，受干扰较小。
[0043]光纤光栅的安装:
[0044]首先在箕斗6上方的刚性连接体上刻一凹槽11，凹槽11横截面为半圆形，直径为5mm，长度为1 cm，将应变光纤光栅4放入凹槽11内，并用绝热固化密封胶封将凹槽11封闭，刚性体5两端用金属卡箍7进行加固，以避免密封胶脱落，并可使光纤光栅与刚性体5紧密结合。这时，当刚性体5受到纵向应力时，带动应变光纤光栅4发生纵向形变，从而改变了应变光纤光栅4的波长。
[0045]其中，应变光纤光栅4采用Bragg光栅(布拉格光栅)，它采用波长调制，不受光强影响，抗干扰能力强，能对波长进行编码，易于复用、组成系统，并且具有体积小、重量轻、耐高电压、耐腐蚀、本质防爆等特点。
[0046]当一束宽光谱光通过FBG时，FBG反射回一束单色光，它的波长λ满足下式]:
[0047]λ = 2ηΛ
[0048]其中η为应变光纤光栅4的有效折射率，Λ为布拉格光栅的周期。由于η和Λ都与布拉格光栅的温度和应变状态有关，所以波长λ随温度和应变变化而变化。在一定温度下，当布拉格光栅上受应力产生轴向应变ε时，η和Λ随之变化，则布拉格光栅波长的变化量Δ λ为:
[0049]Δλ=(卜 Ρ0)λε
[0050]其中有效弹光常数Pe为:
[0051]Pe = -n2[pi2_y(pii+pi2)]/2
[0052]式中pn和p12为光纤的弹光常数，μ为泊松比，对普通的石英光纤，Pe约为0.22。
[0053]这样，通过实时检测波长的变化就可得到刚性体5形变情况。
[0054]为了克服温度变化对应变测量的影响，在凹槽11的前端串接一温度光纤光栅9，并用金属壳10体保护，其不与刚性体5直接接触，并用卡箍7固定在刚性体5凹槽11内。
[0055]传感光纤3与分路器直接相连，然后分别与宽带光源和解调仪相连，本装置的解调方法可采用现有的光纤布拉格光栅应变温度解调方法，该方案已成熟，在此不再赘述。
[0056]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:包括光纤辅轮、传感光纤、应变光纤光栅和控制系统，其中，所述光纤辅轮与天轮同轴设置，与其同步转动以承载传感光纤，箕斗通过钢丝绳活动链接在天轮上，应变光纤光栅固定于连接箕斗与钢丝绳的刚性体上，传感光纤连接应变光纤光栅，控制系统控制天轮的运转，以带动光纤辅轮运动，带动箕斗上下运动，并接收传感光纤采集的应变光纤光栅的应变值，计算装煤前后箕斗的重量。2.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述应变光纤光栅通过卡箍固定在箕斗与钢丝绳之间的刚性体上。3.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述控制系统，包括运算控制器和光纤应变解调仪，其中，运算控制器接收提升机电控信号，发送启动信号，控制箕斗上下运动，传感光纤接收应变光纤光栅将形变转化为波长的变化，光纤应变解调仪采集传感光纤的光信号，将其转换为电信号，运算控制器接收该电信号，计算得到应变信息。4.如权利要求1或3所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述控制系统还设有计时单元，采集箕斗处于静止状态的时间和运行时间。5.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述传感光纤与分路器连接，分路器连接光源和光纤应变解调仪。6.如权利要求1所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述刚性体上端设有凹槽，应变光纤光栅设置于凹槽内。7.如权利要求6所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述凹槽的前端设置有温度光纤光栅，采集刚性体温度。8.如权利要求7所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置，其特征是:所述温度光纤光栅通过卡箍固定在刚性体上，外部设有保护套。9.一种基于光纤传感的箕斗称重检测方法，其特征是:包括以下步骤: (1)将应变光纤光栅固定于刚性体上，保证刚性体受到纵向的应力时，应变光纤光栅发生纵向形变； (2)保持箕斗静止，利用光源照射应变光纤光栅，检测反射的波长； (3)控制箕斗运动，根据采集的箕斗的启停时间，确定箕斗运行稳定的状态，检测此时应变光纤光栅的波长，计算应变光纤光栅的波长变化量，得到刚性体形变值； (4)根据刚性体形变值，通过换算得到箕斗重量的变化规律，计算箕斗的重量以及物料的重量。10.如权利要求9所述的一种基于光纤传感的箕斗称重检测方法，其特征是:所述步骤(3)中，同时采集温度光纤光栅的温度信息，排除温度变化对应变测量值的影响。
【专利摘要】本发明公开了一种基于光纤传感的箕斗称重检测装置及方法，本发明利用箕斗上方刚性体的形变对箕斗重量的反映，采用光纤光栅测量该形变的大小，并通过换算得到箕斗重量的变化规律，并结合箕斗提升启动停车时间，获得箕斗处于稳定状态的重量，进一步计算出箕斗重量变化，并统计出出煤量。同时还能实时获得钢丝绳应力变化情况，实时的检测提升系统的安全性。本发明基于应力分析计算，得到箕斗的前后重量，得到的数据是箕斗重量较真实的反映，受干扰较小。
【IPC分类】G01G3/12, G01D5/26
【公开号】CN105444848
【申请号】CN201610051945
【发明人】何为凯, 高丽, 栾成岱, 马昕, 何羽民, 高玲玲, 张浩杰, 董敏
【申请人】济南大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2016年1月26日