FBG傳感技術(shù)在礦山地壓監(jiān)測中的應(yīng)用.pdf

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1、第64卷第5期有色金屬(礦山部分)2012年9月doi：10．3969／J．issn．1671-4172．2012．05．003FBG傳感技術(shù)在礦山地壓監(jiān)測中的應(yīng)用余樂文(北京礦冶研究總院，北京100160)摘要：在分析光纖Bragg光柵傳感(FBG)原理的基礎(chǔ)上，提出基于FBG的地壓監(jiān)測系統(tǒng)。在承德銅興礦業(yè)有限責(zé)任公司建立該地壓監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測巖體的位移和壓力變化。監(jiān)測結(jié)果表明，F(xiàn)BG傳感技術(shù)可有效監(jiān)測巖體位移和壓力變化，可靠性和穩(wěn)定性較好，具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：光纖Bragg光柵；地壓監(jiān)測；位移；壓力中圖分類號：TD76文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671—4172(2012)05—

2、0009—04ApplicationofFBGsensingtechnologyinminegroundPressuremonitoringYULewen(BeijingGeneralResearchInstituteofMining＆Metallurgy，Beijing100160，China)Abstract：OnthebasisoftheoreticalanalysisonFBG(FiberBraggGrating)sensingtechnology，thegroundpressuremonitoringsystembasedonFiberBraggGratingisproposed．

3、ThesystemisestablishedinChengDeTongXingMiningCo．，Ltd．formonitoringthechangesofdisplacementandpressure．ThemonitoringresultsshowthatFBGsensingtechnologycanmonitorthechangesofrockmassdisplacementandpressureeffectively，whichver—ifiesthereliabilityandfeasibilityofFBGsensingtechnologyandhasbroadapplicati

4、onprospect．Keywords：FiberBraggGrating；groundpressuremonitoring；displacement；pressure2O世紀(jì)7O年代，伴隨光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光為礦山安全運(yùn)營提供保證，提升礦山安全監(jiān)測的整纖傳感技術(shù)迅速發(fā)展起來，代表新一代傳感技術(shù)的體水平。發(fā)展趨勢。光纖傳感技術(shù)具有“傳”、“感”合一的特1FBG傳感技術(shù)工作原理點(diǎn)_1]，以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和傳輸外界被測量信號。光纖傳感技術(shù)可靠性好、抗電磁干擾FBG傳感技術(shù)通過對光纖內(nèi)部寫入的光柵反能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靈敏度和測試精度高、體積小、射或透射Bragg波長光譜的檢測，實(shí)

5、現(xiàn)被測結(jié)構(gòu)的質(zhì)量輕、耐久性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測。在航空應(yīng)變和溫度值的絕對測量，其傳感原理如圖1所示。航天、船舶、電力、橋梁、堤壩、邊坡和隧道等工程結(jié)而FBG的反射或透射波長光譜主要取決于光柵周構(gòu)及巖土工程的監(jiān)測與診斷中獲得廣泛的研究與應(yīng)期A和反向耦合模的有效折射率，任何使這兩用。。個(gè)參量發(fā)生改變的物理過程都將引起光柵Bragg波我國對光纖傳感技術(shù)的研究相對國外晚一些。長的漂移]。Bragg波長由式(1)決定。金屬礦山安全監(jiān)測手段以傳統(tǒng)方法為主，鮮見FBGB一2neffA(1)傳感技術(shù)在地壓監(jiān)測中的應(yīng)用實(shí)例。在本文中，采式中：一Bragg波長；neff一纖芯有效折射用FBG傳感技術(shù)對承德銅

6、興礦業(yè)公司南六號空區(qū)率；A一光柵周期。下三中段41線附近巷道進(jìn)行安全監(jiān)測，監(jiān)測巷道當(dāng)由式(1)可知，Bragg波長是隨neff和以而改變前的位移、壓力變化和長期使用的可靠性及安全性，的。當(dāng)光柵所處的外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，可能導(dǎo)致FBG本身的溫度發(fā)生變化。由于光纖材料的熱光基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重點(diǎn)項(xiàng)目(2008效應(yīng)，光柵的折射率會(huì)發(fā)生變化；由于熱脹冷縮效AA062101)。作者簡介：余樂文(1984一)，男，助理工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)及理論專業(yè)，應(yīng)，光柵的周期也會(huì)發(fā)生變化，從而引起neff的變主要從事礦山自動(dòng)化儀器儀表研發(fā)。化，最終導(dǎo)致光柵Bragg波長e的漂移。漂移的幅有色

7、金屬(礦山部分)第64卷動(dòng)對光纖傳感器可能產(chǎn)生影響。井下環(huán)境惡劣，常伴有防塵、潮濕、振動(dòng)等因素干擾，在此環(huán)境條件下，F(xiàn)BG地壓監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)依然比較穩(wěn)定，由此可見，F(xiàn)BG地壓監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性較好，適用于礦山安全監(jiān)測中。5結(jié)論1)監(jiān)測結(jié)果表明，裂縫位移變化為±0．2mm，壓力值基本保持穩(wěn)定，說明頂板巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與裂縫沒有產(chǎn)生變化相符合。2)考慮FBG的中心波長變化與溫度的交叉敏圖8數(shù)據(jù)查詢與調(diào)用感問題，