基于FBG智能格栅的巷道围岩收敛形态感知原理研究

发布时间：2020-05-17 16:06

【摘要】：针对煤矿巷道的围岩收敛感知问题,本文综合采用理论分析、数值模拟和实验室试验方法,研究提出了一种基于FBG智能格栅的形态重构系统,探讨了该系统的感知原理,并测试了应用价值。主要研究工作如下:(1)研究提出了对传感器FBG进行金属化封装的技术工艺,在去涂覆层、粗化、敏化、活化等预处理的基础上,实现了光纤纤芯表面的化学镀铜和电镀锌,金属化工艺成形性和结合性良好,具有较高的可行性。基于高精度的FBG金属化封装,基于预弯构件的曲率传感原理,建立了理论模型,推导得出标距内曲率k与金属化FBG中心波长变化量?λ的数学关系模型,两者呈线性关系,其系数由格栅基体的本证力学参数决定。(2)开发构建了FBG智能格栅系统。研究确定了8号铁丝作为基体材料、正方栅格焊接和金属化FBG金属胶接的构建方式,并通过实验室试验验证了该系统曲率传感的有效性和精确性。试验表明二维格栅组件在不同曲率状态下的FBG波长漂移量与理论解基本保持一致,即曲率与FBG波长漂移量呈线性关系,拟合度精度较高。(3)开发了基于离散曲率信息的FBG智能格栅变形重构模型。以格栅起始点为支点,在FBG感知阵列的等标距划分基础上,以阵列区间离散曲率信息递推出下一标距点的空间坐标,从而实现整个格栅的形态重构。采用数值仿真方法,对基于二维和三维格栅的重构法模型可行性和精度进行了探究,结果表明重构后曲线形状与仿真所得变形吻合较好,具有较高的实用价值。(4)实验室测试了本文FBG智能格栅在巷道围岩收敛测量领域的适用性,模拟巷道断面形态和轴向收敛状态,分别实施了基于二维和三维形态重构的FBG智能格栅的形态重构试验。结果表明,二维FBG智能格栅系统的实测位移曲线均与重构位移曲线实现了较好吻合;三维状态下FBG格栅通过重构方法所得的形态云图与实测值吻合程度非常高,最大坐标轴向误差仅为10.2mm。证明了二维和三维FBG智能格栅系统具有较高的精度,可满足巷道断面形状和轴向收敛形态感知和监测需求。
【图文】：

金属化,实验材料,化学方法,物理方法

图 2-2 FBG 金属化实验材料筹备ure 2-2 Flow chart of FBG metallization pretreatment pr与清洁工艺层栅属于硬脆易断材料，故在实际生产应用中会在涂覆层，以增加其柔韧性。因涂覆层属于软材间的结合性较差，故需要将其去除，以避免因软果带来不利影响[84]。方法主要有化学方法和物理方法：物理方法采用便捷，但有去除不够彻底和易损伤光纤光栅的成不良影响；化学方法的原理为有机材料易溶但去除较为彻底[85]。综上，本文选用化学方法

化学法,清洁方法,涂覆层,除油

图 2-3 化学法去保护层Figure 2-3 Chemical method to remove the protective laye：用 FBG 处理为统一长度，用标签进行编号；后的 FBG 依次粘在固定架上，将下部浸泡在 500m出，在去离子水中清洗 3-5min。清洁方法时，外包层和涂覆层之间以及涂覆层与纤芯之间通常生产工艺的局限性造成的。只要不破坏光纤外层结构用没有任何影响[86]。但若进行光纤金属化封装处理到光纤纤体与镀层金属之间的致密结合。故欲实现光必须采取合适的除油清洁方法，以避免因油膜存在而整等问题。在应用中，，常规的除油清洁方法主要分为溶剂除油三类。氯乙烯、乙醇等均为使用范围很广的有机溶剂。喷淋
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD353

【参考文献】