光纤布拉格光栅测力锚杆传感特性与测量误差研究

发布时间：2021-04-04 05:20

　　巷道围岩破坏存在隐蔽性,内部破坏不易察觉,传统的检测方法易受外界干扰,信号处理复杂;不能实现长期稳定监测;不能实现分布测量;不利于远距离信息传输;人工采集数据容易引入人为因素造成的误差,并且效率低。为解决上述问题,本文以光纤布拉格光栅传感理论为基础,研究了一种光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）测力锚杆的传感特性和测量误差,在阳煤一矿81303回风巷道中构建了锚杆杆身轴力分布的光纤布拉格光栅矿压在线监测系统,成功监测井下巷道锚杆杆身受力情况。本文采用理论分析、数值仿真、实验室试验和工程实践等多种手段,围绕FBG测力锚杆传感特性和测量误差展开研究。论文研究的主要内容包括:（1）介绍了光纤布拉格光栅传感原理,FBG测力锚杆的设计依据、结构及工作原理。基于剪滞理论,认为表贴式光纤光栅传感器接收到的应变由基体材料以剪切应变的形式通过黏结层传递到光纤光栅上,建立力学分析模型,提出用标准线性模型描述黏结层流变特性,推导出光纤光栅传感器瞬时和准静态的应变传递效率公式,结合光纤光栅传感特性,推导了锚杆杆体应变公式。（2）通过Matlab数值仿真的方法分析了黏结层剪切模量、黏... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锚杆轴向受力示意图

利用强紫外激光改变掺锗光纤纤芯的结构，在光纤内部沿轴向形成折射率周期变化，等距均匀分布的条纹被称为光纤布拉格光栅。主要结构由内向外依次为纤芯、包层、涂覆层、增强纤维和保护套，其结构如图3-1所示。图3-1 光纤布拉格光栅结构示意图Figure 3-1 Schematic diagram of fiber Bragg grating structure如图3-2所示，一束光在经过刻有光栅的位置时，满足光栅波长条件的光被反射回来而形成反射光，其余光发生透射，反射光经过一系列光学元件被解调出来，得到的反射光波长的峰值称为布拉格中心波长B 。FBG传感器工作原理就

图3-1 光纤布拉格光栅结构示意图Figure 3-1 Schematic diagram of fiber Bragg grating structure如图3-2所示，一束光在经过刻有光栅的位置时，满足光栅波长条件的光被反射回来而形成反射光，其余光发生透射，反射光经过一系列光学元件被解调出来，得到的反射光波长的峰值称为布拉格中心波长B 。FBG传感器工作原理就

【参考文献】：
期刊论文
[1]表贴式光纤光栅锚杆应变感知机理与应用研究[J]. 梁敏富,方新秋,陈宁宁,马盟,李绪锦.  中国矿业大学学报. 2018(06)
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[3]FBG锚杆测力计研制及现场试验[J]. 梁敏富,方新秋,薛广哲,李虎威,吴刚.  采矿与安全工程学报. 2017(03)
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[6]互联网+采煤机智能化关键技术研究[J]. 葛世荣,王忠宾,王世博.  煤炭科学技术. 2016(07)
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[8]基于电阻应变锚杆测力计试验研究[J]. 郭雄宝.  能源与节能. 2015(12)
[9]基于光纤光栅的围岩应力监测技术研究[J]. 李虎威,方新秋,梁敏富,薛广哲.  工矿自动化. 2015(11)
[10]锚杆（索）和U型钢支架支护失效形式与控制技术[J]. 张农,阚甲广,杨森.  煤炭科学技术. 2015(06)

博士论文
[1]矩形巷道围岩变形破坏机理及在王村矿的应用研究[D]. 于远祥.西安科技大学 2013
[2]基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究[D]. 乔钢柱.兰州理工大学 2012
[3]新型机械式可回收端锚杆支护机理及应用研究[D]. 黄靖龙.中国矿业大学 2009

硕士论文
[1]矩形巷道围岩受力与变形破坏特性试验研究[D]. 王爱辉.西安科技大学 2014
[2]室温固化环氧树脂胶黏剂流变性能研究[D]. 李卉.中南林业科技大学 2012
[3]锚杆轴力监测装置的研究[D]. 刘青康.太原理工大学 2012



本文编号：3117803