[發明專利]礦用光纖光柵傳感器的標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 201310134523.0
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103196481A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 方新秋;梁敏富;劉曉寧;呂明俊
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01L25/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

1.一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征是：所述的標定裝置包括：液壓系統、保護柜（1）、安置在保護柜外的油箱液位顯示計（2）、安置有高精度壓力表（4）和功能按鈕（5）的控制箱（3）、安裝有手動控制閥（6）和電磁控制閥（7）的操作臺（8）、液壓站（9）和安裝有拉伸油缸（11）的試驗架（13），其中拉伸油缸通過油管（10）與操作臺連接，與拉伸油缸相連的油缸活塞桿（12）安置在實驗架內，夾具（14）設置在實驗架的一端，用于固定待標定構件；

液壓系統包括：電磁換向閥(15)、手動換向閥(16)、油泵(17)、電機(18)、過濾器(19)、溢流閥(20)、壓力轉換器(21)和油箱(22)；電磁換向閥(15)和手動換向閥(16)的第一入口并聯后同時與壓力轉換器(21)和液壓站(9)的一端連接，壓力轉換器(21)的另一端接壓力表；電磁換向閥(15)和手動換向閥(16)的第二入口并聯后同時與液壓站(9)的另一端連接，電磁換向閥(15)和手動換向閥(16)的出口串聯后一端同時與油箱(22)和溢流閥(20)的一端連接，另一端與油泵(17)的輸出端連接，油泵(17)的輸入端通過過濾器(19)接油箱(22)，溢流閥(20)的另一端接油箱(22)。

2.根據權利要求1所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征在于：所述的高精度壓力表（4）能夠顯示加載載荷時的力，壓力表量程為0MPa~60MPa。

3.根據權利要求1所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征在于：所述的功能按鈕（5）包括啟停按鈕、啟動指示燈、前進按鈕和后退按鈕，其功能是控制系統的啟動與停止、指示裝置的工作狀態及控制拉伸油缸的伸縮動作。

4.根據權利要求1所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征在于：所述的設在操作臺（8）上的手動控制閥（6）和電磁控制閥（7）串聯在液壓系統，其功能是分別獨立操作控制拉伸油缸（11）的工作方式。

5.根據權利要求1所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征在于：所述的拉伸油缸（11）的缸徑為160mm。

6.根據權利要求1所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定裝置，其特征在于：所述的油缸活塞桿（12）的直徑為70mm，最大工作行程為1000mm。

7.一種使用礦用光纖光柵傳感器標定裝置的標定方法，其特征在于：所述的標定方法根據靜態標定中比較法的標定思想可按如下步驟進行標定：

（1）安裝；按照發明裝置，根據不同結構的礦用光纖光柵傳感器，將待標定的礦用光纖光柵傳感器連接安裝在正確的位置，礦用光纖光柵傳感器通過光纖接到光纖光柵靜態解調儀上，光纖光柵靜態解調儀通過網線與安裝有監測處理軟件的電腦端連接；

（2）標定；a、標定前；礦用光纖光柵傳感器安裝完畢，檢查無誤后，按下裝置操作箱上的啟動按鈕，使裝置進入工作狀態；

b、標定中；按下操作箱上的前進和后退功能按鈕即可控制油缸將油壓作用在活塞桿上，使其伸長和縮進，活塞桿的動作可使光纖光柵傳感器受力，并均勻加載壓力，及時記錄裝置上高精度壓力表上的壓力數值；光纖光柵靜態解調儀通過解調光纖的光波信號至電信號，電腦存儲解調后的電信號并由監測處理軟件記錄標定時光纖光柵傳感器的波長變化數值；

c、標定后；將記錄的壓力數值和光纖波長變化數值進行后期處理，得到壓力-波長的關系曲線，并進行曲線擬合和回歸分析，得到擬合曲線方程，從而完成對光纖光柵傳感器線性度、靈敏度的標定；

（3）光纖光柵傳感器標定結束后，按下操作箱上的停止按鈕使裝置停止工作。

8.根據權利要求7所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定方法，其特征是所述步驟（1）中的礦用光纖光柵傳感器包括礦用光纖光柵應變傳感器、礦用光纖光柵壓力傳感器、礦用光纖光柵位移傳感器。

9.根據權利要求7所述的一種礦用光纖光柵傳感器的標定方法，其特征在于：所述步驟（2）的c中采用的曲線擬合的方法為最小二乘法，令標定過程中記錄的數據點（????????????????????????????????????????????????,）（=0，1，2，…，）表示壓力數值和波長數值，其中表示標定過程中壓力加載次數，具體擬合過程如下步驟：

①由已知記錄的數據點（,）畫出函數粗略的圖形——散點圖，確定擬合多項式的次數；

②根據確定的多項式次數寫出擬合曲線方程，其中、、…、為各項系數；

③根據數據（,）及次數列表計算關于壓力的表達式、、…、的值和關于波長的表達式、、、…、的值；

④由數理統計知識可知關于多項式系數、、…、的線性方程組，可用矩陣表示為：

可知此系數矩陣是一個對稱正定矩陣，故存在唯一解；通過矩陣即可解出各項系數、、…、的值，近而得出擬合曲線方程。