[發(fā)明專利]一種基于光纖光柵的礦井風(fēng)壓測量裝置、檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110274895.8
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113029427B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;龍泳翰;李菁華;唐俊;李明雪;梁敏富;盧碩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02;G01L19/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于：其包括殼體（1），所述殼體（1）頂部設(shè)有掛耳（2），殼體（1）內(nèi)通過設(shè)置在兩側(cè)的連接梁（7）懸空設(shè)有U型管壓差計（4），U型管壓差計（4）包括兩支平行設(shè)置的豎管部分，兩支豎管部分底部之間設(shè)有連同的橫管部分，U型管壓差計（4）內(nèi)設(shè)有水銀，U型管壓差計（4）的兩個豎管部分的出口分別通過水平設(shè)置的管路與殼體（1）外側(cè)連接，其中左側(cè)的管路為靜壓口（8），右側(cè)的管路為動壓口（9），U型管壓差計（4）的豎管部分內(nèi)通過橫梁（6）分別設(shè)有兩支垂直設(shè)置并浸泡在水銀中的光纖光柵（5），兩支光纖光柵（5）露在水銀液面外側(cè)的端頭通過兩根連接光纖（10）連接有光纖耦合器（11），光纖耦合器（11）通過傳輸光纖（12）向殼體（1）外側(cè)傳輸信號；

基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置的測量系統(tǒng)，包括安裝井下預(yù)設(shè)點處的多個光纖光柵風(fēng)壓測量裝置（18）；

測量系統(tǒng)的布置方法步驟為：

在井下沿通風(fēng)機（17）走勢在工作面掘進巷道端頭布設(shè)基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18），對不同巷道中的光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）進行編號，光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）通過掛耳（2）懸掛在巷道頂部，通過傳輸光纖（12）傳遞信號，多個光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）的傳輸光纖（12）利用光纖耦合器（11）耦合后從而將多條巷道的光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）串聯(lián)，同時測量多條巷道風(fēng)壓，監(jiān)測不同編號巷道的風(fēng)壓變化，從而可對對應(yīng)編號巷道中通風(fēng)機（17）進行調(diào)控；若在風(fēng)門兩端布設(shè)光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18），利用光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）同時測量風(fēng)門兩端風(fēng)壓，監(jiān)測風(fēng)門兩端風(fēng)壓變化，從而可對巷道中的調(diào)節(jié)風(fēng)窗19進行調(diào)控。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于：傳輸光纖（12）穿過殼體（1）處設(shè)有通孔螺栓（3）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于：基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置的測量系統(tǒng)，包括安裝井下預(yù)設(shè)點處的多個光纖光柵風(fēng)壓測量裝置（18）以及設(shè)置在地面的地面基站，所述多個光纖光柵風(fēng)壓測量裝置（18）通過傳輸光纖（12）與地面基站連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于：所述多個光纖光柵風(fēng)壓測量裝置（18）的傳輸光纖（12）通過光纖耦合器（11）耦合后與基站連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于：所述基站包括與傳輸光纖（12）連接的光環(huán)形器（13），傳輸光纖（12）通過光環(huán)形器（13）分別與寬帶光源（16）和波長測量器（14）連接，波長測量器（14）通過傳輸光纖（12）連接有計算機（15）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置的工作方法步驟為；所述光纖光柵（5）一端放置在被測U型管壓差計（4）內(nèi)液面下，讓布置在地面基站的寬帶光源（16）通過傳輸光纖（12）和連接光纖（10）將信號傳輸至殼體（1）內(nèi)的光纖光柵（5）實現(xiàn)光源的反射，該反射光源回傳到光環(huán)形器（13）后，通過傳輸光纖（12）連接波長測量器（14）的輸入端，進行反射光源中的不同波段的波長測量，再通過計算機（15）從而計算得到相應(yīng)的風(fēng)壓測量結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置，其特征在于利用公式：計算所述的光纖光柵的風(fēng)壓測量裝置（18）的U型管壓差計（4）的壓力，式中：P是所測壓力，ρ是液體密度，g是重力常數(shù)，H是U型管兩端液面高差，可由光纖光柵測出，其中高差測量中，在外表面水銀壓力作用下光纖光柵（5）中心柱發(fā)生軸向變形，從而引起埋入其中的光纖光柵（5）中心反射波長的移動，測試波長移動大小，從而獲得水銀液位高低， 即：

其中Δλ_B表示光纖光柵中心波長的移動值，h表示光纖光柵中心波長的水銀液位高，f（Δλ_B）是Δλ_B的函數(shù)；

故U型管壓差計（4）兩端的液位高差利用公式：表示，最后風(fēng)壓則用下式表示：，其中Δλ_B1 和Δλ_B2表示光纖光柵中心波長的移動值，h₁和h₂分別表示U型管壓差計（4）內(nèi)兩端水銀液位高。