一种光纤光棚文承压力传感器的设计及性能测试

作者:魏世明;马智勇;俞康建;赵亚克 刊名:工矿自动化 上传者:张盛开

【摘要】针对现有的支承压力监测方法存在的测试精度低、抗干扰性能差、易受水侵蚀影响等问题,以光纤光栅传感原理为基础,设计并实现了一种基于圆柱结构的支承压力传感器。该传感器消除了径向应力的影响,仅感受支承压力的变化;以光为传输介质,不受矿井水和瓦斯的影响。相关的力学标定实验结果表明,该传感器输出与应力具有良好的线性关系,应力灵敏度系数约为20~30pm/N,测试精度较高。相似模拟实验结果表明,受开采影响,工作面前方一点支承压力呈现逐渐增加并最终趋于稳定的变化趋势,与实际变化规律相一致,验证了该传感器用于支承压力监测的可行性。

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第 5期 2012年 5月 工 矿 自 动 化 Industry and M ine Automation No.5 M ay 2012 文章编 号 :1671—25IX(2012)05—0059—04 魏世明,马智勇 ,俞康建 ,等.一种光纤光栅支承压力传感器的设计及性能测试[J].工矿 自动化 ,2012(5):59—62 一 种光纤光棚文承压力传感器的 设计及性能测试 魏 世 明 , 马智 勇 , 俞 康 建 , 赵 亚克 (河南理 工 大学能 源科学 与工 程学 院 ,河南 焦作 454003) 摘要 :针 对现 有的 支承压 力监测 方法存 在 的测试精 度低 、抗 干扰性 能 差 、易受水侵蚀 影 响等 问题 ,以光纤 光栅 传 感原理 为基 础 ,设 计并 实现 了一种基 于 圆柱 结构 的 支承压 力传 感器 。该传 感 器 消 除 了径 向应 力 的影 响 ,仅 感受 支承压 力的 变化 ;以光 为传 输介 质 ,不受矿 井 水和 瓦斯 的影 响 。相关 的 力学标定 实验 结果表 明 ,该 传 感 器输 出与应 力具有 良好 的线性 关 系 ,应 力灵 敏 度 系数 约 为 2O~30 pm/N,测 试 精度 较 高。相 似模 拟 实 验 结果表 明 ,受开 采影响 ,工作 面前 方一 点支承 压 力呈现 逐渐 增加 并 最终 趋 于稳 定 的 变化 趋 势 ,与 实际 变化 规 律相 一致 ,验证 了该传 感 器用 于支承压 力监 测的 可行性 。 关键 词 :矿 山压 力;支承压 力 ;光纤光栅 传 感器 ;标 定 实验 ;相 似模 拟 实验 中图分类 号 :TD326.2 文献标识 码 :A 网络 出版 时 问 :2012—04—27 16:56 网络 出版地址 :http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20l20427.1656.017.html Design of a Fiber Grating Sensor for Abutment Pressure and Its Performance Test WEI Shi—ming, MA Zhi—yong, YU Kang—jian, ZHAO Ya~ke (School of Energy Science and Engineering of Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China) Abstract:In order to solve problems of poor testing precision,bad anti—interference and unreliability caused by water erosion, an abutment pressure sensor with circular cylinder structure was designed and 收稿 日期 :2012—02—13 基金项 目:国家 自然科 学基金项 目(51004042) 作者简介 :魏世明(1979一),男 ,河南兰考人 ,副教授 ,博士 ,主要从事 采矿工程 、岩石 力学及光 纤传感 监测方 面的教学 与研究 工作。E—mail sming2002cn@ l63.corn 感器性能稳定,测量精度较高 ,测量误差较小 ,满足 工业现 场需 求 。 表 1 电容式液位传感器测试数据 水位高度 理论电流 实测 电流 实测水位 误差 /mm /mA /mA 高

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