煤炭科学技术

作者：陶强胜, 李英明, 王想君, 范朝涛, 郭德茂, 段文聪,

关键词：巷道变形, 光纤光学, 光时域反射技术, 位移传感器, 弯曲损耗,

为了精确监测高应力软岩巷道岩体变形规律，基于光时域反射技术，研制了一种缠绕式光纤应变传感器，研究了传感器结构中的弹簧直径、节距、有效圈数及压缩位移对光纤光损耗数值与灵敏度的影响，并通过性能测试对传感器结构进行了优化。研究结果表明：传感器内光纤弯曲损耗与其空间螺旋结构的几何尺寸有显著关系，主要影响因素有光纤单位长度弯曲损耗、光纤弯曲半径、缠绕的节距及缠绕圈数，受弹簧线径影响较小。光纤初始损耗随着弯曲半径和节距的增大而减小，随缠绕圈数、压缩位移的增大而增大；初始灵敏度随弯曲半径、压缩位移的增大而减小，随节距的增大出现先增大后减小的趋势。当弹簧线径为1.2 mm、直径14 mm、节距14 mm、有效圈数4圈时，弹簧−光纤结构最大量程可以达到50 mm，将弹簧−光纤结构改进封装成传感段，并与延时段首尾相接能够组成一个完整的传感器，单个传感器的误差较小，测得的“光损耗−压缩位移”关系式具有良好的线性关系，能够实现100 mm的位移监测，且通过进一步改进可以实现更大量程。同时，多个传感器经串联后能够形成准分布式测量系统，可以有效实现巷道深部岩体和周边岩体变形的精确监测。

来源：2024年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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