[发明专利]光纤光栅压缩式矿井提升设备钢丝绳张力监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿设备的安全监测技术领域，尤其是一种适用于煤矿提升机、罐笼等提升设备的光纤光栅压缩式矿井提升设备钢丝绳张力监测装置及方法。

背景技术

在煤矿开采过程中，提升设备的安全尤为重要，钢丝绳的张力大小直接决定其寿命和矿井提升安全，钢丝绳作为矿井提升设备的重要组成部分，在提升设备工作时，钢丝绳在运转时会受到许多应力的作用，将导致钢丝绳受到严重拉伸，有时可能会发生断裂，进而引起重大安全事故的发生，造成严重的人员和财产损失。因此，对矿井提升设备钢丝绳张力的监测非常有必要。

钢丝绳的张力监测是一项复杂的工作，往往难以做到正确的判断，对存在的安全隐患难以及时发现。目前，对钢丝绳张力监测的方法主要有三种：一种是在钢丝绳与提升重物之间串联一个测力传感器测量，此种方法必须是在钢丝绳静止的状态下进行测量，且这种测量方法在操作时，测力传感器要一直安装在提升设备上，传感器长期受载，使得传感器中的测量元件产生蠕变，造成测量时产生较大的漂移，线性度和灵敏度下降；一种是利用振波法进行测量，利用冲击力垂直打击钢丝绳产生横向振动，然后通过测试钢丝绳的振动频率，运算得到钢丝绳的张力值，不足之处是所基于的数学模型都是建立在不考虑钢丝绳重力的基础上，这种测量方法精度较低，误差较大，不能满足实际工程的需要；一种是利用电容或者电感来监测钢丝绳的张力，利用电容或者电感的变化值，以及钢丝绳的直径变化值，通过计算可求得钢丝绳的张力大小，这种测量方法的不足之处是电容或者电感均为带电工作，抗电磁的干扰能力弱，易受复杂环境的影响，影响测量的精度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、安装方便、操作方便、监测过程简易，测量精度高、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、可靠性高的光纤光栅压缩式矿井提升设备钢丝绳张力监测装置及方法。

技术方案：本发明的光纤光栅压缩式矿井提升设备钢丝绳张力监测装置，包括封装外壳、光纤光栅、光纤、密封胶、光纤连接头、铠装保护胶皮、光纤尾纤、螺栓、紧固螺母；其特征在于：所述的封装外壳对称扣合卡套在钢丝绳上，在封装外壳的顶部及底部与钢丝绳扣合处装有防滑楔形橡胶圈，封装外壳的顶部和底部均对称开设有便于螺栓、紧固螺母固定的螺栓孔；封装外壳的内部一侧固定有弹性压柱，弹性压柱前端设有U型固定支架，U型固定支架上固定有顶靠在钢丝绳上的定滑轮，弹性压柱上下两个端面的中心位置处对称粘贴有光纤光栅，光纤光栅串联接在光纤上，光纤通过光纤引出孔与封装外壳外的光纤连接头的一端连接，光纤引出孔内充填有进行密封的密封胶，光纤连接头的另外一端与光纤尾纤连接，光纤尾纤上设有铠装保护胶皮。

所述的防滑楔形橡胶圈在靠近封装外壳外部的一端尺寸较大，在靠近封装外壳内部的一端尺寸较小。

所述的弹性压柱为一弹性性能好、感知灵敏、横截面为矩形的长方体柱子，弹性压柱的两端均固定连接在封装外壳的内部。

所述的对称粘贴的两个光纤光栅形状大小相同，波长互不相同。

所述的定滑轮的凹槽中心线及封装外壳顶部、底部与钢丝绳的固定处位于同一平面。

所述的定滑轮为带U型槽的钢制轴承滑轮。

所述的弹性压柱、U型固定支架和定滑轮均设在封装外壳的内部，并且使内部的钢丝绳拱起，拱起时的方向与竖直方向成α角，将垂直方向的钢丝绳的张力转换成水平方向的压力进行测量。

使用上述装置的光纤光栅压缩式矿井提升设备钢丝绳张力监测方法，包括以下步骤：

A、将内部设有弹性压柱、U型固定支架、定滑轮、光纤光栅、光纤的封装外壳和防滑楔形橡胶圈对称扣合卡套在靠近提升设备的提升容器或者牵引容器处的钢丝绳上，固定时将钢丝绳通过定滑轮的凹槽，使其与定滑轮接触，在封装外壳的顶部和底部利用螺栓和紧固螺母固定；

B、利用光纤光栅解调设备解调出提升设备没有提升重物时，即钢丝绳在未受力时，初始光纤光栅的波长大小λ_B；

C、当提升设备提升重物时，此时测量出钢丝绳拉紧时拱起处钢丝绳与竖直方向的夹角α，同时光纤光栅波长将产生漂移，利用光纤光栅解调设备解调出此时光纤光栅波长的变化漂移量Δλ_B；