基于OTDR的缠绕式光纤应变传感器研制及性能测试
陶强胜
李英明
王想君
范朝涛
郭德茂
段文聪
安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽 淮南 232001;安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 232000
摘要：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.
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
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174102)安徽省重点研究与开发计划资助项目(2022m07020007)安徽高校自然科学研究资助项目(2024AH040067)
论文发表日期：2024-11-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 247-259 )
英文信息