【摘要】：針對煤礦巷道的圍巖收斂感知問題,本文綜合采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗室試驗方法,研究提出了一種基于FBG智能格柵的形態(tài)重構(gòu)系統(tǒng),探討了該系統(tǒng)的感知原理,并測試了應(yīng)用價值。主要研究工作如下:(1)研究提出了對傳感器FBG進行金屬化封裝的技術(shù)工藝,在去涂覆層、粗化、敏化、活化等預處理的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了光纖纖芯表面的化學鍍銅和電鍍鋅,金屬化工藝成形性和結(jié)合性良好,具有較高的可行性。基于高精度的FBG金屬化封裝,基于預彎構(gòu)件的曲率傳感原理,建立了理論模型,推導得出標距內(nèi)曲率k與金屬化FBG中心波長變化量?λ的數(shù)學關(guān)系模型,兩者呈線性關(guān)系,其系數(shù)由格柵基體的本證力學參數(shù)決定。(2)開發(fā)構(gòu)建了FBG智能格柵系統(tǒng)。研究確定了8號鐵絲作為基體材料、正方柵格焊接和金屬化FBG金屬膠接的構(gòu)建方式,并通過實驗室試驗驗證了該系統(tǒng)曲率傳感的有效性和精確性。試驗表明二維格柵組件在不同曲率狀態(tài)下的FBG波長漂移量與理論解基本保持一致,即曲率與FBG波長漂移量呈線性關(guān)系,擬合度精度較高。(3)開發(fā)了基于離散曲率信息的FBG智能格柵變形重構(gòu)模型。以格柵起始點為支點,在FBG感知陣列的等標距劃分基礎(chǔ)上,以陣列區(qū)間離散曲率信息遞推出下一標距點的空間坐標,從而實現(xiàn)整個格柵的形態(tài)重構(gòu)。采用數(shù)值仿真方法,對基于二維和三維格柵的重構(gòu)法模型可行性和精度進行了探究,結(jié)果表明重構(gòu)后曲線形狀與仿真所得變形吻合較好,具有較高的實用價值。(4)實驗室測試了本文FBG智能格柵在巷道圍巖收斂測量領(lǐng)域的適用性,模擬巷道斷面形態(tài)和軸向收斂狀態(tài),分別實施了基于二維和三維形態(tài)重構(gòu)的FBG智能格柵的形態(tài)重構(gòu)試驗。結(jié)果表明,二維FBG智能格柵系統(tǒng)的實測位移曲線均與重構(gòu)位移曲線實現(xiàn)了較好吻合;三維狀態(tài)下FBG格柵通過重構(gòu)方法所得的形態(tài)云圖與實測值吻合程度非常高,最大坐標軸向誤差僅為10.2mm。證明了二維和三維FBG智能格柵系統(tǒng)具有較高的精度,可滿足巷道斷面形狀和軸向收斂形態(tài)感知和監(jiān)測需求。
【圖文】：

圖 2-2 FBG 金屬化實驗材料籌備ure 2-2 Flow chart of FBG metallization pretreatment pr與清潔工藝層柵屬于硬脆易斷材料，故在實際生產(chǎn)應(yīng)用中會在涂覆層，以增加其柔韌性。因涂覆層屬于軟材間的結(jié)合性較差，故需要將其去除，以避免因軟果帶來不利影響[84]。方法主要有化學方法和物理方法：物理方法采用便捷，但有去除不夠徹底和易損傷光纖光柵的成不良影響；化學方法的原理為有機材料易溶但去除較為徹底[85]。綜上，本文選用化學方法

圖 2-3 化學法去保護層Figure 2-3 Chemical method to remove the protective laye：用 FBG 處理為統(tǒng)一長度，用標簽進行編號；后的 FBG 依次粘在固定架上，將下部浸泡在 500m出，在去離子水中清洗 3-5min。清潔方法時，外包層和涂覆層之間以及涂覆層與纖芯之間通常生產(chǎn)工藝的局限性造成的。只要不破壞光纖外層結(jié)構(gòu)用沒有任何影響[86]。但若進行光纖金屬化封裝處理到光纖纖體與鍍層金屬之間的致密結(jié)合。故欲實現(xiàn)光必須采取合適的除油清潔方法，以避免因油膜存在而整等問題。在應(yīng)用中，，常規(guī)的除油清潔方法主要分為溶劑除油三類。氯乙烯、乙醇等均為使用范圍很廣的有機溶劑。噴淋
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD353

【參考文獻】

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本文編號：2668822