煤炭約占我國能源使用量的三分之二左右,煤礦事故時(shí)有發(fā)生。采用科學(xué)的方法提前進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)警,減少煤礦安全事故發(fā)生率顯得尤為重要。光纖聲發(fā)射檢測技術(shù)作為一種新型的無損檢測技術(shù),在礦井塌方預(yù)測中發(fā)揮著重要的作用。光纖聲發(fā)射傳感器具有體積比較小、頻率帶寬高、靈敏度高、損傷閾值高等優(yōu)點(diǎn),檢測時(shí)與被測物體無接觸,并能適應(yīng)不同的惡劣環(huán)境。本文對現(xiàn)有的光纖聲發(fā)射傳感器進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)出適用于煤礦井塌方預(yù)測的光纖聲發(fā)射傳感器結(jié)構(gòu),研究了提高其靈敏度的方法,并提出了如何預(yù)測煤礦井塌方及塌方點(diǎn)的定位方法。首先,分析了幾種典型的光纖聲發(fā)射傳感器,為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的煤礦井塌方預(yù)測提供理論依據(jù)。分析其結(jié)構(gòu)及原理,對比其特性,選擇了具有方向性且抗干擾能力強(qiáng)的Sagnac光纖聲發(fā)射傳感器用于煤礦井塌方的預(yù)測。其次,結(jié)合煤礦井下的特殊環(huán)境及存在的問題,設(shè)計(jì)了Sagnac光纖聲發(fā)射傳感器應(yīng)變花做為測量的應(yīng)變元件應(yīng)用于煤礦井下。由于煤礦井下的噪聲較多,而聲發(fā)射信號非常微弱,因此需要提高此應(yīng)變花的靈敏度。根據(jù)此應(yīng)變花的結(jié)構(gòu)及原理,提出了通過調(diào)制初始相位的方法提高其相位靈敏度。將初始相位調(diào)制到3π/2時(shí),其相位靈敏度增大了6倍左右。通過... 

【文章來源】：黑龍江科技大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Sagnac光纖聲發(fā)射傳感器的結(jié)構(gòu)

碩士學(xué)位論文12果傳感探頭沒有接收到信號，則光束不會(huì)被干擾；若有信號對傳感探頭作用時(shí)，光波的相位就會(huì)被調(diào)制。當(dāng)傳感探頭接收到AE信號時(shí)，兩束光束的相位被調(diào)制，這將導(dǎo)致非互易的相移，此時(shí)可根據(jù)兩光束的變化判斷聲發(fā)射信號的大致方向。則光電探測器PD被傳達(dá)的順時(shí)針光束的場強(qiáng)E1和逆時(shí)針光束的場強(qiáng)E2表示如下])([111φtωt-js=AeE（2-1）])([222φtωt-js=AeE（2-2）其中A是與3dB耦合器的損耗和入射光的振幅是成正比的常數(shù)，是光波的角頻率；s是光波的相位變化；1和2表示時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間是光通過傳感臂抵達(dá)檢測器所用的[43]；而1和2則分別為兩光束的初相位，是由傳導(dǎo)光纖的長度所決定的。從上述可以看出，光電探測器檢測的光強(qiáng)可用下式表示：I（E+E×）（E+E）cos+[12A=（△+φ△φ]）s2*2121D（2-3）其中）（）（2s1stts（2-4）21（2-5）2.2.2Mach-Zehnder光纖聲發(fā)射傳感器Mach-Zehnder光纖AE傳感器的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。圖2-2Mach-Zehnder光纖AE傳感器的結(jié)構(gòu)Figure2-2PrincipleoftheMach-ZehnderOpticalFiberAcousticEmissionSensor此傳感器檢測靈敏度為：)(2221110maxNiiDCJkRnV（2-6）

碩士學(xué)位論文14圖2-3DFB光纖激光器的結(jié)構(gòu)Figure2-3PrincipleoftheDFBOpticalFiberSensor相移光柵的相移量是通過遮擋法實(shí)現(xiàn)的，其摻鉺光纖的折射率為：)](2cos[1)()(effeffzzvznnzneff（2-7）式中，neff——光纖纖芯的平均折射率，zn)(eff——平均折射率變化量，v——調(diào)制因子，——光柵周期，為附加相位量。相移光柵的折射率調(diào)制成余弦分布，由于存在相位突變（)(z不為0）使光譜中存在一個(gè)透射窗口，由相移量確定窗口的中心波長。當(dāng))(z時(shí)，其波長為布拉格波長B，即：effB2n（2-8）2.4強(qiáng)度調(diào)制型光纖聲發(fā)射傳感器強(qiáng)度調(diào)制是一種通過聲發(fā)射信號變化引起光纖中光強(qiáng)度變化時(shí)通過測量光強(qiáng)度的變化來檢測聲發(fā)射信號的方法。光纖傳感中最早使用的方法是強(qiáng)度調(diào)制，它具有技術(shù)簡單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，在不要求聲發(fā)射源定位的低精度場合有一定的應(yīng)用[47]。缺點(diǎn)是難以構(gòu)成點(diǎn)傳感器，靈敏度很低，無法檢測到微弱的聲發(fā)射信號。2.5本章小結(jié)本章介紹了幾種典型的光纖聲發(fā)射傳感器：相位調(diào)制型光纖聲發(fā)射傳感器、波長調(diào)制型光纖聲發(fā)射傳感器和強(qiáng)度調(diào)制型光纖聲發(fā)射傳感器。并對它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理進(jìn)行了闡述，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的煤礦井塌方預(yù)測提供理論依據(jù)

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本文編號：3076008