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专利号: 2019113015277
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于掘进机的煤矿矿井超前探测方法,其特征在于,使用的检测装置包括光路模块和电路模块,所述光路模块包括宽带光源(1)、环形器(2)、传感光纤(3)、反射镜(4)、光电探测器(5),所述电路模块包括电流激励源(6)、压电陶瓷(7)、过渡电阻(8)、回流网(9)、活动截齿(10),所述宽带光源(1)与所述环形器(2)的端口一(21)相连,所述环形器(2)的端口二(22)通过所述传感光纤(3)与所述反射镜(4)相连,所述环形器(2)的端口三(23)与所述光电探测器(5)相连,所述电流激励源(6)的负极(61)分别与所述压电陶瓷(7)的电极一(711)和所述过渡电阻(8)的接口一(81)相连,所述电流激励源(6)的正极(62)与所述活动截齿(10)相连,所述压电陶瓷(7)由极化方向相同的压电陶瓷片一(71)和压电陶瓷片二(72)叠加而成,传感光纤(3)从压电陶瓷片一(71)和压电陶瓷片二(72)的间隙穿过并被压紧,压电陶瓷(7)的电极二(712)分别与过渡电阻(8)的接口二(82)和所述回流网(9)相连;

所述宽带光源(1)、环形器(2)和光电探测器(5)一起封装在掘进机的主控室中,传感光纤(3)从主控室被引入掘进机的截割部(11),电流激励源(6)位于掘进机的主控室,压电陶瓷(7)通过支架固定安装在掘进机截割部(11)内,回流网(9)分布在截割部(11)内壁上,活动截齿(10)通过受拉螺栓固定在截割部(11)的头部,受拉螺栓与截割部(11)之间设有绝缘垫片;

所述环形器(2)的端口一(21)与端口二(22)之间的传输光路具备单向性,传输光路的消光比≥32dB;环形器(2)的端口二(22)与端口三(23)之间的传输光路具备单向性,且传输光路的消光比≥32dB;

所述传感光纤(3)被压电陶瓷(7)挤压部分为熊猫保偏光纤,其余部分为对振动不敏感的旋转高双折射光纤;

所述压电陶瓷(7)为经过极化后的钛酸钡压电陶瓷,极化方向为与压电陶瓷片一(71)和压电陶瓷片二(72)的结合面相垂直的方向,且在压电陶瓷(7)的电极一(711)和电极二(712)的两端面施加一定的预应力;

探测方法包括以下步骤:

A、宽带光源(1)的输出光从端口一(21)进入环形器(2),在端口一(21)至端口二(22)的传输光路中形成线偏振光,从端口二(22)输出;从端口二(22)输出的线偏振光经传感光纤(3)到达反射镜(4),经反射镜(4)反射后回到传感光纤(3),传感光纤(3)中的线偏振光经端口二(22)进入环形器(2),从端口三(23)输出;从端口三(23)输出的线偏振光进入到光电探测器(5),经光电转换后得到光的相位信息;

B、掘进机掘进时,电流激励源(6)从正极(62)输出的电流通过活动截齿(10)进入煤层里形成杂散电流,杂散电流通过截割部(11)侧壁被回流网(9)收集后经过渡电阻(8)回到电流激励源(6)的负极(61),过渡电阻(8)两端产生一定的电压差,电压差中携带了煤层含水量信息;

C、过渡电阻(8)两端的电压作用在压电陶瓷(7)两极形成电场,在电场作用下,压电陶瓷片一(71)和压电陶瓷片二(72)发生形变,同时挤压位于压电陶瓷片一(71)和压电陶瓷片二(72)之间的传感光纤(3);

D、传感光纤(3)被挤压后,在应力作用下线偏振光的相位差发生变化,最终在光电探测器(5)中经光电转换得到煤层的含水量信息,实现超前检测。

2.根据权利要求1所述的一种用于掘进机的煤矿矿井超前探测方法,其特征在于,所述电流激励源(6)为直流恒压电源,正极电势30V,负极电势0V。

3.根据权利要求1所述的一种用于掘进机的煤矿矿井超前探测方法,其特征在于,所述过渡电阻(8)的阻值≥500欧姆。