1.一种基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于:其包括壳体(1),所述壳体(1)顶部设有挂耳(2),壳体(1)内通过设置在两侧的连接梁(7)悬空设有U型管压差计(4),U型管压差计(4)包括两支平行设置的竖管部分,两支竖管部分底部之间设有连同的横管部分,U型管压差计(4)内设有水银,U型管压差计(4)的两个竖管部分的出口分别通过水平设置的管路与壳体(1)外侧连接,其中左侧的管路为静压口(8),右侧的管路为动压口(9),U型管压差计(4)的竖管部分内通过横梁(6)分别设有两支垂直设置并浸泡在水银中的光纤光栅(5),两支光纤光栅(5)露在水银液面外侧的端头通过两根连接光纤(10)连接有光纤耦合器(11),光纤耦合器(11)通过传输光纤(12)向壳体(1)外侧传输信号;
基于光纤光栅的风压测量装置的测量系统,包括安装井下预设点处的多个光纤光栅风压测量装置(18);
测量系统的布置方法步骤为:
在井下沿通风机(17)走势在工作面掘进巷道端头布设基于光纤光栅的风压测量装置(18),对不同巷道中的光纤光栅的风压测量装置(18)进行编号,光纤光栅的风压测量装置(18)通过挂耳(2)悬挂在巷道顶部,通过传输光纤(12)传递信号,多个光纤光栅的风压测量装置(18)的传输光纤(12)利用光纤耦合器(11)耦合后从而将多条巷道的光纤光栅的风压测量装置(18)串联,同时测量多条巷道风压,监测不同编号巷道的风压变化,从而可对对应编号巷道中通风机(17)进行调控;若在风门两端布设光纤光栅的风压测量装置(18),利用光纤光栅的风压测量装置(18)同时测量风门两端风压,监测风门两端风压变化,从而可对巷道中的调节风窗19进行调控。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于:传输光纤(12)穿过壳体(1)处设有通孔螺栓(3)。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于:基于光纤光栅的风压测量装置的测量系统,包括安装井下预设点处的多个光纤光栅风压测量装置(18)以及设置在地面的地面基站,所述多个光纤光栅风压测量装置(18)通过传输光纤(12)与地面基站连接。
4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于:所述多个光纤光栅风压测量装置(18)的传输光纤(12)通过光纤耦合器(11)耦合后与基站连接。
5.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于:所述基站包括与传输光纤(12)连接的光环形器(13),传输光纤(12)通过光环形器(13)分别与宽带光源(16)和波长测量器(14)连接,波长测量器(14)通过传输光纤(12)连接有计算机(15)。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于基于光纤光栅的风压测量装置的工作方法步骤为;所述光纤光栅(5)一端放置在被测U型管压差计(4)内液面下,让布置在地面基站的宽带光源(16)通过传输光纤(12)和连接光纤(10)将信号传输至壳体(1)内的光纤光栅(5)实现光源的反射,该反射光源回传到光环形器(13)后,通过传输光纤(12)连接波长测量器(14)的输入端,进行反射光源中的不同波段的波长测量,再通过计算机(15)从而计算得到相应的风压测量结果。
7.根据权利要求6所述的基于光纤光栅的风压测量装置,其特征在于利用公式: 计算所述的光纤光栅的风压测量装置(18)的U型管压差计(4)的压力,式中:P是所测压力,ρ是液体密度,g是重力常数,H是U型管两端液面高差,可由光纤光栅测出,其中高差测量中,在外表面水银压力作用下光纤光栅(5)中心柱发生轴向变形,从而引起埋入其中的光纤光栅(5)中心反射波长的移动,测试波长移动大小,从而获得水银液位高低, 即:其中ΔλB表示光纤光栅中心波长的移动值,h表示光纤光栅中心波长的水银液位高,f(ΔλB)是ΔλB的函数;
故U型管压差计(4)两端的液位高差利用公式: 表示,最后风压则用下式表示:,其中ΔλB1 和ΔλB2表示光纤光栅中心波长的移动值,h1和h2分别表示U型管压差计(4)内两端水银液位高。