皮帶機(jī)沿線光纖測(cè)溫裝置測(cè)溫技術(shù)分析及安裝研究

張 奇

（潞安煤基清潔能源公司， 山西 長治 046000）

引言

煤礦井下的工作環(huán)境較為復(fù)雜，在皮帶機(jī)工作時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)下面幾種情況，如輸送帶跑偏和碰水而造成打滑、滿載啟動(dòng)、托輥卡死等。特別是灰塵與煤粉末進(jìn)入到托輥軸承里面，由于與受料點(diǎn)接近的位置有灑煤情況出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致了下托輥卡死。在托輥軸承發(fā)生卡死之后，托輥的外表會(huì)和膠帶發(fā)生摩擦，這就導(dǎo)致了托輥的溫度逐漸上升，膠帶的長度決定了選取托輥的數(shù)量，膠帶越長使用的托輥就越多，所以，故障點(diǎn)也會(huì)越多。與此同時(shí)，因?yàn)槟z帶的邊沿距離皮帶機(jī)的支架不遠(yuǎn)，膠帶如果有跑偏現(xiàn)象發(fā)生，皮帶機(jī)支架和膠帶邊沿很容發(fā)生摩擦，進(jìn)而提高溫度，乃至發(fā)生火災(zāi)。因?yàn)殚L距離皮帶機(jī)對(duì)檢測(cè)溫度的點(diǎn)就比較多，給巡檢人員的工作增加了難度，如果還采用固有的檢測(cè)方法，那么就要提前掩埋很多傳感器，使維護(hù)的困難程度與成本增加。

在本文中，主要是關(guān)于長距離皮帶機(jī)的缺點(diǎn)，如不易巡檢、托輥的使用數(shù)量不少等，針對(duì)其缺點(diǎn)，沿線光纖測(cè)溫裝置被設(shè)計(jì)出來。沿線光纖測(cè)溫裝置的使用能夠使長距離皮帶機(jī)巡檢托輥的難度下降。

1 光纖傳感技術(shù)介紹與性能優(yōu)點(diǎn)

1.1 光纖傳感技術(shù)介紹

通信技術(shù)最后發(fā)展成為了光纖傳感技術(shù)，光纖傳感技術(shù)是一門高新技術(shù)，其集多種技術(shù)與學(xué)科為一體跟著通信技術(shù)與光纖共同發(fā)展的技術(shù)。壓力、溫度等外界環(huán)境極易影響光纖的正常傳輸，進(jìn)而造成影響傳輸?shù)墓饫w內(nèi)部的光波量有變化發(fā)生，如頻率、相位、光信號(hào)的強(qiáng)度等，影響外界環(huán)境的物理量可以從相應(yīng)光波量的改變中取得。

1.2 光纖傳感技術(shù)的性能優(yōu)點(diǎn)

光纖傳感技術(shù)和固有的電量型傳感器相比較，如磁電式、熱電偶、振弦式、熱電阻，光纖傳感技術(shù)的長處是無需維護(hù)、隨時(shí)在線測(cè)量、易安裝、較長的測(cè)量距離、較長的使用期限、較高的測(cè)溫精度、較長的傳輸距離、抗電磁干擾、本征安全、耐高壓等[1-2]。

2 皮帶機(jī)沿線測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

2.1 沿線測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成

從圖1 中可以看出，上位機(jī)、感溫光纖、測(cè)溫主機(jī)構(gòu)成了沿線測(cè)溫系統(tǒng)。

圖1 沿線測(cè)溫系統(tǒng)組成

從圖1 可以看出，井下鋪設(shè)著感溫光纖，其位置靠近膠帶托輥、與電纜溝，OTDR（光時(shí)域反射）與光RAMAN 散射被測(cè)溫主機(jī)所使用，可以精確計(jì)算光纖沿線所有點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，把所有點(diǎn)的詳細(xì)位置與相應(yīng)溫度經(jīng)過上位機(jī)進(jìn)行體現(xiàn)。

2.2 光纖測(cè)溫的工作原理

下頁圖2 即為光纖測(cè)溫的工作原理圖。傳遞在感溫光纖內(nèi)的那束激光是從脈沖激光器中射出來的；RAMAN 散射光被發(fā)射到光纖中，光纖濾波器會(huì)把RAMAN 散射光依據(jù)溫度強(qiáng)、弱分解為波長不同的Anti-Stokes 反射光與Stokes 反射光，經(jīng)過把Anti-Stokes 反射光與Stokes 反射光進(jìn)行比較與計(jì)算，溫度的沿光纖的分布曲線就能繪制出來；OTDR（光時(shí)域反射）的使用，能夠定位光纖中的全部的溫度點(diǎn)，依據(jù)的是把光纖內(nèi)的光的回波時(shí)間與傳播速度的計(jì)算。

圖2 光纖測(cè)溫的工作原理圖

光纖能夠被上位機(jī)軟件進(jìn)行詳細(xì)的分區(qū)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)定位準(zhǔn)確，多級(jí)報(bào)警的設(shè)置，主要有到達(dá)設(shè)定值就報(bào)警、溫度上升速度太快就預(yù)報(bào)警等[3]。

皮帶機(jī)的長度是9 000 m，當(dāng)在37 s 測(cè)量時(shí)，其測(cè)量結(jié)果如圖3 即為托輥在每個(gè)位置的溫度值。由此同時(shí)，士1.5 ℃就是對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確值（此值是經(jīng)過10 000 次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值）。

圖3 9 000 m 長的帶式輸送機(jī)各位置托輥溫度值

3 安裝測(cè)溫光纜的要求和方式

3.1 安裝光纜的要求

1）安裝光纜的彎曲半徑的最小值：當(dāng)靜態(tài)負(fù)荷時(shí)，光纜的直徑與彎曲半徑最小值之間的關(guān)系是1∶10；當(dāng)負(fù)荷在進(jìn)行布線時(shí)，比方說，把管道內(nèi)的光纖抽出，光纜的直徑與彎曲半徑的最小值之間的關(guān)系的1∶20。

2）應(yīng)力的安裝：作用在單芯光纜中的應(yīng)力的安裝最大不能大于5 kg。

3.2 安裝測(cè)溫光纜的方式

3.2.1 安裝平行托輥軸線的方式

圖4 即為安裝平行托輥軸線的方式。局內(nèi)光纜當(dāng)途徑拐彎點(diǎn)（后、前）、走線架時(shí)要把光纜綁扎在一起，與上升段垂直的分段進(jìn)行綁扎的距離要小于1 m的距離。

圖4 平行托輥軸線安裝方式

感溫光纖被安裝的位置是膠帶輸送裝置低于托輥的位置，依據(jù)實(shí)際情況，安裝測(cè)溫光纜和托輥的距離是5 mm，在托輥附近的溫度會(huì)隨著托輥的溫蒂上升而上升，光譜能夠?qū)饫|進(jìn)行分析與測(cè)量，進(jìn)而獲得各個(gè)時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)。

3.2.2 安裝多托輥組串行測(cè)溫的方式

圖5 即為安裝多托輥組串行測(cè)溫的方式。局內(nèi)光纜當(dāng)途徑拐彎點(diǎn)（后、前）、走線架時(shí)要把光纜綁扎在一起，與上升段垂直的的分段進(jìn)行綁扎的距離要小于1 m 的距離。此方法要思考加裝吊線的安裝或當(dāng)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候在托輥的一面把綁扎安裝好。

圖5 多托輥組串行測(cè)溫安裝方式

感溫光纖被安裝的位置是膠帶輸送裝置低于托輥的位置，并垂直交叉于托輥方向。依據(jù)實(shí)際情況，安裝測(cè)溫光纜和托輥的距離是100 mm，在托輥附近的溫度會(huì)隨著托輥的溫度上升而上升，光譜能夠?qū)饫|進(jìn)行分析與測(cè)量，進(jìn)而獲得各個(gè)時(shí)間段的溫度數(shù)據(jù)。因?yàn)橥休伜凸饫w相互交叉，所以輥的直徑就是有用測(cè)溫長度，若測(cè)溫長度不長，通過測(cè)試幾乎就能確定本方法無法對(duì)溫度精確測(cè)量。

3.2.3 安裝托輥導(dǎo)熱測(cè)溫的方式

圖6 即為安裝托輥導(dǎo)熱測(cè)溫的方式。把一個(gè)導(dǎo)熱管安裝在托輥的側(cè)面，為了測(cè)量溫度就要在導(dǎo)熱管上纏上光纜，可是思考位于中間位置的托輥是皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中是最大負(fù)荷，因此此托輥極易有問題出現(xiàn)。但由于導(dǎo)熱管安裝不易，所以，此方式幾乎沒有可行性。

圖6 托輥導(dǎo)熱測(cè)溫安裝方式

4 結(jié)語

1）使成本下降。本裝置具有非常簡單的結(jié)構(gòu)，巡檢沿線的人數(shù)下降，使人員成本下降。

2）維護(hù)比較簡單。對(duì)皮帶機(jī)沿線托輥的破損狀況的了解只依靠上位機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，使巡檢的工作程度與維護(hù)費(fèi)用下降。