基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置及其测量方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010196397.1 (22)申请日 2020.03.19 (71)申请人 中国矿业大学 地址 221000 江苏省徐州市大学路1号 (72)发明人 张磊李菁华方新秋梁敏富 吴刚李爽唐俊卢硕 (74)专利代理机构 北京淮海知识产权代理事务 所(普通合伙) 32205 代理人 陈涛 (51)Int.Cl. G01P 5/04(2006.01) G01B 11/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装 置及其测量方法 (57)摘要 本发明。

2、公开了一种基于光纤光栅的煤矿巷 道风速测量装置及其测量方法， 包括： 壳体， 壳体 内部具有第一腔室和第二腔室， 且第一腔室内形 成有止挡部； 至少一个传递杆， 传递杆可活动地 连接在壳体中， 传递杆的两端分别延伸至第一腔 室和第二腔室内， 且位于第一腔室内的传递杆的 一端抵止在止挡部上； 转杆， 转杆的一端可枢转 地连接在第二腔室内， 转杆的另一端上配置有捕 风板， 且捕风板正对矿井巷道风流流动方向； 光 纤光栅， 光纤光栅连接在止挡部上， 用于测量止 挡部的曲率变化， 且光纤光栅通过光纤与解调器 相耦接； 该测量装置结构简单， 抗电磁干扰能力 强， 测量准确， 能够大大降低工作量； 该测量。

3、方法 安全可靠， 测量精准。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 111308121 A 2020.06.19 CN 111308121 A 1.一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 包括： 壳体(10)， 所述壳体(10)内部具有第一腔室(11)和第二腔室(12)， 且所述第一腔室 (11)内形成有止挡部(111)； 至少一个传递杆(20)， 所述传递杆(20)可活动地连接在所述壳体(10)中， 传递杆(20) 的两端分别延伸至第一腔室(11)和第二腔室(12)内， 且位于所述第一腔室(11)内的所述传 递杆(20)的一端抵止在止挡部(111)上； 转杆(30)，。

4、 所述转杆(30)的一端可枢转地连接在所述第二腔室(12)内， 所述转杆(30) 的另一端上配置有捕风板(31)， 且所述捕风板(31)正对矿井巷道风流流动方向； 光纤光栅(40)， 所述光纤光栅(40)连接在止挡部(111)上， 用于测量所述止挡部(111) 的曲率变化， 且所述光纤光栅(40)通过光纤(70)与解调器相耦接； 其中， 当所述转杆(30)在矿井巷道风流作用下摆动时， 所述转杆(30)与所述传递杆 (20)相接触， 并使所述传递杆(20)具有向所述第一腔室(11)运动的趋势。 2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 所述传 递杆(20)包括第。

5、一传递杆(21)和第二传递杆(22)， 且第一传递杆(21)、 第二传递杆(22)分 别配置在所述转杆(30)与第二腔室(12)枢转连接处的两侧， 当矿井巷道风流吹向第一方向时， 所述转杆(30)向第一方向摆动， 所述转杆(30)与所 述第一传递杆(21)相接触， 使得所述第一传递杆(21)具有向第一腔室(11)运动的趋势； 当矿井巷道风流吹向第二方向时， 所述转杆(30)向第二方向摆动， 所述转杆(30)与所 述第二传递杆(22)相接触， 使得所述第二传递杆(22)具有向第一腔室(11)运动的趋势。 3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 所述壳 体(10。

6、)内配置有隔离体(13)， 将所述壳体(10)内部隔离出第一腔室(11)和第二腔室(12)， 且所述隔离体(13)上配置有连通第一腔室(11)和第二腔室(12)的通孔(131)， 所述传递杆 (20)适于可滑动地配置在所述通孔(131)内。 4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 还包 括： 弹性件(50)， 所述弹性件(50)的一端与所述传递杆(20)相连， 其另一端与所述通孔 (131)相连， 使得所述传递杆(20)在受到所述转杆(30)的驱动时， 所述传递杆(20)具有恢复 初始位置的弹性力。 5.根据权利要求4所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置。

7、， 其特征在于， 所述弹 性件(50)包括压缩弹簧、 拉伸弹簧和弹片三者中的一个。 6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 所述第 二腔室(12)内配置有连接梁(121)， 所述连接梁(121)的一端与所述第二腔室(12)的侧壁相 连， 其另一端与所述转杆(30)可枢转地连接。 7.根据权利要求4所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 所述止 挡部(111)由所述第一腔室(11)的一端向其另一端延伸， 且所述传递杆(20)抵止在所述止 挡部(111)远离第一腔室(11)内壁的一端。 8.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置。

8、， 其特征在于， 所述转 杆(30)位于所述第二腔室(12)的一端可滚动地连接有钢珠(201)， 所述钢珠(201)与所述转 杆(30)相对设置， 当所述转杆(30)发生摆动时， 所述钢珠(201)与所述转杆(30)相接触。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111308121 A 2 9.根据权利要求8所述的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 其特征在于， 所述转 杆(30)上与所述传递杆(20)相对的一侧设有沿着其长度方向延伸的滑槽(301)， 所述钢珠 (201)适配在所述滑槽(301)内， 其中， 所述滑槽(301)的长度不小于所述传递杆(20)的移动 量。 10.一种基于光纤光栅的。

9、煤矿巷道风速测量装置的测量方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 首先由捕风板(31)捕捉矿井巷道风流， 使得所述转杆(30)旋转一定角度， 在转动过程 中， 转杆(30)通过传递杆(20)将其转动角度转换为止挡部(111)的曲率变化； 然后由光纤光 栅(40)检测止挡部(111)的曲率变化并相对应地输出光纤光栅(40)的中心波长的变化量； 最后由光纤光栅(40)的中心波长计算得到风速。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111308121 A 3 一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置及其测量方法 技术领域 0001 本发明涉及煤矿设备领域， 尤其涉及一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置 。

10、及其测量方法。 背景技术 0002 矿井通风在地下煤矿开采中扮演着非常重要的角色。 通风质量的好坏不仅直接影 响着矿工的身体健康， 也是矿井防止瓦斯、 粉尘爆炸以实现安全生产的重要保障。 因此， 矿 井实时通风参数对地下煤矿开采是非常重要的角色。 在最早的井下通风质量确定工作中， 通常由矿工携带测试仪在井下各处测点进行人工测量。 但这种测量方式劳动量较大， 也无 法保证测量数据的实时性。 特别在近些年来， 智能化开采逐渐成为矿井发展的主方向。 其中 如何通过仪器替代矿工， 利用仪器自主判断、 决策及执行是实现智能化的关键。 在这种趋势 下， 诸多超声波风速测量仪、 传统机械式测量仪等测量仪纷纷。

11、涌现出来。 但这些仪器一方面 难以避免电磁场对其造成的影响， 另一方面在数据传输上面仍旧采用旧式的传输方式， 导 致测试数据存在滞后和失真。 发明内容 0003 本发明旨在至少解决上述现有技术存在的问题之一， 本发明的一个目的在于提出 一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 该测量装置结构简单， 抗电磁干扰能力强， 测 量准确， 能够大大降低工作量。 0004 本发明的另一个目的在于提出一种具有上述基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量 装置的测量方法。 0005 根据本发明第一方面的一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 包括： 0006 壳体， 所述壳体内部具有第一腔室和第二腔室， 且所述第一。

12、腔室内形成有止挡部； 0007 至少一个传递杆， 所述传递杆可活动地连接在所述壳体中， 传递杆的两端分别延 伸至第一腔室和第二腔室内， 且位于所述第一腔室内的所述传递杆的一端抵止在止挡部 上； 0008 转杆， 所述转杆的一端可枢转地连接在所述第二腔室内， 所述转杆的另一端上配 置有捕风板， 且所述捕风板正对矿井巷道风流流动方向； 0009 光纤光栅， 所述光纤光栅连接在止挡部上， 用于测量所述止挡部的曲率变化， 且所 述光纤光栅通过光纤与所述解调器相耦接； 0010 其中， 所述传递杆位于所述第二腔室的一端与所述转杆相对设置， 且当所述转杆 在矿井巷道风流作用下摆动时， 所述转杆与所述传递杆。

13、相接触， 并使所述传递杆具有向所 述第一腔室运动的趋势。 0011 在该技术方案中， 由转杆上的捕风板捕捉矿井巷道风流， 当矿井巷道风流吹向捕 风板， 使得转杆发生转动， 位于第二腔室内的转杆会抵压接触传递杆的一端， 使得传递杆由 第二腔室向第一腔室方向运动， 并使得传递杆的另一端在第一腔室内与止挡部相抵止， 止 说明书 1/10 页 4 CN 111308121 A 4 挡部受到传递杆的推力会发生变形， 而位于止挡部上的光纤光栅会测量止挡部的曲率变化 量， 转化为光纤光栅的中心波长变化， 由光纤将中心波长变化的信号传输给解调器解调并 由计算机进行解算分析而获得风速的大小； 该测量装置结构简单。

14、， 抗电磁干扰能力强， 测量 准确， 能够大大降低工作量。 0012 另外， 根据本发明的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置， 还可以具有如下技 术特征： 0013 在本发明的一个示例中， 所述传递杆包括第一传递杆和第二传递杆， 且第一传递 杆、 第二传递杆分别配置在所述转杆与第二腔室枢转连接处的两侧， 0014 当矿井巷道风流吹向第一方向时， 所述转杆向第一方向摆动， 所述转杆与所述第 一传递杆相接触， 使得所述第一传递杆具有向第一腔室运动的趋势； 0015 当矿井巷道风流吹向第二方向时， 所述转杆向第二方向摆动， 所述转杆与所述第 二传递杆相接触， 使得所述第二传递杆具有向第一腔室运动的趋。

15、势。 0016 在本发明的一个示例中， 所述壳体内配置有隔离体， 将所述壳体内部隔离出第一 腔室和第二腔室， 且所述隔离体上配置有连通第一腔室和第二腔室的通孔， 所述传递杆适 于可滑动地配置在所述通孔内。 0017 在本发明的一个示例中， 还包括： 0018 弹性件， 所述弹性件的一端与所述传递杆相连， 其另一端与所述通孔相连， 使得所 述传递杆在受到所述转杆的驱动时， 所述传递杆具有恢复初始位置的弹性力。 0019 在本发明的一个示例中， 包括压缩弹簧、 拉伸弹簧和弹片三者中的一个。 0020 在本发明的一个示例中， 所述第二腔室内配置有连接梁， 所述连接梁的一端与所 述第二腔室的侧壁相连，。

16、 其另一端与所述转杆可枢转地连接。 0021 在本发明的一个示例中， 所述止挡部由所述第一腔室的一端向其另一端延伸， 且 所述传递杆抵止在所述止挡部远离第一腔室内壁的一端。 0022 在本发明的一个示例中， 所述转杆位于所述第二腔室的一端可滚动地连接有钢 珠， 所述钢珠与所述转杆相对设置， 当所述转杆发生摆动时， 所述钢珠与所述转杆相接触。 0023 在本发明的一个示例中， 所述转杆上与所述传递杆相对的一侧设有沿着其长度方 向延伸的滑槽， 所述钢珠适配在所述滑槽内， 其中， 所述滑槽的长度不小于所述传递杆的移 动量。 0024 根据本发明第二方面的一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置的测量方。

17、法， 包括如下步骤： 首先由捕风板捕捉矿井巷道风流， 使得所述转杆旋转一定角度， 在转动过程 中， 转杆通过传递杆将其转动角度转换为止挡部的曲率变化； 然后由光纤光栅检测止挡部 的曲率变化并相对应地输出光纤光栅的中心波长的变化量； 最后由光纤光栅的中心波长计 算得到风速。 附图说明 0025 图1为根据本发明实施例的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置的主视图； 0026 图2为图1的A-A向剖视图； 0027 图3为图1的B-B向剖视图； 0028 图4为根据本发明实施例的传递杆与转杆之间的连接结构示意图。 说明书 2/10 页 5 CN 111308121 A 5 0029 图5为根据本发明。

18、实施例的转杆受力平衡示意图。 0030 附图标记： 0031 风速测量装置100； 0032 壳体10； 0033 第一腔室11； 0034 止挡部111； 0035 第二腔室12； 0036 连接梁121； 0037 隔离体13； 0038 通孔131； 0039 第一孔部1311； 0040 第二孔部1312； 0041 传递杆20； 0042 第一传递杆21； 0043 第二传递杆22； 0044 钢珠201； 0045 转杆30； 0046 捕风板31； 0047 滑槽301； 0048 光纤光栅40； 0049 弹性件50； 0050 挂耳60； 0051 光纤70； 0052 光纤。

19、耦合器80； 0053 螺栓紧固件90； 0054 保护套91。 具体实施方式 0055 下面结合附图对本发明作进一步说明。 0056 参考附图提供以下描述， 以助于对权利要求所限定的本发明的各种实施例的全面 理解。 其包含各种特定的细节以助于该理解， 但这些细节应当被视为仅是示范性的。 相应 地， 本领域普通技术人员将认识到， 在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的 情况下， 可以对本文所描述的各种实施例做出变化和改进。 此外， 为了清楚和简洁起见， 可 能省略对熟知的功能和构造的描述。 0057 结合本发明的特定的方面、 实施例或示例所描述的特征、 整体或特性将被理解为 可应用于本。

20、文所描述的任意其他方面、 实施例或示例， 除非与其不兼容。 0058 尽管可能使用例如 “第1” 、“第2” 、“第一” 和 “第二” 的表述来描述本发明的各个元 件， 但它们并未意于限定相对应的元件。 例如， 上述表述并未旨在限定相对应元件的顺序或 重要性。 上述表述用于将一个部件和另一个部件区分开。 说明书 3/10 页 6 CN 111308121 A 6 0059 当元件被提到为 “连接” 或 “耦合” 至另一元件时， 这可以意味着其直接连接或耦合 至其他元件， 但应当理解的是， 可能存在中间元件。 可替代地， 当元件被提到为 “直接连接” 或 “直接耦合” 另一元件时， 应当理解的是。

21、， 该两个元件之间不存在中间元件。 0060 文中提到的 “上” 、“下” 、“左” 、“右” 等仅用于表示相对位置关系， 当被描述对象的 绝对位置改变后， 则该相对位置关系也可能相应地改变。 0061 本发明中所使用的术语集仅是为了描述特定实施例的目的， 而并非意在限制本发 明。 单数的表述包含复数的表述， 除非在其间存在语境、 方案上的显著差异。 0062 除非另有限定， 本文中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本申 请所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。 还应理解的是， 术语(比如常用 词典中限定的那些术语)， 应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的。

22、含义， 并 且不应以理想化或过于形式化的意义来解释， 除非在本文中明确地这样限定。 0063 根据本发明第一方面的一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置100， 如图1 图3所示， 包括计算机和与之相耦接的解调器， 还包括： 壳体10、 至少一个传递杆20、 转杆30 和光纤光栅40； 0064 壳体10， 所述壳体10内部具有第一腔室11和第二腔室12， 且所述第一腔室11内形 成有止挡部111； 也就是说， 止挡部111可以一体形成在第一腔室11内； 也可以通过紧固连接 的方式连接在第一腔室11内； 0065 至少一个传递杆20， 所述传递杆20可活动地连接在所述壳体10中， 传递杆20的。

23、两 端分别延伸至第一腔室11和第二腔室12内， 且位于所述第一腔室11内的所述传递杆20的一 端抵止在止挡部111上； 也就是说， 传递杆20配置在壳体10内， 且其可以在第一腔室11和第 二腔室12之间移动， 当所述传递杆20在第一腔室11内移动时， 可以抵止在止挡部111上， 使 得所述止挡部111发生变形； 例如， 传递杆20为轻质合金材料件； 0066 转杆30， 所述转杆30的一端可枢转地连接在所述第二腔室12内， 所述转杆30的另 一端上配置有捕风板31， 且所述捕风板31正对矿井巷道风流流动方向； 也就是说， 捕风板31 用来捕捉矿井巷道风流， 当矿井巷道风流吹向捕风板31， 使。

24、得转杆30发生转动， 例如， 捕风 板31可以为不锈钢材料件， 转杆30为轻质合金材料件， 捕风板31可以通过焊接连接在转杆 30的一端上； 0067 光纤光栅40， 所述光纤光栅40连接在止挡部111上， 用于测量所述止挡部111的曲 率变化， 且所述光纤光栅40通过光纤70与所述解调器相耦接； 也就是说， 由光纤光栅40测量 止挡部111的变形量， 并由解调器进行解调， 经计算机的解算分析可以得到矿井的风速； 0068 其中， 所述传递杆20位于所述第二腔室12的一端与所述转杆30相对设置， 且当所 述转杆30在矿井巷道风流作用下摆动时， 所述转杆30与所述传递杆20相接触， 并使所述传 。

25、递杆20具有向所述第一腔室11运动的趋势。 0069 可以理解的是， 由转杆30上的捕风板31捕捉矿井巷道风流， 当矿井巷道风流吹向 捕风板31， 使得转杆30发生转动， 位于第二腔室12内的转杆30会抵压接触传递杆20的一端， 使得传递杆20由第二腔室12向第一腔室11方向运动， 并使得传递杆20的另一端在第一腔室 11内与止挡部111相抵止， 止挡部111受到传递杆20的推力会发生变形， 而位于止挡部111上 的光纤光栅40会测量止挡部111的曲率变化量， 转化为光纤光栅40的中心波长变化， 由光纤 70将中心波长变化的信号传输给解调器解调并由计算机进行解算分析而获得风速的大小； 说明书 。

26、4/10 页 7 CN 111308121 A 7 该测量装置结构简单， 抗电磁干扰能力强， 测量准确， 能够大大降低工作量。 0070 在本发明的一个示例中， 所述传递杆20包括第一传递杆21和第二传递杆22， 且第 一传递杆21、 第二传递杆22分别配置在所述转杆30与第二腔室12枢转连接处的两侧， 0071 当矿井巷道风流吹向第一方向时， 所述转杆30向第一方向摆动， 所述转杆30与所 述第一传递杆21相接触， 使得所述第一传递杆21具有向第一腔室11运动的趋势； 0072 当矿井巷道风流吹向第二方向时， 所述转杆30向第二方向摆动， 所述转杆30与所 述第二传递杆22相接触， 使得所述。

27、第二传递杆22具有向第一腔室11运动的趋势； 0073 其中， 所述第一方向与所述第二方向为彼此相反的方向； 0074 具体地， 在第二腔室12内可枢转地连接转杆30， 且将第一传递杆21、 第二传递杆22 分别配置在所述转杆30与第二腔室12枢转连接处的上下两侧， 当转杆30向第一方向摆动 时， 所述转杆30与下端的第一传递杆21的一端相抵止， 使得第一传递杆21沿着第二腔室12 朝向第一腔室11的方向运动， 并且第一传递杆21的另一端抵止在止挡部111上， 使与第一传 递杆21相对应设置的止挡部111发生变形； 0075 与之类似地， 当转杆30向第二方向摆动时， 所述转杆30与上端的第二。

28、传递杆22的 一端相抵止， 使得第二传递杆22沿着第二腔室12朝向第一腔室11的方向运动， 并且第二传 递杆22的另一端抵止在止挡部111上， 使与第二传递杆22相对应设置的止挡部111发生变 形； 0076 通过设置第一传递杆21和第二传递杆22可以对煤矿巷道的正反两个方向的风速 进行测量， 而且还可以保证该风速测量装置100的准确性。 0077 在本发明的一个实施例中， 所述壳体10内配置有隔离体13， 将所述壳体10内部隔 离出第一腔室11和第二腔室12， 且所述隔离体13上配置有连通第一腔室11和第二腔室12的 通孔131， 所述传递杆20适于可滑动地配置在所述通孔131内； 也就是说。

29、， 隔离体13为实体结 构将壳体10内部的腔室分隔形成第一腔室11和第二腔室12， 而连接在第一腔室11和第二腔 室12之间的传递杆20可以通过设置在隔离体13上的通孔131实现， 即传递杆20可滑动地设 置在通孔131内， 使得传递杆20受到转杆30的推力后会在通孔131内沿着第二腔室12朝向第 一腔室11的方向运动； 通过设置隔离体13可以将壳体10内分离形成第一腔室11和第二腔室 12， 而在隔离体13上设置通孔131可以便于与传递杆20之间的连接实现转杆30与止挡部111 之间传递作用力， 同时又可以对传递杆20起到支撑的作用， 使得传递杆20更加平稳、 准确地 运动。 0078 当然。

30、本发明并不限制于此， 在本发明的另一个实施例中， 所述壳体10内， 且位于所 述第一腔室11与第二腔室12之间且沿着第一方向还间隔设有多个支架， 所述多个支架中的 每一个均设有套孔， 所述套孔与转杆30相配合， 当所述传递杆20的一端受到转杆30的作用 力后， 所述传递杆20沿着多个套孔由第二腔室12向所述第一腔室11方向运动， 其另一端抵 止在止挡部111上； 其中， 支架可以通过紧固件连接在第一腔室11和第二腔室12之间的壳体 10上， 其可以连接在壳体10的上端， 此时套孔位于支架的下端， 其可以连接在壳体10的下 端， 此时套孔位于支架的上端， 多个套孔的中轴线在第一方向上处于同一条直。

31、线上， 这种结 构也可以实现传递杆20的连接。 0079 当传递杆20包括第一传递杆21和第二传递杆22， 在第一腔室11和第二腔室12之间 设置两个支架组， 其中一个支架组连接在壳体10的上端， 且其沿着第一方向间隔设置， 第二 说明书 5/10 页 8 CN 111308121 A 8 传递杆22适配在该支架组上的多个套孔内； 其中另一个支架组连接在壳体10的下端， 且沿 着第一方向间隔设置， 位于下端的支架组上的套孔高度第一位于上端的支架组上的套孔高 度， 第一传递杆21适配在该支架组上的多个套孔内。 0080 在本发明的一个实施例中， 还包括： 0081 弹性件50， 所述弹性件50的。

32、一端与所述传递杆20相连， 其另一端与所述通孔131相 连， 使得所述传递杆20在受到所述转杆30的驱动时， 所述传递杆20具有恢复初始位置的弹 性力； 也就是说， 通过设置弹性件50可以保证传递杆20的复位， 也可以防止光纤光栅40产生 过大的形变量， 还能够有效克服湍流、 喘振而使转杆30更快达到静平衡状态； 0082 作为优选地， 所述弹性件50包括压缩弹簧、 拉伸弹簧和弹片三者中的一个， 这里以 压缩弹簧和拉伸弹簧为例进行说明， 当然弹片与之类似， 这里不再赘述； 0083 具体地， 所述通孔131包括沿着第一方向一体形成的第一孔部1311和第二孔部 1312， 且第二孔部1312的内。

33、径尺寸大于所述第一孔部1311的内径尺寸， 这样弹性件50连接 在第二孔部1312内， 且压缩弹簧或拉伸弹簧套设在传递杆20上； 0084 当所述弹性件50为压缩弹簧时， 所述弹性件50靠近第一腔室11的一端固定连接在 通孔131内， 其另一端固定连接在至少一个转杆30上， 当转杆30不挤压传递杆20时， 压缩弹 簧处于自然状态下， 所述传递杆20位于第一腔室11内的一端抵止在止挡部111上而使止挡 部111不会发生变形； 当转杆30受到矿井巷道风流的作用发生摆动， 所述转杆30挤压传递杆 20， 使其由第二腔室12朝向第一腔室11运动， 压缩弹簧受压变形， 使传递杆20具有朝向第二 腔室12。

34、方向运动的弹性力， 使得转杆30不发生摆动后， 传递杆20恢复初始位置； 0085 当所述弹性件50为拉伸弹簧时， 所述弹性件50靠近第二腔室12的一端固定连接在 通孔131内， 其另一端固定连接在至少一个转杆30上， 当转杆30不挤压传递杆20时， 拉伸弹 簧处于自然状态下， 所述传递杆20位于第一腔室11内的一端抵止在止挡部111上而使止挡 部111不会发生变形； 当转杆30受到矿井巷道风流的作用发生摆动， 所述转杆30挤压传递杆 20， 使其由第二腔室12朝向第一腔室11运动， 拉伸弹簧受拉变形， 使传递杆20具有朝向第二 腔室12方向运动的弹性力， 使得转杆30不发生摆动后， 传递杆2。

35、0恢复初始位置。 0086 在本发明的一个实施例中， 所述第二腔室12内配置有连接梁121， 所述连接梁121 的一端与所述第二腔室12的侧壁相连， 其另一端与所述转杆30可枢转地连接， 且当所述传 递杆20包括第一传递杆21和第二传递杆22时， 所述连接梁121形成在第二腔室12内， 使得其 与转杆30相连接处位于第一传递杆21和第二传递杆22之间， 例如， 连接梁121为直杆状结 构， 可以沿第二方向形成在所述第二腔室12靠近第一腔室11的一侧； 也可以沿第一方向形 成在远离第一腔室11的一侧； 当然连接梁121也可以形成在第二腔室12的上端或下端， 此 时， 连接梁121包括相互垂直连接。

36、的连接部和延伸部， 且所述连接部连接在第二腔室12的上 端或下端。 0087 在本发明的一个示例中， 所述止挡部111由所述第一腔室11的一端向其另一端延 伸， 且所述传递杆20抵止在所述止挡部111远离第一腔室11内壁的一端； 例如， 所述止挡部 111由所述第一腔室11的上端和/或下端向其下端和/或上端延伸， 且所述传递杆20抵止在 远离所述第一腔室11上端或下端的一端； 也就是说， 当所述传递杆20包括第一传递杆21和 第二传递杆22， 所述止挡部111分别由第一腔室11的下端和上端分别向上端和下端延伸， 而 且此时第一传递杆21和第二传递杆22均为等强度梁； 当然止挡部111也可以形成。

37、在第一腔 说明书 6/10 页 9 CN 111308121 A 9 室11的其它位置， 只是要保证止挡部111与第一传递杆21和第二传递杆22相接触的部分要 与之正对设置即可。 0088 在本发明的一个示例中， 如图4所示， 所述传递杆20位于所述第二腔室12的一端可 滚动地连接有钢珠201， 所述钢珠201与所述转杆30相对设置， 当所述转杆30发生摆动时， 所 述钢珠201与所述转杆30相接触； 通过在所述传递杆20的一端设置钢珠201， 可以使传递杆 20与转杆30相接触时， 减小接触面积， 从而减小摩擦力， 使得该测量装置测量更加准确。 0089 优选地， 所述转杆30上与所述传递杆。

38、20相对的一侧设有沿着其长度方向延伸的滑 槽301， 所述钢珠201适配在所述滑槽301内， 其中， 所述滑槽301的长度不小于所述传递杆20 的移动量； 通过设置滑槽301， 可以对转杆30的移动起到限定作用， 使得转动在转动时被限 定在滑槽301内， 这样可以避免光纤光栅40产生过大的形变量。 0090 优选地， 光纤光栅40通过光纤70与光纤耦合器80的一端相耦接， 即通过光纤耦合 器80将光纤光栅40集合成光纤束， 所述光纤耦合器80另一端通过尾纤与解调器相耦接， 所 述解调器通过光纤与计算机相耦接； 在所述壳体10上设有螺栓紧固件90， 所述光纤耦合器 80适配在所述螺栓紧固件90中。

39、， 即在螺栓紧固件90内设有贯穿其长度方向的适配孔， 所述 光纤耦合器80适配在所述适配孔内， 为了对光纤耦合器80进行保护， 在光纤耦合器80配合 在适配孔内的部分套设保护套91； 在壳体上设有多个挂耳60， 以便于移动风速测量装置。 0091 值得说明的是， 通过将该风速测量装置100在矿井中关键通风位置的布置， 如运输 大巷、 回风大巷、 采区石门、 采煤工作面两巷、 回风石门、 掘进工作面巷道、 主要行人斜巷及 各个风门处； 在光纤光栅传感器的网络特性的基础上， 将各个位置的光纤光栅传感器统调 如同一通信网络中， 在计算机上构建井下实时通风状态检测系统； 根据实时通风状态检测 系统中提。

40、供的风速及风量信息， 借助计算机上预安装的分析处理软件， 可以针对矿井通风 优化工作、 矿井通风安全预警及矿井灾害救援工作等方面提供辅助功能。 更进一步地， 在计 算机接入网络服务器后， 系统中的检测信息可以上传至相关安全检测部门， 实现全天在线 实时远程检测。 0092 根据本发明的基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置100， 其工作原理如下： 由转 杆30上的捕风板31捕捉矿井巷道风流， 当矿井巷道风流由第一方向吹向捕风板31， 使得转 杆30向第一方向发生转动， 位于第二腔室12内的转杆30会抵压接触第一传递杆21的一端， 使得第一传递杆21由第二腔室12向第一腔室11方向运动， 在此过程。

41、中弹性件50发生变形， 使第一传递杆21具有朝向第二腔室12方向运动的弹性力， 第一传递杆21的另一端在第一腔 室11内与止挡部111相抵止， 止挡部111受到传递杆20的推力会发生变形， 而位于止挡部111 上的光纤光栅40会测量止挡部111的曲率变化量， 转化为光纤光栅40的中心波长变化， 由光 纤70将中心波长变化的信号传输给解调器解调并由计算机进行解算分析而获得风速的大 小； 在没有矿井巷道风流时， 转杆30不发生摆动后， 第一传递杆21在弹性力作用下恢复初始 位置； 当矿井巷道风流由第二方向吹向捕风板31， 使得转杆30向第二方向发生转动， 位于第 二腔室12内的转杆30会抵压接触第。

42、二传递杆22的一端， 使得第二传递杆22由第二腔室12向 第一腔室11方向运动， 在此过程中弹性件50发生变形， 使第二传递杆22具有朝向第二腔室 12方向运动的弹性力， 第二传递杆22的另一端在第一腔室11内与止挡部111相抵止， 止挡部 111受到第二传递杆22的推力会发生变形， 而位于止挡部111上的光纤光栅40会测量止挡部 111的曲率变化量， 转化为光纤光栅40的中心波长变化， 由光纤70将中心波长变化的信号传 说明书 7/10 页 10 CN 111308121 A 10 输给解调器解调并由计算机进行解算分析而获得风速的大小； 在没有矿井巷道风流时， 转 杆30不发生摆动后， 第二。

43、传递杆22在弹性力作用下恢复初始位置； 得而该测量装置结构简 单， 抗电磁干扰能力强， 测量准确， 能够大大降低工作量。 0093 根据本发明第二方面的一种基于光纤光栅的煤矿巷道风速测量装置100的测量方 法， 包括如下步骤： 首先由捕风板31捕捉矿井巷道风流， 使得所述转杆30旋转一定角度， 在 转动过程中， 转杆30通过传递杆20将其转动角度转换为止挡部111的曲率变化； 然后由光纤 光栅40检测止挡部111的曲率变化并相对应地输出光纤光栅40的中心波长的变化量； 最后 由光纤光栅40的中心波长计算得到风速。 0094 具体推导过程如下： 光纤光栅40对于曲率的感应公式为： 0095 00。

44、96 其中， 在止挡部111两侧均设置光纤光栅40， 在止挡部111发生形变时， 其中一面受 拉为 B1， 其中另一面受压为 B2，B为光纤光栅40初始波长， Pe为光纤的弹光系数； 0097 止挡部111受到传递杆20的推力后产生曲率变化后， 传递杆20的平均位移以及传 递的力分别为： 0098 0099 0100 其中， x为传递杆的平动位移； F为传递杆件传递的力； 为止挡部111的曲率； L为止 挡部111的长度； k为传递杆20套用弹性件50的弹性系数， E为弹性模量； 0101 此时假设捕风板31风阻为零， 即捕风板31仅改变风流方向而不改变风流速度， 具 体分析传递杆20在该测量。

45、装置中的受力情况， 如图5所示， 可以得到风压作用力与转杆30之 间的夹角 P的表达式为： 0102 0103 其中， P风压作用力与转杆30之间夹角； 为转杆30的转动角度； 0104 对于转杆30上有受力平衡如下： 0105 0106 0107 其中， up为风压作用力与第二传递杆22之间的夹角； dw为风压作用力与第一传递 杆21之间的夹角； l为转杆30与连接梁121连接处以下部分长度， m为捕风板31长， n为捕风板 31的宽； Fup为第二传递杆22所受的风压作用力； Fdw为第一传递杆21所受的风压作用力； 第 二传递杆22件接触点距离连接梁121为 ； 第一传递杆21件接触点距。

46、离连接梁121为 ； 0108 其中转杆30的转动角度 up( dw)计算公式如下： 说明书 8/10 页 11 CN 111308121 A 11 0109 0110 0111 则可以得到第二传递杆22对应的止挡部111上的光纤光栅40测量的风压作用力计 算公式如下： 0112 0113 第一传递杆21对应的止挡部111上的光纤光栅40测量的风压作用力计算公式如 下： 0114 0115 通过流体力学动量方程可知： 0116 0117 0118 则得到风速的公式： 0119 0120 在设置测点时， 可以根据已记录测点巷道截面面积A可以得知巷道风量Q为： 0121 QvA 0122 至此可以。

47、建立风压作用力、 风速和风量与光纤光栅40中心波长变化量之间的关 说明书 9/10 页 12 CN 111308121 A 12 系。 0123 该测量方法具有安全可靠， 灵敏度高， 测量精准等优点。 0124 以上所述仅是本发明的示范性实施方式， 而非用于限制本发明的保护范围， 本发 明的保护范围由所附的权利要求确定。 0125 本领域技术人员可以理解的是， 上文中描述的本发明的多个实施例中的各个特征 可以相应地省去、 添加或者以任意方式组合。 并且， 本领域技术人员能够想到的简单变换方 式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案， 都属于本发明的保护范围。 0126 虽然已经参考各种实施例示出和描述了本发明， 但本领域技术人员应当理解的 是， 可以在其中做出形式和细节上的各种改变， 而不背离由随附的权利要求所限定的本发 明的范围。 说明书 10/10 页 13 CN 111308121 A 13 图1 图2 说明书附图 1/3 页 14 CN 111308121 A 14 图3 图4 说明书附图 2/3 页 15 CN 111308121 A 15 图5 说明书附图 3/3 页 16 CN 111308121 A 16 。