皮帶機沿線光纖測溫裝置測溫技術(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)境較為復雜，在皮帶機工作時，難免會出現(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、托輥卡死等。特別是灰塵與煤粉末進入到托輥軸承里面，由于與受料點接近的位置有灑煤情況出現(xiàn)，進而導致了下托輥卡死。在托輥軸承發(fā)生卡死之后，托輥的外表會和膠帶發(fā)生摩擦，這就導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，故障點也會越多。與此同時，因為膠帶的邊沿距離皮帶機的支架不遠，膠帶如果有跑偏現(xiàn)象發(fā)生，皮帶機支架和膠帶邊沿很容發(fā)生摩擦，進而提高溫度，乃至發(fā)生火災。因為長距離皮帶機對檢測溫度的點就比較多，給巡檢人員的工作增加了難度，如果還采用固有的檢測方法，那么就要提前掩埋很多傳感器，使維護的困難程度與成本增加。

在本文中，主要是關(guān)于長距離皮帶機的缺點，如不易巡檢、托輥的使用數(shù)量不少等，針對其缺點，沿線光纖測溫裝置被設計出來。沿線光纖測溫裝置的使用能夠使長距離皮帶機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

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、光信號的強度等，影響外界環(huán)境的物理量可以從相應光波量的改變中取得。

1.2 光纖傳感技術(shù)的性能優(yōu)點

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、隨時在線測量、易安裝、較長的測量距離、較長的使用期限、較高的測溫精度、較長的傳輸距離、抗電磁干擾、本征安全、耐高壓等[1-2]。

2 皮帶機沿線測溫系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

2.1 沿線測溫系統(tǒng)的構(gòu)成

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

圖1 沿線測溫系統(tǒng)組成

從圖1 可以看出，井下鋪設著感溫光纖，其位置靠近膠帶托輥、與電纜溝，OTDR（光時域反射）與光RAMAN 散射被測溫主機所使用，可以精確計算光纖沿線所有點的實時溫度，把所有點的詳細位置與相應溫度經(jīng)過上位機進行體現(xiàn)。

2.2 光纖測溫的工作原理

下頁圖2 即為光纖測溫的工作原理圖。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，光纖濾波器會把RAMAN 散射光依據(jù)溫度強、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 反射光進行比較與計算，溫度的沿光纖的分布曲線就能繪制出來；OTDR（光時域反射）的使用，能夠定位光纖中的全部的溫度點，依據(jù)的是把光纖內(nèi)的光的回波時間與傳播速度的計算。

圖2 光纖測溫的工作原理圖

光纖能夠被上位機軟件進行詳細的分區(qū)，這樣就可以實現(xiàn)定位準確，多級報警的設置，主要有到達設定值就報警、溫度上升速度太快就預報警等[3]。

皮帶機的長度是9 000 m，當在37 s 測量時，其測量結(jié)果如圖3 即為托輥在每個位置的溫度值。由此同時，士1.5 ℃就是對溫度測量的準確值（此值是經(jīng)過10 000 次測量數(shù)據(jù)的平均值）。

圖3 9 000 m 長的帶式輸送機各位置托輥溫度值

3 安裝測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：當靜態(tài)負荷時，光纜的直徑與彎曲半徑最小值之間的關(guān)系是1∶10；當負荷在進行布線時，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）應力的安裝：作用在單芯光纜中的應力的安裝最大不能大于5 kg。

3.2 安裝測溫光纜的方式

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)光纜當途徑拐彎點（后、前）、走線架時要把光纜綁扎在一起，與上升段垂直的分段進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)實際情況，安裝測溫光纜和托輥的距離是5 mm，在托輥附近的溫度會隨著托輥的溫蒂上升而上升，光譜能夠?qū)饫|進行分析與測量，進而獲得各個時間段的溫度數(shù)據(jù)。

3.2.2 安裝多托輥組串行測溫的方式

圖5 即為安裝多托輥組串行測溫的方式。局內(nèi)光纜當途徑拐彎點（后、前）、走線架時要把光纜綁扎在一起，與上升段垂直的的分段進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對其進行測試的時候在托輥的一面把綁扎安裝好。

圖5 多托輥組串行測溫安裝方式

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)實際情況，安裝測溫光纜和托輥的距離是100 mm，在托輥附近的溫度會隨著托輥的溫度上升而上升，光譜能夠?qū)饫|進行分析與測量，進而獲得各個時間段的溫度數(shù)據(jù)。因為托輥和光纖相互交叉，所以輥的直徑就是有用測溫長度，若測溫長度不長，通過測試幾乎就能確定本方法無法對溫度精確測量。

3.2.3 安裝托輥導熱測溫的方式

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

圖6 托輥導熱測溫安裝方式

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）維護比較簡單。對皮帶機沿線托輥的破損狀況的了解只依靠上位機就可以實現(xiàn)，使巡檢的工作程度與維護費用下降。