基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，包括光纖光柵位置傳感器組，安裝在待檢測設(shè)備的深孔中，且光纖光柵位置傳感器的光纖末端位于待檢測設(shè)備的磨損極限位置；分光系統(tǒng)，用于將光分別傳輸給每個光纖光柵位置傳感器；解調(diào)系統(tǒng)，用于將從每個光纖光柵位置傳感器返回的光解調(diào)成電信號；控制系統(tǒng)，用于控制分光系統(tǒng)的開關(guān)，并對解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號進(jìn)行分析，判斷切削刀具、磨損檢測刀具或刀盤中的任意一個或幾個是否磨損及磨損位置。本發(fā)明不僅避免了傳感器抗電磁干擾設(shè)計，也不會對盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。
【專利說明】
基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于盾構(gòu)機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前盾構(gòu)工法已經(jīng)在城市隧道(如地鐵隧道、污水排放隧道、引水、供水隧道、江河湖海底隧道、電力、電訊、供氣及共同溝工程等隧道)建造中確立了比較高的地位，故有人將其稱為城市隧道工法。隨著上海第一次盾構(gòu)法的成功，國內(nèi)陸續(xù)開始了對該工法的嘗試和探索。盾構(gòu)機(jī)是依靠刀盤上的刀具切削土體不斷掘進(jìn)的，在掘進(jìn)過程中，刀具不可避免的會受到?jīng)_擊和磨損，其中刀具的磨損規(guī)律還沒有被我們完全掌握，刀具的跟蹤檢測水平不夠， 刀具更換復(fù)雜困難、成本很高，進(jìn)貨周期很長，不但影響了整個工程的質(zhì)量也會拖延工期。 可見，掘削刀具的磨損是影響盾構(gòu)法施工的一個急待解決的問題。而在特殊工況下，刀盤也可能直接磨損，刀盤的更換比刀具的更換更加復(fù)雜，對施工的影響更加的大，因而有必要對盾構(gòu)機(jī)刀盤的磨損進(jìn)行監(jiān)測。
[0003]大量工程實踐經(jīng)驗證明，盾構(gòu)機(jī)刀具檢查、更換與刀盤的維修等作業(yè)時間約占掘進(jìn)施工總時間的30%到40%。并且盾構(gòu)機(jī)的換刀過程比較復(fù)雜，刀具的更換很需要時間。更不要說刀盤的破壞對盾構(gòu)機(jī)施工的影響。為了保障盾構(gòu)機(jī)安全穩(wěn)定運行，因此需要探尋盾構(gòu)機(jī)刀具和刀盤磨損狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測方法。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)(1)(參見“盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展”，陳饋，《隧道建設(shè)》，第35卷第3期)開艙檢查，這是最常用、最直接、最可靠的方法，停機(jī)后由人工進(jìn)艙對刀具進(jìn)行逐個檢查，在不穩(wěn)定地層中，開艙前需首先進(jìn)行地層加固或帶壓作業(yè)，方可入艙檢查，開艙檢查雖直接有效，但卻存在很高的風(fēng)險，很可能由于掌子面不穩(wěn)定而造成地面坍塌等事故。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)(2)(參見“盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展”，陳饋，《隧道建設(shè)》，第35卷第3期)磨損感應(yīng)裝置，在刀具內(nèi)安裝液壓或電子傳感器系統(tǒng)，一旦刀具磨損到一定程度就自動報警或指示，滾刀磨損感應(yīng)裝置則是采用液壓油缸從刀盤伸出至滾刀刃尖，通過比較伸出行程與磨損前行程的差值判斷滾刀的磨損量。此外還有一些采用液壓短路、光纖維短路或超聲波等方式來判斷滾刀磨損的感應(yīng)裝置，由于感應(yīng)裝置只能在少量刀具上安裝，應(yīng)用范圍小，使用效果受到很大限制。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)(3)(參見“盾構(gòu)刀具關(guān)鍵技術(shù)及其最新發(fā)展”，陳饋，《隧道建設(shè)》，第35卷第3期)通電式刀具磨損檢測，在刀具制作時先將電線埋入刀具中，隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)，當(dāng)?shù)毒吣ズ倪_(dá)到限定磨耗量時，通電電線被磨斷，于是電路斷路，通知外界。該方法簡單直接，但不能連續(xù)定量檢測刀具磨損的進(jìn)展情況。針對切削類的盾構(gòu)刀具，可優(yōu)化設(shè)計通電式傳感裝置，實現(xiàn)連續(xù)定量檢測磨損量。按間距設(shè)置多支通路隨刀具磨損，使用單片機(jī)控制選通其中支路，通過電量判斷其通斷，從而得知刀具的磨損量。
[0007]從現(xiàn)有技術(shù)(1)中不難發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的檢測技術(shù)雖直接有效，但是本質(zhì)上卻存在著巨大的風(fēng)險，在信息化的今天，這種傳統(tǒng)的檢測方式已跟不上時代的發(fā)展步伐。
[0008]從現(xiàn)有技術(shù)(2)、(3)中不難發(fā)現(xiàn)，這兩種方式的應(yīng)用范圍較小，每一個檢測單元需要一個單獨的回路，其監(jiān)測方法難以滿足大容量的監(jiān)測需求，且這兩種方式現(xiàn)階段都沒有應(yīng)用到刀盤的磨損檢測上。
[0009]通過檢索公開的技術(shù)報告、學(xué)術(shù)論文及發(fā)明專利等文獻(xiàn)，并未發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)磨損檢測的直接監(jiān)測方法，主要原因分析如下:1)用于監(jiān)測的傳感器不能破壞盾構(gòu)機(jī)的正常工作狀態(tài)，并且盾構(gòu)機(jī)的工作環(huán)境惡劣復(fù)雜，對傳感器的質(zhì)量、體積、安裝方式和傳感類型提出嚴(yán)格要求;2)盾構(gòu)機(jī)的刀盤是旋轉(zhuǎn)體，滾筒上的傳感器與傳感信號處理模塊之間不能是有線連接，對傳感信號的傳輸方式有嚴(yán)格要求;3)盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤工作環(huán)境惡劣復(fù)雜，需要大容量的整體監(jiān)測才能較好的表征盾構(gòu)機(jī)的磨損情況。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置及方法，不僅避免了傳感器抗電磁干擾設(shè)計，也不會對盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0011]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、 刀盤磨損在線檢測裝置，其特征在于:它包括:由若干個結(jié)構(gòu)相同的光纖光柵位置傳感器構(gòu)成的光纖光柵位置傳感器組，每個光纖光柵位置傳感器均包括一根光纖上的光柵，每個光纖光柵位置傳感器安裝在待檢測設(shè)備的深孔中，且光纖光柵位置傳感器的光纖末端位于待檢測設(shè)備的磨損極限位置;所述的待檢測設(shè)備包括待檢測的切削刀具、磨損檢測刀具和刀盤的刀座；分光系統(tǒng)，用于將光分別傳輸給每個光纖光柵位置傳感器，包括固定在后端的寬帶光源和后端光分路器，隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)的與每個光纖光柵位置傳感器連接的前端光分路器， 以及從寬帶光源依次經(jīng)過后端光分路器、前端光分路器最后分別到達(dá)每個光纖光柵位置傳感器的傳輸光纖;后端光分路器和前端光分路器之間的傳輸光纖通過光纖旋轉(zhuǎn)連接器和磁親合同步盤連接；解調(diào)系統(tǒng)，用于將從每個光纖光柵位置傳感器返回的光解調(diào)成電信號；控制系統(tǒng)，用于控制分光系統(tǒng)的開關(guān)，并對解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號進(jìn)行分析，判斷切削刀具、磨損檢測刀具或刀盤中的任意一個或幾個是否磨損及磨損位置。
[0012]按上述裝置，所述的磁耦合同步盤包括第一磁耦合同步盤、第二磁耦合同步盤和固定盤;其中，第一磁耦合同步盤設(shè)置在刀盤的轉(zhuǎn)子內(nèi)，通過軸承與刀盤的轉(zhuǎn)子連接;第二磁耦合同步盤設(shè)置在刀盤的定子內(nèi)，通過軸承與刀盤的定子連接，并通過磁耦合隨第一磁耦合同步盤的轉(zhuǎn)動而同步轉(zhuǎn)動；固定盤固定在刀盤定子上；后端光分路器和前端光分路器之間的傳輸光纖依次從第一磁耦合同步盤和第二磁耦合同步盤的中間穿過，并在第二磁耦合同步盤與固定盤之間通過所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器無線傳輸，再由固定盤中的傳輸光纖引出。
[0013]按上述裝置，所述的光纖光柵位置傳感器組由光纖光柵切削刀具位置傳感器集群、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器和光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群構(gòu)成;光纖光柵切削刀具位置傳感器集群包括若干個設(shè)置在切削刀具深孔中的光纖光柵位置傳感器，光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器為設(shè)置在磨損檢測刀具深孔中的光纖光柵位置傳感器，光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群包括若干個設(shè)置在刀盤的刀座深孔中的光纖光柵位置傳感器。
[0014]按上述裝置，所述的磨損極限位置包括三類，按照磨損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、磨損二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上。
[0015]—種利用上述基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置實現(xiàn)的在線檢測方法，其特征在于:接通分光系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收到解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號，當(dāng)電信號發(fā)生突變，判斷對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位置發(fā)生磨損。
[0016]按上述方法，磨損極限位置包括三類，按照磨損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、 磨損二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上； 根據(jù)發(fā)生突變信號對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位置，判斷該位置發(fā)生磨損的程度。
[0017]按上述方法，根據(jù)得到的位置發(fā)生磨損的程度，發(fā)出對應(yīng)的報警信號。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:1、本發(fā)明利用光纖光柵位置傳感器的質(zhì)輕、體積小、本征絕緣、抗電磁干擾和無源傳感的優(yōu)點，引入光纖光柵位置傳感器對盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損進(jìn)行在線檢測，只需要在待檢測的刀具、刀盤可能會發(fā)生磨損的位置設(shè)置光纖光柵位置傳感器，并使得光纖光柵位置傳感器的光纖末端位于待檢測設(shè)備的磨損極限位置，正常情況下返回的信號是一個穩(wěn)定值，當(dāng)磨損到該磨損極限位置時，光纖末端暴露出來，從而返回的信號發(fā)生突變，此時控制系統(tǒng)感受到了這一突變，從而判斷對應(yīng)位置已發(fā)生磨損了；本發(fā)明不僅避免了傳感器抗電磁干擾設(shè)計，也不會對盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0019]2、本發(fā)明充分考慮到刀盤的旋轉(zhuǎn)給信號傳輸帶來的影響，通過磁耦合同步盤將隨刀盤轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的傳輸光纖和后端固定的傳輸光纖連接起來，解決了盾構(gòu)機(jī)刀盤與寬帶光源及解調(diào)系統(tǒng)之間的無線信號傳輸難題，且利用了分路器為信號傳輸構(gòu)建“點對線”通道，降低了傳感信號數(shù)據(jù)的傳輸容量限制，實現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損狀態(tài)多點多參量的同步監(jiān)測，為完成盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損監(jiān)測提供充分的技術(shù)支撐。
[0020]3、本發(fā)明具有測量范圍大、分辨率高和響應(yīng)速度快的優(yōu)點，不僅能夠為盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測提供技術(shù)支持，也能夠為其他旋轉(zhuǎn)體機(jī)械監(jiān)測提供技術(shù)借鑒，具有廣泛的應(yīng)用前景?！靖綀D說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為光纖旋轉(zhuǎn)連接器和磁耦合同步裝置的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。
[0023]圖3為光纖光柵位置傳感器在切削刀具中的安裝示意圖。
[0024]圖4為光纖光柵位置傳感器在磨損檢測刀具中的安裝示意圖。
[0025]圖中:1、寬帶光源，2、控制系統(tǒng)，3、后端光分路器，4、解調(diào)系統(tǒng)，5、光開關(guān)，6、光纖旋轉(zhuǎn)連接器，7、磁親合同步盤，7-1、第一磁親合同步盤，7-2、第二磁親合同步盤，7-3、固定盤，8、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群1，9、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群n，1、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m，11、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV，12、1 X 4光纖分路器，13、光纖分路器集群I，14、光纖分路器集群n，15、光纖分路器集群m，16、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器i，17、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器n，18、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器m，19光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV，20、光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群，21、刀盤，22、磨損極限位置，23、光纖光柵位置傳感器，24、切削刀具，25、磨損檢測刀具?！揪唧w實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]本發(fā)明提供一種基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，如圖1至圖 4所示，包括:由若干個結(jié)構(gòu)相同的光纖光柵位置傳感器23構(gòu)成的光纖光柵位置傳感器組，每個光纖光柵位置傳感器23均包括一根光纖上的光柵，每個光纖光柵位置傳感器23安裝在待檢測設(shè)備的深孔中，且光纖光柵位置傳感器23的光纖末端位于待檢測設(shè)備的磨損極限位置22;所述的待檢測設(shè)備包括待檢測的切削刀具23、磨損檢測刀具25和刀盤21的刀座；分光系統(tǒng)，用于將光分別傳輸給每個光纖光柵位置傳感器23,包括固定在后端的寬帶光源1和后端光分路器3,隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)的與每個光纖光柵位置傳感器23連接的前端光分路器，以及從寬帶光源1依次經(jīng)過后端光分路器3、前端光分路器最后分別到達(dá)每個光纖光柵位置傳感器23的傳輸光纖;后端光分路器3和前端光分路器之間的傳輸光纖通過光纖旋轉(zhuǎn)連接器6和磁親合同步盤7連接；解調(diào)系統(tǒng)4，用于將從每個光纖光柵位置傳感器23返回的光解調(diào)成電信號；控制系統(tǒng)2,用于控制分光系統(tǒng)的開關(guān)，并對解調(diào)系統(tǒng)4解調(diào)的電信號進(jìn)行分析，判斷切削刀具24、磨損檢測刀具25或刀盤21中的任意一個或幾個是否磨損及磨損位置。
[0028]進(jìn)一步的，所述的磁親合同步盤7包括第一磁親合同步盤7-1、第二磁親合同步盤 7-2和固定盤7-3;其中，第一磁耦合同步盤7-1設(shè)置在刀盤21的轉(zhuǎn)子內(nèi)，通過軸承與刀盤21 的轉(zhuǎn)子連接;第二磁耦合同步盤7-2設(shè)置在刀盤21的定子內(nèi)，通過軸承與刀盤21的定子連接，并通過磁親合隨第一磁親合同步盤7-1的轉(zhuǎn)動而同步轉(zhuǎn)動；固定盤7-3固定在刀盤21的定子上;后端光分路器3和前端光分路器之間的傳輸光纖依次從第一磁耦合同步盤7-1和第二磁親合同步盤7-2的中間穿過，并在第二磁親合同步盤7-2與固定盤7-3之間通過所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器6無線傳輸，再由固定盤7-3中的傳輸光纖引出。
[0029]具體的，所述的光纖光柵位置傳感器組由光纖光柵切削刀具位置傳感器集群(如圖1的光纖光柵切削刀具位置傳感器集群18,光纖光柵切削刀具位置傳感器集群119,光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m1,光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV11)、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器(如圖1的光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器116,光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器1117,光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器mis，光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV19)和光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群20構(gòu)成;光纖光柵切削刀具位置傳感器集群包括若干個設(shè)置在切削刀具24深孔中的光纖光柵位置傳感器23,光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器為設(shè)置在磨損檢測刀具25深孔中的光纖光柵位置傳感器23,光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群包括若干個設(shè)置在刀盤21的刀座深孔中的光纖光柵位置傳感器23。
[0030] 在本實施例中，光系統(tǒng)還包括設(shè)置在后端光分路器3和光纖旋轉(zhuǎn)連接器6之間的光開關(guān)5,光開關(guān)5由控制系統(tǒng)2控制。本實施例中，后端光分路器3為2 X 1分路器，光開關(guān)5為1x 4光開關(guān)，光纖旋轉(zhuǎn)連接器6為4 X 4光纖旋轉(zhuǎn)連接器，分出的四路傳輸光纖分別經(jīng)過磁耦合同步裝置傳輸給前端光分路器。由于光纖光柵位置傳感器數(shù)量眾多，可以每個切削刀具、 磨損檢測刀具、刀盤上分別設(shè)置1個或分散設(shè)置多個，因此前端光分路器可以采用尾纖熔合技術(shù)分為多個級聯(lián)的形式。本實施例中前端光分路器包括1 X 4光纖分路器12、光纖分路器集群113、光纖分路器集群n 14和光纖分路器集群m 15,其中1 X 4光纖分路器12用于與光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器116、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器n 17、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器mis和光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV19連接，光纖分路器集群 113、和光纖分路器集群mi5用于與光纖光柵切削刀具位置傳感器集群18、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群119、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m1和光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV11連接，光纖分路器集群n 14用于與光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群20連接。
[0031]本實施例中，寬帶光源1的輸出尾纖與光纖分路器3(2X1光纖分路器)的輸入尾纖熔接，解調(diào)系統(tǒng)4的輸入尾纖與光纖分路器3(2X1光纖分路器)的輸入尾纖熔接，光纖分路器3(2X1光纖分路器)的輸出尾纖與光開關(guān)5(1X4光開關(guān))的輸入尾纖熔接；光開關(guān)5(1 X4光開關(guān))的4個輸出尾纖依次分別與光纖旋轉(zhuǎn)連接器6(4X4光纖旋轉(zhuǎn)連接器)的4個輸入尾纖熔接;光纖旋轉(zhuǎn)連接器6(4X4光纖旋轉(zhuǎn)連接器)的4個輸出尾纖穿過磁耦合同步盤7后與1X4光纖分路器12、光纖分路器集群113、光纖分路器集群II14、光纖分路器集群mi5的輸入尾纖熔接；1X4光纖分路器12的輸出尾纖分別與光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器116、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器n 17、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器mis和光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV19的輸入尾纖熔接；光纖分路器集群113的輸出尾纖與光纖光柵切削刀具位置傳感器集群18、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群119的輸入尾纖熔接;光纖分路器集群n 14的輸出尾纖與光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群20的輸入尾纖熔接;光纖分路器集群mi5的輸出尾纖與光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m1和光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV11的輸入尾纖熔接。
[0032] 光開關(guān)5與控制系統(tǒng)2通過RS232數(shù)據(jù)線連接，解調(diào)系統(tǒng)4與控制系統(tǒng)2通過 RS232數(shù)據(jù)線連接。[〇〇33]本實施例中，所述的寬帶光源1為ASE寬帶光源，工作波長范圍為1520nm至 1570nm、8小時的輸出功率穩(wěn)定度彡±0.01dB、輸出光波的偏振度彡0.01、輸出光波的光譜平坦度<0.5(18、輸出光功率多201111;光纖分路器3的耦合比為50:50，其輸入尾纖和輸出尾纖均采用單模光纖SMF-28;解調(diào)系統(tǒng)4的輸入功率范圍為-70dBm至-30dBm、波長范圍為1520nm至1570nm、波長分辨率為lpm、波長精度為±40pm、功率分辨率為0.ldBm，具有 RS232通信接口，輸入尾纖采用單模光纖SMF-28;光開關(guān)5的波長范圍為1260nm至 1650nm，相鄰光通道的切換時間彡lms，插入損耗彡0.5dB，具有RS232通信接口，輸入尾纖和輸出尾纖均采用單模光纖SMF-28。光纖旋轉(zhuǎn)連接器6波長范圍為1270nm至1610nm，插入損耗<5dB，回轉(zhuǎn)損耗多50dB，最大轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘，預(yù)估壽命2億轉(zhuǎn)。1X4光纖分路器12的耦合比為25:25:25:25，其輸入尾纖和輸出尾纖均采用單模光纖SMF-28。[〇〇34] 光纖分路器集群113由五個耦合比均為25:25:25:25的1X4光纖分路器構(gòu)成，其中1個1X4光纖分路器的輸入尾纖作為光纖分路器集群I 13的輸入尾纖，它的四根輸出尾纖分別與其它3個1X4光纖分路器的輸入尾纖熔接，其它3個1X4光纖分路器的輸出尾纖作為光纖耦合器集群113的輸出尾纖，光纖耦合器集群113的輸出尾纖數(shù)目為16根;光纖分路器集群m 15與光纖分路器集群113的構(gòu)成方法相同；光纖分路器集群113和光纖分路器集群mi5的輸入尾纖和輸出尾纖全部采用單模光纖SMF-28。
[0035]光纖分路器集群n 14由一個耦合比為50: 50的IX 2光纖分路器和兩個耦合比為 25:25:25:25的1X4光纖分路器構(gòu)成，其構(gòu)成思路與光纖分路器集群113相同，光纖親合器集群II14的輸出尾纖數(shù)目為8根，光纖分路器集群II14的輸入尾纖和輸出尾纖全部采用單模光纖SMF-28。
[0036]光纖光柵切削刀具位置傳感器集群18、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群119、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m1、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV11、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器116、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器n 17、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器mi8、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV19、光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群20,分別對切削刀具、磨損損耗刀具和刀盤的磨損情況進(jìn)行監(jiān)測，每個光纖光柵位置傳感器23的工作波長范圍為1520nm至1560nm，光柵反射率彡90%〇[〇〇37]光纖光柵切削刀具位置傳感器集群18、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群119、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群m1、光纖光柵切削刀具位置傳感器集群IV11分別由八個光纖光柵位置傳感器組成，通過樹脂粘接方式安裝在切削刀具深孔中。
[0038] 光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器116、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器II 17、 光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器mi8、光纖光柵磨損檢測刀具位置傳感器IV19分別通過樹脂粘接方式安裝在磨損檢測刀具深孔中。[〇〇39] 光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群20由八個光纖光柵位置傳感器組成，每個光纖光柵位置傳感器通過硅膠密封在鋼管中，鋼管對光纖光柵起到保護(hù)的作用，然后再通過焊接方式安裝在刀盤的刀座的深孔中。
[0040]優(yōu)選的，所述的磨損極限位置包括三類，按照磨損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、磨損二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上。
[0041]當(dāng)盾構(gòu)機(jī)工作時，刀盤旋轉(zhuǎn)，一般工況下，在剪切力的作用下刀盤上的磨損檢測刀具和切削刀具會發(fā)生磨損，當(dāng)磨損量達(dá)到預(yù)定磨損量的時候需要更換刀具，以避免磨損刀盤;但在某些特殊工況下，在磨損檢測刀具和切削刀具沒有達(dá)到預(yù)定的磨損量時，刀盤就已經(jīng)開始磨損。這就需要對盾構(gòu)機(jī)磨損檢測刀具、切削刀具和刀盤的磨損進(jìn)行監(jiān)測。
[0042]—種利用上述基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置實現(xiàn)的在線檢測方法，接通分光系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收到解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號，當(dāng)電信號發(fā)生突變，判斷對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位置發(fā)生磨損。[〇〇43]優(yōu)選的，磨損極限位置包括三類，按照磨損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、磨損二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上;根據(jù)發(fā)生突變信號對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位置，判斷該位置發(fā)生磨損的程度。
[0044]本發(fā)明方法還可以根據(jù)得到的位置發(fā)生磨損的程度，發(fā)出對應(yīng)的報警信號。
[0045]以上實施例僅用于說明本發(fā)明的設(shè)計思想和特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，其特征在于:它包括:由若干個結(jié)構(gòu)相同的光纖光柵位置傳感器構(gòu)成的光纖光柵位置傳感器組，每個光纖光 柵位置傳感器均包括一根光纖上的光柵，每個光纖光柵位置傳感器安裝在待檢測設(shè)備的深 孔中，且光纖光柵位置傳感器的光纖末端位于待檢測設(shè)備的磨損極限位置;所述的待檢測 設(shè)備包括待檢測的切削刀具、磨損檢測刀具和刀盤的刀座；分光系統(tǒng)，用于將光分別傳輸給每個光纖光柵位置傳感器，包括固定在后端的寬帶光 源和后端光分路器，隨刀盤一起旋轉(zhuǎn)的與每個光纖光柵位置傳感器連接的前端光分路器， 以及從寬帶光源依次經(jīng)過后端光分路器、前端光分路器最后分別到達(dá)每個光纖光柵位置傳 感器的傳輸光纖;后端光分路器和前端光分路器之間的傳輸光纖通過光纖旋轉(zhuǎn)連接器和磁 親合同步盤連接；解調(diào)系統(tǒng)，用于將從每個光纖光柵位置傳感器返回的光解調(diào)成電信號；控制系統(tǒng)，用于控制分光系統(tǒng)的開關(guān)，并對解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號進(jìn)行分析，判斷切削 刀具、磨損檢測刀具或刀盤中的任意一個或幾個是否磨損及磨損位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，其特征 在于:所述的磁親合同步盤包括第一磁親合同步盤、第二磁親合同步盤和固定盤;其中，第 一磁耦合同步盤設(shè)置在刀盤的轉(zhuǎn)子內(nèi)，通過軸承與刀盤的轉(zhuǎn)子連接;第二磁耦合同步盤設(shè) 置在刀盤的定子內(nèi)，通過軸承與刀盤的定子連接，并通過磁耦合隨第一磁耦合同步盤的轉(zhuǎn) 動而同步轉(zhuǎn)動；固定盤固定在刀盤定子上；后端光分路器和前端光分路器之間的傳輸光纖 依次從第一磁耦合同步盤和第二磁耦合同步盤的中間穿過，并在第二磁耦合同步盤與固定 盤之間通過所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器無線傳輸，再由固定盤中的傳輸光纖引出。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，其特征 在于:所述的光纖光柵位置傳感器組由光纖光柵切削刀具位置傳感器集群、光纖光柵磨損 檢測刀具位置傳感器和光纖光柵刀盤磨損位置傳感器集群構(gòu)成;光纖光柵切削刀具位置傳 感器集群包括若干個設(shè)置在切削刀具深孔中的光纖光柵位置傳感器，光纖光柵磨損檢測刀 具位置傳感器為設(shè)置在磨損檢測刀具深孔中的光纖光柵位置傳感器，光纖光柵刀盤磨損位 置傳感器集群包括若干個設(shè)置在刀盤的刀座深孔中的光纖光柵位置傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置，其 特征在于:所述的磨損極限位置包括三類，按照磨損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、磨損 二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上。5.—種利用權(quán)利要求1所述的基于光纖傳感的盾構(gòu)機(jī)刀具、刀盤磨損在線檢測裝置實 現(xiàn)的在線檢測方法，其特征在于:接通分光系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收到解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)的電信號， 當(dāng)電信號發(fā)生突變，判斷對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位置發(fā)生磨損。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線檢測方法，其特征在于:磨損極限位置包括三類，按照磨 損程度的遞增依次設(shè)定為磨損一度、磨損二度和磨損零界，分別有光纖光柵位置傳感器的 末端設(shè)置在這三類磨損極限位置上;根據(jù)發(fā)生突變信號對應(yīng)的光纖光柵位置傳感器所在位 置，判斷該位置發(fā)生磨損的程度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線檢測方法，其特征在于:根據(jù)得到的位置發(fā)生磨損的程 度，發(fā)出對應(yīng)的報警信號。
【文檔編號】E21D9/08GK105973896SQ201610363775
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】梁磊, 馮坤, 徐剛, 羅玉文, 張健, 吳慧峰, 李東旭, 曹珊, 王慧, 仇磊, 涂彬, 段細(xì)云, 許儒泉
【申請人】武漢理工大學(xué)