Strain and force measurement in wire guide

• Autorzy: Juraszek J.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122450

Warianty tytułu

PL

Pomiar odkształceń i obciążeń w linie prowadniczej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a new method for measuring the strain and load of wire ropes guide using fiber optic sensors with Bragg gratings. Its principle consists in simultaneous fiber optic measurement of longitudinal strain of the rope and transverse strain of the bolt fixing the rope. The tensometric force transducers which have been used so far were only able to determine the load in the head securing the rope through an indirect measurement using a special strain insert. They required calibration, compensation of temperature changes, as well as periodic checking and calibration. The head fastening the rope required significant design changes. Measurement based on fiber optic sensors does not have these drawbacks and is characterized by a much higher accuracy and safety of measurements, because the working medium is light. The fastening head does not change. The measurement of the rope load may be based on the change of strain value or indirectly by means of measuring the deflection of the bolt fixing the rope holder. The proposed solution consists in placing the optical fiber with Bragg grating inside the bolt. It enables continuous measurements with a frequency of 2 kHz. A special test bench was built at the Research and Supervisory Centre of Underground Mining. Testing on guide ropes was carried out in a mining hoist in the Piast mine.

PL

W pracy przedstawiono nową metodę pomiaru odkształceń i obciążeń lin stalowych za pomocą czujników światłowodowych z siatkami Bragga. Istota jej polega na jednoczesnym światłowodowym pomiarze odkształceń wzdłużnych liny i poprzecznych sworznia mocującego linę. Stosowane do tej pory tensometryczne przetworniki siły umożliwiały wyznaczanie jedynie obciążenia w głowicy mocującej linę poprzez pośredni pomiar za pomocą specjalnej wkładki odkształceniowej. Wymagały one kalibracji, kompensacji zmian temperatury, oraz okresowego sprawdzania i wzorcowania. Głowica mocująca linę wymagała znacznych zmian konstrukcyjnych. Pomiar oparty na czujnikach światłowodowych nie posiada tych niedogodności i odznacza się znacznie większą dokładnością i bezpieczeństwem prowadzonych pomiarów, gdyż medium roboczym jest światło. Głowica mocująca nie ulega zmianie. Pomiar obciążenia w linie może być oparty na zmianie wartości odkształcenia bądź pośrednio za pomocą pomiaru ugięcia sworznia mocującego uchwyt liny. Zaproponowane rozwiązanie polega na umieszczaniu światłowodu z siatka Bragga wewnątrz sworznia. Umożliwia ono prowadzenie ciągłych pomiarów z częstotliwością 2 kHz. Zbudowano specjalne stanowisko badawcze w Centrum Badań i Dozoru Górnictwa Podziemnego – CBiDGP. Badania testowe na linach prowadniczych przeprowadzono na wyciągu górniczym w kopali Piast.

Słowa kluczowe

EN

strain; load; wire; fiber optic sensor

PL

odkształcenia; obciążenia lin; światłowodowe czujniki optyczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 2
• Strony: 321--334
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Juraszek J.

• University of Bielsko-Biała, Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała Faculty of Materials, Civil and Enviromental Engineering

Bibliografia

• [1] Chan T.H., Yu L., Tam H.-Y., Ni Y.-Q., Liu S., Chung W., Cheng L., 2006. Fiber Bragg grating sensors for structuralhealth monitoring of Tsing Ma bridge: Background and experimental observation. Eng. Struct. 28, 648-659.
• [2] Hankus J., 2000. Budowa i własności mechaniczne lin stalowych. GIG, Katowice.
• [3] Hill K.O., Meltz G., 1997. Fiber Bragg grating technology fundamentals and overview. J. Lightwave Technol. 15, 1263-1276.
• [4] Iten M., 2012. Novel Applications of Distributed Fiber-Optic Sensing in Geotechnical Engineering. Volume 19-632 VDF Hochschulverlag AG; Zürich, Switzerland.
• [5] Juraszek J., 2013. Innowacyjne, nieniszczące metody badań diagnostycznych. ATH, Bielsko-Biała.
• [6] Kim J.-M., Kim H.-W., Choi S.-Y., Park S.-Y., 2016. Measurement of prestressing force in pretensioned UHPC deck using a fiber optic FBG sensor embedded in a 7-wire strand. J. Sens.
• [7] Kim J.-M., Kim H.-W., Park Y.-H., Yang I.-H., Kim Y.-S., 2012. FBG sensors encapsulated into 7-wire steel strand for tension monitoring of a prestressing tendon. Adv. Struct. Eng. 15, 907-917.
• [8] Kim S.T., Park Y., Park S.Y., Cho K., Cho J.-R., 2015. A sensor-type PC strand with an embedded FBG sensor for monitoring prestress forces. Sensors. 15, 1060-1070.
• [9] Kim Y.-S., Sung H.-J., Kim H.-W., Kim J.-M., 2011. Monitoring of tension force and load transfer of ground anchor by using optical FBG sensors embedded tendon. Smart Struct. Syst. 7, 303-317.
• [10] Li H.-N., Li D.-S., Song G.-B., 2004. Recent applications of fiber optic sensors to health monitoring in civil engineering. Eng. Struct. 26, 1647-1657.
• [11] López-Higuera J.M., Cobo L.R., Incera A.Q., Cobo A., 2011. Fiber optic sensors in structural health monitoring. J. Lightwave Technol. 29, 587-608.
• [12] Moyo P., Brownjohn J., Suresh R., Tjin S., 2005. Development of fiber Bragg grating sensors for monitoring civil infrastructure. Eng. Struct. 27, 1828-1834.
• [13] Mufti A.A., 2002. Structural health monitoring of innovative Canadian civil engineering structures. Struct. Health Monit. 1, 89-103.
• [14] Ou J., Li H., 2010. Structural health monitoring in mainland China. Review and future trends. Struct. Health Monit. 9, 219-231.
• [15] Rizkalla S., Tadros G., 1994. First smart highway bridge in Canada. Concr. Int. 16, 42-44.
• [16] Sumitro S., Jarosevic A., Wang M.L., 2002. Elasto-Magnetic Sensor Utilization on Steel Cable Stress Measurement. Proceedings of the First FIB Congress; Osaka, Japan. 13-19 October 2002, p. 13-19.
• [17] Udd E., 1996. Fiber optic smart structures. Proc. IEEE. 84, 884-894.
• [18] Watkins S.E., 2003. Smart bridges with fiber-optic sensors. IEEE Instrum. Meas. Mag. 6, 25-30.
• [19] Werneck M.M., Allil R., Ribeiro B., de Nazaré F., 2013. Current Trends in Short-and Long-Period Fibre Gratings. InTech; Rijeka, Croatia. A guide to fiber Bragg grating sensors; p. 1-24.
• [20] Ye X., Su Y., Han J., 2014. Structural health monitoring of civil infrastructure using optical fiber sensing technology: A comprehensive review. Sci. World J.
• [21] Zhou Z., Graver T.W., Hsu L., Ou J., 2003. Techniques of advanced FBG sensors: Fabrication, demodulation, encapsulation and their application in the structural health monitoring of bridges. Pac. Sci. Rev. 5, 116-121.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)