Strain and force measurement in wire guide

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.

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.