FBG传感器为煤矿输送机装上智慧之眼

在煤矿智能化开采的浪潮中，带式输送机作为物料运输的生命线，其安全运行直接关乎生产效率与矿工生命安全。传统电子传感器在井下复杂环境中捉襟见肘——仅能提供开关量信号，无法定量捕捉跑偏、撕裂等故障的演化过程，更因电磁干扰频发导致监测失效。这一痛点，通过使用特殊结构封装的光纤光栅（FBG）传感器阵列技术即可实现，为矿山智能化转型注入强劲动力。

图1. 带式输送机结构示意图

井下监测的革命性突破

传统监测手段面临三重困境：无法定量感知故障程度、实时性不足、抗干扰能力薄弱。新兴的机器视觉、红外热成像等技术虽能实现非接触测量，但在煤尘弥漫、光照多变的井下环境中精度骤降。FBG技术的突破性在于将光纤作为传感器：通过纳米级光栅结构对外界应变、温度的敏感响应，实现物理量的精准量化。通过创新设计的等强度悬臂梁核心结构（图2），采用高强度工程尼龙材料，经多轮有限元仿真优化，确保外力与光纤波长偏移呈完美线性关系。当输送带发生毫米级跑偏时，凸轮-弹簧传动机构（图3）将机械位移转化为悬臂梁微应变，FBG传感器即时捕捉0.001纳米级波长偏移，精度大幅提升。

  图2. 等强度悬臂梁核心结构      图3. 凸轮-弹簧传动机构

在0-100N压力梯度测试中，FBG传感器输出应变与压力呈现近乎完美的线性关系（拟合系数达0.998），实测灵敏度锁定38.115 N/nm。这意味着当驱动滚筒施加1牛顿微小压力变化时，系统可捕捉0.026纳米的光谱偏移——相当于头发丝直径的三十万分之一。重复性试验中连续三次加载曲线高度重合，平均误差仅1.002%，证明其在振动、冲击环境下的卓越稳定性。这些数据不仅为故障早期预警提供科学依据，更重塑了矿山设备监测精度的行业标杆。

图4. 等强度悬臂梁压力与应变变化曲线

过去带式输送机监测好比盲人摸象，如今通过使用FBG传感器让我们可以实现故障演化全过程。这项技术不仅重新定义矿山运输安全标准，同时也对中国煤矿监测领域提供了新的测试方案。