基于光纖光柵傳感的螺紋鉆桿復合載荷檢測技術.pdf

1、近年來，螺紋鉆桿廣泛應用于地礦鉆探工程中。鉆進過程中，螺紋鉆桿將受到軸向壓力、彎矩和扭矩的復合載荷作用，復合載荷過大會引起螺紋鉆桿變形甚至斷裂，因此必須選擇可行的檢測方法及合適的傳感器對其進行分離與在線檢測。傳統(tǒng)的電學傳感器不適合用于對鉆進過程中螺紋鉆桿的復合載荷進行檢測，而光纖光柵(FBG)傳感器作為一種新型光學傳感器，不僅克服了電學傳感器的缺點，且具有體積小、靈敏度高和易復用成網絡等優(yōu)點，在實際工程中的應用也越來越廣泛。通過FBG傳

2、感器對螺紋鉆桿的復合載荷進行在線檢測，對確保螺紋鉆桿所在機械系統(tǒng)的穩(wěn)定安全高效地運行具有十分重要的意義。
　　本文基于ANSYS有限元仿真，對螺紋鉆桿所受復合載荷進行分析，并在鉆進過程中對其進行在線檢測。本文研究的內容主要包括以下幾個方面:
　　1.首先介紹了光纖光柵傳感技術的發(fā)展概況與應用現(xiàn)狀，并分析了國內外對復合載荷的檢測現(xiàn)狀。
　　2.系統(tǒng)分析了光纖光柵的傳感原理，提出了對FBG應變傳感器的溫度補償方法，介紹了螺

3、紋鉆桿所受復合載荷的分離原理以及修正方法，最后簡介了檢測所使用的傳感系統(tǒng)。
　　3.在ANYSY軟件中，通過對復合載荷作用下螺紋鉆桿受力狀態(tài)仿真分析，得到了螺紋鉆桿的應力分布情況，軸向應力修正值和切向應力修正系數，并確定螺紋鉆桿的檢測節(jié)點位置。
　　4.利用LabVIEW軟件結合光纖光柵傳感原理、溫度補償原理及螺紋鉆桿復合載荷分離原理，編寫出可以進行螺紋鉆桿上單節(jié)點復合載荷測量插件和三節(jié)點復合載荷在線檢測的插件。
　　

4、5.對螺紋鉆桿所受復合載荷進行了單節(jié)點測量，驗證了檢測方法的可行性。并對鉆進過程中螺紋鉆桿所受到的復合載荷進行了三節(jié)點在線檢測，與電機施加的載荷（壓力和扭矩）進行對比分析，發(fā)現(xiàn)螺紋鉆桿前端（靠近鉆頭一側）受到被鉆物側向擠壓和摩擦作用較大，使得電機施加的載荷傳遞損耗較多，易出現(xiàn)磨損、變形乃至損壞;而鉆進過程中螺紋鉆桿中端和末端只是短暫甚至未進入被鉆物，傳遞損耗相對較少，受到彎矩的影響較大。
　　該檢測技術為鉆桿機構優(yōu)化、鉆進參數的確