适应于水工结构物应变监测的光纤布拉格光栅

光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating)传感器以其耐久性好、抗电磁干扰能力强、不影响埋设部位混凝土的性能和力学参数、易于实现准分布式测量等优点,正逐渐成为替代传统电阻应变计的首选。本文介绍了光纤布拉格光栅的传感原理及温度补偿和安装方法,并展望了其在水工结构物中的应用前景。     

光纤布拉格光栅隧道应力应变监测系统

隧道二次衬砌应力、应变状态的长期监测,一直是国内外岩土工程界关注的焦点.对此.分析了光纤光栅传感器传感原理,提出了将光纤布拉格光栅传感器应用于隧道二次衬砌应力、应变监测的新方案.同时,在现场进行光纤布拉格光栅传感器与钢弦式传感器的对比实验,并进行优势分析.实验结果表明:光纤布拉格光栅传感器具有很高的测试精度,长期稳定性好,信号传输距离远,为长期监测提供了一种可靠有效的手段.     

基于光纤Bragg光栅的悬臂梁式力检测系统

采用毛细金属管对光纤光栅进行了封装,设计了一种悬臂梁式光纤布拉格光栅力检测装置,对光纤光栅的温度和力传感性能进行了实验研究,分析了基于悬臂梁的双光纤Bragg光栅的力灵敏度。结果表明:毛细金属管能够对光纤光栅提供较好的保护,封装后其温度和力传感性能稳定,温度灵敏度为11. 1 pm/℃,力灵敏度为0. 891pm/N,而在悬臂梁上正反面粘贴两个相同的FBG能够进行温度补偿的同时,使力灵敏度提高两倍。     

基于布拉格光纤光栅的静冰压力传感研究

针对现有电传感器在高寒地区测量静冰压力存在的问题,提出了一种基于布拉格光纤光栅的静冰压力传感测量系统,可实现对静冰压力的定点在线测量。通过测得冰层内部静冰压力和温度同时变化过程中的光纤光栅布拉格波长,经过温度补偿消除了静冰压力测量过程中温度的影响,利用压力与布拉格光栅中心波长的关系得到静冰压力的测量值。同时,利用混沌光源良好的互相关性,通过相关峰的位置,实现了对静冰压力的定点测量。本实验对-10℃~-5℃温度范围内,实验室条件下的模拟静冰压力进行了测量,对系统进行了温度补偿,温度补偿曲线线性拟合度为99.56%,有效地消除了交叉敏感,可满足实际工程应用中静冰压力的测量要求。     

基于波分复用技术的FBG传感器线性阵列测温系统应用研究

不同的光纤光栅可具有不同的中心波长,利用光通信技术中的波分复用技术,可以实现在一根光缆中同时传输多个不同中心波长的光信号,将这些不同波长的光纤光栅传感器级联在一根光缆上,构成传感器线性阵列拓扑结构,则可以实现准分布式的多点测量。将基于波分复用技术的光纤布拉格光栅传感器线性阵列测温系统应用于大体积混凝土施工过程中的温控测量,目前在国内尚不多见。通过在三峡工程升船机塔柱安全监测项目的温控测量,为延拓光纤布拉格光栅测温系统的应用范围积累了一些有益经验,也为光纤布拉格光栅测温系统应用于大型水利工程的混凝土温控测量获取了宝贵资料。     

光纤光栅传感技术在边坡预应力锚索监测中的应用

概括叙述了光纤光栅传感技术应用于水电水利工程边坡预应力锚索监测的目的、原理及布设等.水电水利工程边坡预应力锚索采用的光纤光栅传感器是一种新型全光纤无源器件,技术先进,与普通传感器相比,有着不可比拟的优势和特点,具有重大的应用价值,表明光纤光栅传感技术在水电工程建设领域具有广泛的应用前景.本文对完善光纤光栅传感技术提出了共同探讨的内容.     

光纤光栅技术在输水隧洞安全监测中的应用

大伙房水库输水应急入连工程隧洞总长达14.11km,安全监测系统采用光纤光栅传感新技术。本文通过将光纤光栅传感器与传统振弦式传感器比较,探讨其在工程应用中的可行性、经济性及优越性能。     

基于FBG改装后边坡测斜仪的位移监测原理研究

基于光纤光栅传感技术(FBG)对传统边坡测斜仪进行改装,对测斜管进行力学分析,结合力学微积分理论及横向量法,对测斜管的变形进行了理论推导,并对基于FBG改装后边坡测斜仪的二维和三维位移监测方法进行理论推导。通过分位移计算、横截面空间向量法和传感器空间测点位置布置,得到了测斜管二维总位移公式和测斜管三维各项位移公式,为光纤传感技术在边坡监测中的使用提供理论依据。     

光纤光栅传感技术在水利监测中的应用

光纤光栅传感技术是国际上近十年发展起来的新型传感技术，既用光纤感测信号又用光纤传输信号，是以光纤为载体的传感技术的最杰出代表。目前该技术已经相对成熟，并成功地应用于多个相关行业。介绍了在光纤光栅技术平台上研制出的传感器的特点、工作原理及其在水利监测中的应用，着重于光纤光栅传感技术在水位遥测及大坝安全监测上的应用。     

光纤光栅传感监测在拱坝地质力学模型试验中的应用

光纤光栅传感在土木工程原型监测中逐步得到广泛应用,然而在水工地质力学模型试验中应用较少。以木里河立洲拱坝地质力学模型为基础,在坝顶及上游坝面布置光纤光栅传感器,对坝体在超载过程中的应变进行监测,通过光纤光栅传感器监测得到的应变及变化曲线,分析了地质力学模型拱坝坝面的开裂破坏过程。成果表明：Kp=1.0时,坝体工作正常;Kp=1.2~2.2时,坝踵处出现初裂;Kp=2.2~3.0时,曲线有转折和拐点的出现,左岸坝肩岩体受内部结构面影响发生较大的位移;Kp=3.6~4.3时,坝体应变整体出现较大的波动,其中左拱端应变曲线C17测点出现较大拐点,左拱发生开裂;此后,应变曲线陆续出现波动或转向,坝体裂缝不断发展,直至逐渐失去承载能力。通过与常规的应变片检测方法进行对比分析,验证了光纤光栅传感器在地质力学模型试验中应用的可行性。     

基于光纤光栅技术的围岩大应变连续监测研究

围岩应变是地下洞室开挖监测的重要内容之一,采用传统应变监测仪器无法测得连续的围岩大应变。本文结合工程实践,基于光纤光栅位移传感器设计出一种连续测量围岩大应变的改进型大量程光纤光栅应变监测装置。该装置将多支改进型大量程光纤光栅应变传感器组装成串,可连续测得仪器埋设沿线任一测点的应变量。监测成果表明,洞室扩挖时光纤光栅仪器测得围岩应变变化明显,与埋设部位围岩地质结构和施工开挖实际较为吻合,与附近多点变位计监测结果变化规律基本一致。由于光纤光栅仪器具有灵敏度高、精度高等优点,因此能够监测到安装孔内轴向任意间距围岩应变情况。     

双管式光纤Bragg光栅温度传感器

设计了一种对外加应力应变不敏感的光纤光栅温度传感器,通过双层结构消除外加应力应变对Bragg波长的偏移值影响。建立了光纤光栅温度传感器模型中温度变化量与Bragg波长的偏移值的对应关系。采用水浴法进行测温实验,根据实验数据得到光纤Bragg光栅温度传感器的各项静态性能指标。     

基于啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)的混凝土磨蚀监测方法

提出了一种基于啁啾布拉格光纤光栅(CFBG)的混凝土磨蚀监测方法,其基本工作原理在于光纤光栅长度会随着混凝土磨蚀的发生而同步变短,从而引起光栅反射光谱带宽变窄,继而利用光纤光栅的相关理论计算得到混凝土磨蚀深度。同时,还描述了一种计算混凝土磨蚀深度的简单算法,并通过对比试验验证传感器测试的精度。试验结果表明:对于单点的磨蚀深度测量结果,该方法的测量精度可达到亚毫米级别,可应用于水工建筑物表面磨蚀状态的实时监测。     

光纤光栅传感技术在洞室围岩变形监测中的应用

光纤光栅传感器利用波长调制传递信号,具有测量精度高、抗干扰强、传输距离远、可连续测量等特点,在桥梁结构健康监测、火灾报警等领域已得到广泛应用,但在洞室围岩变形(应变)监测中应用较少。通过对光纤光栅传感器和多点变位计在围岩变形(应变)监测中的应用对比,发现光纤光栅传感器易受施工爆破振动影响,且随着运行时间的增长,有效测点数逐渐减少。为此针对性地提出了有效测点判别和异常测值内插处理的新方法,经处理,光纤光栅传感器能较好地反映洞室围岩变形(应变)变化规律,且与多点变位计测值在空间分布和时间序列上一致性较好,为洞室围岩变形(应变)监测提供了新方法。     

碳纤维复合材料封装光纤Bragg光栅

利用碳纤维复合材料(CFRP)对光纤Bragg光栅进行封装保护。在外加应力的作用下,碳纤维复合材料发生形变,从而带动粘贴于碳纤维复合材料上的光纤Bragg光栅产生与应变相关的Bragg波长移位,与信号处理装置连接显示光纤Bragg光栅波长值。本设计将碳纤维复合材料所受应变转换为对光纤Bragg光栅峰值波长的调制。在用CFRP对结构体加固的同时,还能通过预先埋入CFRP的光纤Bragg光栅对其进行长期监测,构成了一种集加固与监测于一体的智能结构,能对结构体进行长期的实时健康监测。     

光纤Bragg光栅传感器在大坝安全监测中的应用及前景

押概述了光纤Bragg光栅传感器(FBG)的组成、原理、类型及特点,介绍了目前光纤Bragg光栅传感器在水电工程中的研究以及国内应用实例。分析了现有应用的不足之处,指出了光纤Bragg光栅传感器在大坝安全监测中的应用及前景。     

基于光纤Bragg光栅的网壳拉索索头应变测量分析

为了对网壳拉索索头进行应变监测,提出了利用光纤Bragg光栅传感技术对拉索索头进行应变测量,利用电阻应变片进行对比试验,并与理论值相比较;同时提出了一种弹性模量测量的新方法。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器比应变片具有更高的精度,重复性好,能很好地实现对拉索索头的实时、在线监测。该技术在土木工程界具有广泛的应用前景。     

高精度光纤光栅解调仪的研制及应用

介绍了光纤光栅传感器对温度及应变物理量的感应原理、Bragg光栅波长的解调方法,重点介绍了可调法布里一珀罗滤波法解调原理.阐述了高精度光纤光栅解调仪的系统原理、内部结构、关键技术、应用情况及数据分析等.实验数据表明,该高精度光纤光栅解调仪具有很好的测量精度和精度重复性.高精度光纤光栅解调仪适合于大坝和水利工程的安全监测,还适合于电力、交通、石化等行业中关于温度、变形等物理量的监测.     

光纤Bragg光栅温度传感器在三峡大坝坝前水温监测中的应用

基于光纤 Bragg 光栅的波长变化受光纤纤芯的有效折射率和光栅周期的影响,通过测量光纤 Bragg 光栅的反射波长的变化,可以探知环境物理量的变化。在假设压力场和轴向应力场保持恒定的基础上得到的温度传感模型,结合三峡大坝坝前水温监测的要求,建议采用温度与波长的二次式关系。其标定结果能够满足要求,并且监测的结果较好。