光纤光栅传感器在结构健康监测中的应用

详细阐述光纤光栅传感器的结构及布拉格光纤光栅传感器的工作原理。重点介绍结构健康监测系统构成、光纤光栅传感器系统的信号处理、安装等方面问题;展望光纤光栅传感器在结构健康监测领域中的前景。     

光纤光栅传感器在公路隧道衬砌结构安全监测中的应用

从工程实用角度归纳了光纤光栅传感器相对于其他传统监测仪器的主要优势,阐述了其在隧道结构安全监测中的适宜性.在此基础上结合某公路隧道衬砌结构的薄弱部位和具体条件,设计了现场自动化监测和无线数据通信系统,采用光纤光栅传感器对隧道支护结构的变形和受力状态进行了实时监测实验,结果真实有效地反映了结构物的运行性态,表明光纤光栅传感器在公路隧道结构安全监测中具有良好的实用效果.     

布拉格光栅传感器应用实例

由于环境等各种不利因素的影响,隧道二次衬砌应力、应变状态的长期监测受到人们的重视.分析了光纤光栅传感器传感原理,将光纤布拉格光栅传感器应用于新厂隧道二次衬砌应力、应变监测.光纤布拉格光栅传感器所采集的数据通过隧道分析软件生成隧道应变位移图与隧道各测点时空图进行对比.通过隧道分析软件生成的隧道应变位移图能更直观的表现隧道断面受力及位移情况.     

基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统设计

在掘进和采煤的过程中,巷道围岩的受力情况复杂多变,因此,巷道离层位移和围岩压力的实时监测是保证巷道正常工作的一个重要因素。设计了一种基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统。该系统实现井下700 m数据采集,井上分析处理,可提供时序趋势变化、结构分布变化和阈值报警等功能。根据朱仙庄煤矿巷道的特点,系统安装4只FBG位移传感器、4只FBG土压力传感器和4只FBG温度传感器,对巷道掘进区域的离层位移、围岩压力和温度变化进行在线监测。监测结果表明:系统对离层位移、围岩压力和巷道温度变化反映灵敏,能够有效保证巷道掘进的正常进行,且为后续巷道施工提供数据支持和理论依据。     

光纤光栅位移传感器在边坡监测中的应用研究

针对传统的边坡监测不能依据边坡工程实际实时动态地掌握边坡发展、变形、破坏过程的问题,提出将光纤光栅位移传感器布设在露天矿工程潜在滑动面上对位移数据进行精确采集并预警的方法。该方法根据得到的位移数据掌握边坡变形破坏过程,然后依据边坡发展变化规律判别滑坡的临滑时刻,从而作出及时准确的预警。试验结果表明,将光纤光栅位移传感器应用在边坡监测中能够得到动态的位移监测曲线,同时依此作出的预警十分准确有效。     

光纤光栅位移传感器在边坡监测中的应用研究

针对传统的边坡监测不能依据边坡工程实际实时动态地掌握边坡发展、变形、破坏过程的问题,提出将光纤光栅位移传感器布设在露天矿工程潜在滑动面上对位移数据进行精确采集并预警的方法。该方法根据得到的位移数据掌握边坡变形破坏过程,然后依据边坡发展变化规律判别滑坡的临滑时刻,从而作出及时准确的预警。试验结果表明,将光纤光栅位移传感器应用在边坡监测中能够得到动态的位移监测曲线,同时依此作出的预警十分准确有效。     

土体微位移精准监测研究

基于光纤光栅传感器制备了一种测量土体内部微变形的位移传感器,该传感器主要包括光纤光栅、PVC(Polyvinyl chloride)管和光纤锚固板.标定试验发现,微位移传感器的最小分辨率为0.0083 mm,灵敏度为0.12 nm/mm,可测量的最大位移为7.58 mm.通过边坡模型试验与有限元模拟计算对比研究发现,有限元计算与光纤光栅传感器的结果吻合较好,3个微位移传感器与有限元计算结果分析所得平均误差仅为0.033 mm,平均误差约为6.7％.本研究制备的微位移传感器具有灵敏度高、制备工艺方便、制备流程快捷、使用方法简单的特点,为土体内部微位移的监测提供了一种新型的测量方式.     

基于光纤光栅传感的根式沉井静载实验研究

应用光纤光栅传感网络测量桥梁根式沉井在破坏性静载荷实验中的应力变化。进行现场实验,根据有限元分析,多通道光纤光栅传感阵列设计安装在沉井的合适位置。根据沉井土层的分布情况,共布置10层光纤光栅传感元,每层包括8个光纤光栅应变计和1个光纤光栅温度补偿器。布置安装的光纤光栅传感系统通过对每层8个应变点的监测,可以准确测量同一水平结构层的应力变化分布。实验结果表明,光纤光栅传感网络可以在全程载荷实验过程中,监测桥墩的应力变化,为桥梁的安全运营提供了可靠的依据。     

光纤光栅传感技术在煤矿安全监测系统中的应用

分析了光纤光栅传感技术原理及其优势,并介绍了其在煤矿安全监测系统中的典型应用。基于光纤光栅传感原理研制的各类矿用传感器可以实现对顶板压力、顶板离层、渗漏、采空区温度、竖井安全度、滑坡位移等的监测。     

光纤光栅传感器在水布垭面板坝安全监测中的应用

本文分析了光纤光栅传感的基本原理,在坝体模拟槽试验中具体验证了波长变化与温度的关系;通过建设中的清江水布垭面板坝工程,研究了用于大坝监测的光纤光栅传感器的系统构成,并成功地大规模布设了光栅应变传感器与温度传感器;监测结果表明光纤Bragg光栅传感器监测系统具有良好的稳定性与耐久性,为建筑结构的健康诊断提供可靠的依据。     

用于油库监测的光纤Bragg光栅传感器实验研究

通过对三种光纤Bragg光栅传感器的实验研究,得出实验数据并进行分析,表明光纤光栅传感器用于油库状态参数监测是可行的。该文介绍了分布式监测技术领域的一种新型技术——光纤Bragg光栅监测网络技术,指出了其相对传统技术所具有的独特优越性。最后,提出了一种基于光纤Bragg光栅传感技术的油库监测网络。     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。     

光纤光栅传感技术在大结构监测中的应用进展

在众多的传感器种类中,利用多个光纤光栅传感器可构成多路和分布式传感器等各种形式的光纤传感网络等优点,使它正在成为传感器领域中新的研究方向。光纤光栅传感器所具有的独特的技术优势使其非常适合用于桥梁、堤坝、建筑物、航空航天、航海、海洋石油平台及油田等大结构工程的监测。论述了该技术的特点和近年来在国外大结构中的应用。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。     

光纤布拉格光栅传感技术在隧道火灾监测中的应用研究

针对公路隧道存在潜在的火灾问题,提出一种利用环氧树脂封装而成的光纤布拉格光栅传感器对隧道火灾进行监测,分析了其基本原理及温度传感特性,实验结果表明封装后的光纤光栅的温度传感灵敏度约是裸光栅的2.75倍.再利用光纤光栅多区波分复用技术,设计了一套基于光纤布拉格光栅传感技术的隧道火灾报警监测系统.结合现场模拟监测实验,证明该系统灵敏度高、数据准确,能够对隧道火灾报警方位进行精确判断,为隧道火灾的预警和救灾赢得时间.     

基于光纤光栅PGCD的材料冲击试验研究

光纤光栅抗电磁干扰和易于构成分布式光纤传感网络,对设备健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试具有独特优势。波长编码信号解调系统的频率低是制约光纤光栅传感器在高频信号环境下使用的关键问题之一,采用M-Z干涉技术,设计了一套基于相位载波(PGC)的相位解调方法的光纤光栅高频解调系统,对正弦信号激励和冲击试验产生的信号进行了测试和分析,取得了比较理想的试验结果,实现了10 kHz频率范围内高频信号的检测。     

边坡光纤光栅监测与自适应卡尔曼滤波模型

山地变电站往往建设在地质条件复杂性的位置.地表裂变,突起,土体缓变,往往诱发更严重的地质灾害.结合楚雄220 kV边坡变电站的工程实际情况,利用光纤Bragg光栅(FBG)传感器,进而实现了对大型复杂结构环境的多参量、多点监测.通过建立自适应卡尔曼跟踪滤波模型,对边坡表面应变传感器,温度补偿传感器的数据,进行跟踪滤波,从而得到更为有效的监测数据.