FBG监测仪在机场高填方分层沉降监测中的应用

光纤布拉格光栅(FBG)传感技术具有精度高、准分布、实时性、耐腐蚀及抗电磁干扰等独特优势,已在众多工程监测领域中得到应用,在吸收利用传统填筑土分层沉降监测方法优点的基础上,引入了当前较为先进的光纤光栅传感技术,开发出一种全新的分层沉降监测仪器,利用其抗腐蚀性能好、传输距离远、测量精度高、抗电磁干扰以及能够实现实时监测等优点,实现高精度、高稳定性的实时监测与及时预警。结合工程实例介绍了分层沉降监测仪在高填方土施工中的应用。     

基于光纤光栅传感技术的测量模型土体侧向变形一维分布的方法

开发了一套基于现代光纤光栅传感技术的测试系统和方法,用于测量振动台试验中模型土体内部的侧向变形的一维分布。将分布式光栅传感器黏贴在基底梁上,并植入土体,考虑土体与植入其中的柔性梁共同运动,利用光纤布拉格光栅（FBG）采集植入梁的变形信息,运用连续体力学的方法,计算得到植入梁周围土体的侧向扩展及剪应变沿深度的一维分布。将现代光学传感技术与传统土工试验技术相结合,应用FBG传感器支持单通道多测点,微型轻质及抗电磁干扰等特点,该系统对周围土体扰动小,导线数量也极少,并且信号不受其他传感器电磁信号的干扰。通过一次小型振动台试验,展示了该方法的可操作性,并与加速度记录信号进行对比,验证了方法的适用性。     

光纤光栅传感器在细石混凝土结构中的应用研究

光纤光栅传感器以其抗电磁干扰、质轻、耐腐蚀、信噪比高、易组成传感网络等优良的传感特性,成为近年来迅速发展的一种新型智能传感器,在结构试验与工程监测领域中有广阔的应用前景.本文首先介绍了光纤布拉格光栅应变传感器的测试原理以及光纤光栅传感技术在检测细石混凝土结构时采用的埋入工艺,并在上海旗忠网球中心整体静力试验中埋入了光纤光栅传感器,用于对细石混凝土模型受力全过程的应变测试.试验结果表明,光纤光栅传感器测试精度高,稳定性好,便于修复,完全能适用于细石混凝土的结构测试.     

基于FBG的某客站轨道层混凝土施工监控

FBG(光纤光栅)传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多其他传感器所不具备的优点,非常适合埋入混凝土结构进行温度及应变监测。采用埋入式光纤光栅应变传感器对大体积混凝土内部应变变化进行监测,可以直观、及时准确地获知结构状态,及时采取措施可以预防大体积混凝土结构的开裂。本文结合哈尔滨西客站P-Q-R轨道层大体积混凝土结构工程实例介绍了光纤光栅应变传感器在大体积混凝土施工阶段的应变监测中的应用。     

FBG在隧道施工监测中的应用及关键问题探讨

光纤布拉格光栅(FBG)传感技术具有精度高、准分布、实时性、耐腐蚀及抗电磁干扰等独特优势,已在众多工程监测领域中得到应用,但纤细脆弱、交叉敏感的FBG应用到作业环境恶劣和变形规律复杂的隧道工程监测中还有一些关键问题需要解决。探讨了FBG用于在建隧道工程监测中常遇到的封装保护、温度补偿及系统集成问题,提出了相应的解决办法和思路,并以具体工程案例对上述问题进行了分析。研究表明:通过合适的封装和保护可以将埋入式FBG传感器的成活率大幅提高,实现在隧道开挖期间对喷射混凝土的拱架内力、混凝土应变与温度的实时监测。     

采用光纤传感技术的土木结构应变监测

近年来，对于重要土木工程结构的健康监测越来越受到人们的重视，光纤传感器由于具有体积小、重量轻、柔软、灵敏度高、抗电磁干扰等优点，正逐渐被应用到土木工程领域中犤１犦。光纤Bragg光栅（FBG）是近年来出现的一种新型光学器件，应用光纤Bragg光栅传感器进行土木工程结构的应变测量时，能够克服电阻应变片难于埋入、存活率低等缺点，可对混凝土结构的内部应变进行测量犤２，３犦。本文叙述将封装的光纤Bragg光栅传感器埋入钢筋混凝土结构内部，在结构破坏实验中监测应变的变化历程。１光纤光栅的封装与传感特性光纤Bragg光栅通常写…     

基于桥梁健康监测的振动传感器

提出一种基于桥梁监测的光纤光栅振动传感器的设计方法。监测系统是基于测量压力啁啾的光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率达到实时监控的目的。该传感器是由单根FBG组成,为了模拟真实桥梁振动情况,使用简支梁模拟桥梁。将单根FBG斜向粘贴在简支梁侧面上进行模拟试验,梁的上表面中间粘贴偏心轮来产生振动。振动将作用到简支梁上造成梁弯曲。梁弯曲时,在不同厚度层上产生呈梯度分布的应变,进而引起FBG的啁啾效应,造成FBG带宽发生变化。试验结果将电阻应变片和基于FBG的振动传感器进行对比。由于FBG对反射带宽和光功率温度不敏感,传感测量完全避开了温度的交叉敏感效应。该传感器可以广泛应用于桥梁的健康监测中,具有实时性及成本低等优点。     

基于FBG传感器的桥梁结构应变监测

文章通过在桥梁模型中埋入光纤布拉格光栅传感器,验证FBG传感器可应用于桥梁结构的应变监测。首先介绍了光纤传感技术、国内外的发展现状及应用,比较了目前较为常用的两种光纤传感器:光纤光栅传感器、光纤法珀传感器。接着着重介绍了本次试验所用的FBG传感器,然后通过对桥梁模型的结构分析确定监测内容,并进行应力分布研究,在此基础上完成对FBG传感器的优化布设。最后,通过对数据的采集和评估验证监测系统可行性。应用结果表明,FBG传感器系统可以很好地反映桥梁结构应力变化,能够实现对桥梁结构健康监测。     

大海则煤矿光纤光栅井壁安全监测系统研究

介绍了大海则煤矿立井井壁结构光纤光栅安全监测系统的组成,论述了监测系统中传感器的工作原理,探讨了该监测系统的软件功能及诊断流程,指出光纤光栅安全监测系统具有结构简单、精度高、复用性强等优点。     

大坝模型试验的光纤传感变形监测

考虑到大坝模型试验中内部变形难以监测的现状,研制了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)技术的光纤传感器.这种传感器为圆棒式结构,其表面沿轴向安装了准分布式的光纤布拉格光栅.对于大坝物理模型,该传感器可预埋入坝体和坝基的内部.当大坝受到油压千斤顶荷载产生变形时,该传感器类似于一根一端固定并同时受轴向拉、压和横向弯曲的弹性梁.根据弯梁原理,由光纤布拉格光栅测得的应变结果可反算出大坝沿水平向和竖向的位移分布.室内标定试验结果表明,该传感器测得的变形量与其他常规传感器的读数一致.在一个二维混凝土重力坝物理模型的超载破坏试验中,采用预埋于坝体、坝基内部的光纤传感器以及表面安装式位移计、电阻应变花对该模型进行实时的变形监测.试验结果验证了该光纤传感器在大坝模型内部变形监测中的有效性,同时也揭示了大坝在超载作用下的变形机制和破坏形态.     

Applications of FBG-based sensors to ground stability monitoring

Over the past few decades, many optical fiber sensing techniques have been developed. Among these available sensing methods, optical fiber Bragg grating(FBG) is probably the most popular one. With its unique capabilities, FBG-based geotechnical sensors can be used as a sensor array for distributive(profile) measurements, deployed under water(submersible), for localized high resolution and/or differential measurements. The authors have developed a series of FBG-based transducers that include inclination, linear displacement and gauge/differential pore pressure sensors. Techniques that involve the field deployment of FBG inclination, extension and pore-pressure sensor arrays for automated slope stability and ground subsidence monitoring have been developed. The paper provides a background of FBG and the design concepts behind the FBG-based field monitoring sensors. Cases of field monitoring using the FBG sensor arrays are presented, and their practical implications are discussed.     

光纤Bragg光栅传感技术在隧道监测中的应用

在阐述光纤Bragg光栅（FBG）传感技术的工作原理和优点的基础上,以昆明白泥井3#隧道为实例,提出FBG传感器在隧道内的铺设方案及温度补偿技术。经过对隧道断面的24h连续监测,讨论隧道内最大温差对Bragg反射中心波长变化的影响,并对隧道每一监测断面上温度传感系统所取得的Bragg波长值进行可靠性的估计,验证FBG监测系统的可靠性。对隧道进行8个月的定期监测,并对隧道断面的应变变化情况进行分析,分析结果表明：干湿季节交替是导致测点应变波动的重要因素,而雨季是致使测点应变变化增大的主要原因。目前隧道二次衬砌结构稳定;同时,研究结果表明,FBG可准确地测出隧道的应变分布,将其应用于隧道变形监测中是可行和有效的。     

光纤传感监测技术在工程地质领域中的应用研究进展

近年来,随着越来越多工程建设的开展以及城市地质灾害问题的出现,在工程地质中进行长期有效的结构稳定性监测显得十分重要。光纤传感作为一种新型监测技术,具有高精度、远程实时、长距离、耐久性长及抗电磁干扰等优点,能够弥补传统监测技术工程监测中的不足,应用广泛。本文通过总结前人相关研究工作,概括出光纤传感监测技术在隧道结构健康监测、地面变形监测、基坑监测和边坡监测中的应用现状,并得出几点结论和思考:(1)光纤传感监测技术符合工程地质学的发展战略;(2)光纤监测应该要与多学科进行有机、深度地结合;(3)分布式(准分布式)光纤监测技术在工程地质监测中的应用前景广泛。     

基于光纤光栅传感的结构损伤诊断试验研究

简述了光纤光栅传感器的传感原理。为了说明基于光纤光栅传感的结构损伤诊断的效果好,制作了带孔的悬臂梁结构,用盖板封住或去掉来模拟结构的完好和损伤,在结构开孔处和参考点处分别粘贴光纤光栅传感器来测量结构的应变模态,通过结构应变模态在损伤前后的变化作为结构的损伤指标识别结构的损伤。试验结果表明,光纤光栅传感器具有很高的测量精度,并能很良好地识别结构的损伤。     

Multi-parameter real-time monitoring scheme for power transmission lines based on FBG sensors

A multi-parameter real-time monitoring scheme for power transmission line is proposed and experimentally demonstrated.The Fiber Bragg Grating(FBG)sensors are used to sensing the information of temperature and strain in the power transmission lines system,and a monitoring center based on client–server model is established to process and display the sensing information.Several FBG-based power transmission line temperature sensors interrogated based on the developed multi-parameter real-time monitoring scheme is experimentally investigated.The result shows that the system is very useful.     

松散层沉降光纤光栅监测的应变传递及其工程应用

 为了研究深部厚松散层失水沉降变形特征,建立光纤光栅–胶结层–封装材料及传感器封装材料–钻孔封孔材料–松散层的应变传递计算模型。通过对光纤光栅应变与松散层应变的传递分析,指出前人应变传递理论中所推导的公式不适用于松散层监测的应变计算,由此给出钻孔植入光纤光栅传感器的松散层应变传递计算模型,并分析影响松散层应变传递的因素,指出封孔材料弹性模量在8～15 GPa范围内时可以得到较高应变传递率。针对某矿松散层12个层位安装的24个光纤光栅传感器,采用该模型得出92.40～148.69 m范围内松散层变形沉降的应变监测结果。工程实践表明,该煤矿松散层埋深97.56～104.33,141.94～144.88 m处为最易出现压应力集中的区域,这与煤矿的实际情况、采用相关方法监测的结果基本一致。光纤光栅应变传递理论研究对推动光纤传感技术发展及其工程应用具有重要实践意义。     

光纤传感技术在边坡模型试验中的应用

 关于边坡模型的坡体变形监测较为困难,将光纤传感技术应用于边坡模型试验尝试解决这一问题。构建边坡模型进行人工降雨试验,采用光纤布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)监测坡体变形和光纤光栅(FBG)传感技术监测坡面变形。将BOTDR光纤分层埋入坡体不同位置,以边坡后缘模型箱为固定的参照点,监测坡体内不同位置的应变变化;将光纤光栅传感器铺设在坡面的不同位置,以坡面后缘为固定参照点,监测坡面各位置处位移变化。根据降雨前、降雨过程中及降雨后变形记录资料,得到边坡在降雨作用下的变形规律：在降雨初始一段时间内,边坡并没有明显变形,随着降雨时间的发展,坡体和坡面位移会出现突发性的大幅度增长,并且距坡面较近的土体产生较大的变形,坡体底部变形较小。总体规律是随着坡体深度的增大,坡体变形受降雨入渗的影响越来越不明显,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。在坡面上,后缘产生较大位移,而坡体前端位移较小。降雨停止后,部分变形值会变小。试验结果表明,用光纤BOTDR和FBG传感技术监测有众多的优点,且光纤传感技术在岩土模型试验中具有良好的应用价值和前景。     

Experimental study of a 3D printed geogrid embedded with FBG sensor for reinforcement of subgrade with underlying cave

Road construction in karst areas is a challenging task. Combining the advantages of geosynthetics and fiber Bragg grating (FBG), this paper creatively presents a new type of FBG-3D printed geogrid, which allows reinforcement and accurate deformation monitoring. A series of model tests were carried out to investigate the mechanical and deformation characteristics of the subgrade with underlying karst cave reinforced by FBG-3D printed geogrid. The experimental results indicated that the fully coordinated deformation between FBG sensor and geogrid was successfully achieved by 3D printing technology, and the relationship between fiber wavelength and strain was obtained. The existence of cave had an adverse effect on the subgrade, but the FBG-3D printed geogrids effectively improved the bearing capacity and footing settlement, and the reinforcement effect increased with the decrease of geogrid spacing. In the cyclic loading experiments, the earth pressure inside the subgrade reinforced by geogrid changed as a half-sine wave in each cycle. The FBG sensors accurately measured the strain change inside the subgrade, and the data showed that the deformation of measuring point above the cave model was the largest. The research conclusions provide important basic data for the construction and monitoring of highway and geotechnical engineering projects.