基于光纤光栅传感地层应力的监测方法与实验

为了实现对地下岩层平面应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术提出了一种平面直角应变花与光纤光栅相结合的监测方法。将光纤光栅胶结在碳纤维层积复合材料的凹槽内形成光纤应变传感单元,三个光纤应变传感单元以直角应变花的形式附着于圆柱形结构上,形成了对平面应力状态监测的钻孔三分量传感器。以二向应变特征方程与FBG应变传感理论为基础,推导出最大主应变与波长变化之间的关系,根据胡可定律及传感器所处地层的弹性模量得出了主应力与波长变化之间的关系。对光纤应变传感单元进行了温度与应变的标定,在室内对传感装置进行了模拟实验。实验结果表明：光纤应变传感单元可监测的应变为-1500～1500uε;应力测量量程为0～4MPa;主应力的监测平均误差为1.50%;应力分辨率为0.02816MPa。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层竖直平面应力状态连续监测的要求。