光纤Bragg光栅传感网络实时监测与应变分析

作为一种绝对式传感器,波长调制式光纤Bragg光栅传感器对应变的响应为0.9pm/??。开发了基于可调谐F-P滤波器的检测仪器与计算机系统之间的实时监测系统。在对白泥井3号隧道的监测过程中,该光纤Bragg光栅传感网络实时监测系统实现了对来自隧道结构的应变状态的实时采集和描绘,并可以存储波长和应变数据以便后期查寻分析;借助分析光纤Bragg光栅传感器的应变图、三维应变图,为判断隧道二次衬砌的受力趋向提供参考。     

FBG传感器监测钻爆对邻近隧道衬砌结构的影响

新隧道的施工爆破产生的地震波会影响邻近既有隧道衬砌结构的安全和稳定。结合新建碧鸡关隧道实际工程,应用15只光纤Bragg光栅(FBG)表面应变传感器对既有碧鸡关隧道衬砌表面迎爆侧进行了8次爆破和3次列车通过时的应变监测,研究了爆破对邻近隧道衬砌表面应变变化的影响。2010年6月23日爆破药量为129 kg,爆破量为中等,爆破对衬砌表面的应变产生了明显的波动影响,引起传感器在发生爆破前后出现数据突变,应变最大变化量在35×10-6~43×10-6之间。当列车通过碧鸡关隧道时,衬砌表面的应变变化较小,应变最大变化量在9×10-6~12×10-6之间。     

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.     

光纤Bragg光栅传感器在应变测量中的温度补偿

由于光纤光栅Bragg波长对温度与应变均敏感,它本身无法区别温度和应变引起的波长变化,导致温度和应变的交叉敏感问题制约其发展。因此,在用光纤Bragg光栅传感器进行应变测量中,必须采取措施进行温度补偿。该文介绍了几种温度补偿方法及其工作原理和特点,并举实例说明其具体实施方法。     

光纤光栅应变传感器温度补偿计算值的改进

温度补偿传统算法没有考虑光纤光栅应变传感器标定状态和实际测试状态的差别,在算法理论上存在不足。为解决这一问题,分析了测试状态下传感器的约束变形特征及温度影响,提出了温度补偿改进算法。通过对改进算法和传统算法的比较分析以及混凝土试块应变测试试验,验证了算法的正确性。理论分析表明,改进算法体现了传感器本身的线膨胀系数和被测结构线膨胀系数的差别所带来的影响,理论上更合理。混凝土试块应变测试试验结果表明,利用改进算法得到的实测应变误差小于4με,而利用传统算法得到的实测应变大于8με。改进算法理论正确,计算结果精度更高,具有工程实用性。     

单个光纤布喇格光栅实现应变温度同时测量的研究

实现单个光纤布喇格光栅同时测量应变和温度的实验系统.在该系统中,温度变化使光栅的布喇格波长位移,应变使反射谱分裂成双峰.结果表明,根据光栅的初始布喇格波长和两个分裂的布喇格波长可以同时确定应变和温度的变化.应变和温度灵敏度的实验结果分别为1.172 pm/με和10.78 pm/℃.该系统在结构健康监测、智能材料和结构等领域有应用前景.     

三维激光扫描技术在隧道管片加载试验中的应用

以复合腔体加固前后的盾构隧道衬砌1:1圆环为对象,采用三维激光扫描技术对加载试验中同一管片在原型状态、加固临界点状态及复合腔体与管片黏结失效状态下的管片进行扫描.通过对比试验中不同阶段的扫描数据,从管片变形、接缝张开、管片裂缝等角度计算分析管片结构关键节点的变形情况与对应内力关系.抛弃了传统的基于变形点以点代面的分析方式,选择基于整体监测对象进行形变分析的方法,并通过"切片法"提取三期点云相同位置断面进行形变定量分析.试验数据表明相对于未加固阶段,加固后的结构整体变形量平均分布在20 mm上下,变形增幅并不明显,证实了复合腔体加固方法可有效遏制未加固隧道的变形.结合结构力学数据,该实验结果可作为进行深入数值分析的基础.     

基于ZigBee的混凝土施工信息无线监测系统设计

大体积混凝土浇灌过程中,通过对内外温度和应变进行监测与控制,可以预防温度裂缝的产生。针对混凝土浇灌中传统的温度和应变监测方法的不足,提出一种基于ZigBee的分布式温度和应变无线监测系统。该系统设计了基于ZigBee协议的协调器节点和传感器节点,实现混凝土的温度和应变参数采集。远程监测中心通过GPRS网络和Intemet接收协调器发送过来的温度和应力数据包,通过LabVIEW编写的上位机软件实时显示采集到的参数。实验结果表明：该系统温度采集值与标准温度误差在允许范围内（小于1℃）,稳定可靠,符合施工监测要求。     

高压引水隧洞混凝土衬砌开裂分析

为研究高压引水隧洞混凝土衬砌开裂问题,根据引水隧洞渗流场和应力场间的耦合作用,将隧洞衬砌作为透水介质;考虑渗透系数与体积应变的关系,建立渗透系数的动态演化模型;根据单裂缝宽度与等效渗透系数的关系确定裂缝开裂位置和裂纹宽度.将该方法应用于某二级水电站高压引水隧洞衬砌开裂分析,结果表明该方法能较好地判断裂缝分布和宽度.     

鹧鸪山隧道监控量测计算机辅助分析

鹧鸪山隧道地处高原高寒区,为深埋长隧道,工程地质条件极为复杂。隧道开挖初期,围岩局部失稳,过大的变形致使初期支护结构被严重破坏,造成巨大经济损。由此,现场开展了围岩变形和结构应力的监控量测,并开发公路隧道监控量测计算机辅助分析系统,功能包括拱项下沉和周边收敛、围岩内部位移、锚杆、钢拱架、二次衬砌受力监测等分析。用该系统对鹧鸪山隧道现场监测资料进行分析,取得了围岩稳定性的重要认识,并及时反馈,确保了施工安全。     

基于BOTDR的隧道应变监测与数值模拟

基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射计(BOTDR)是一种新型的光纤传感器.在介绍该项技术工作原理的基础上,以西南某隧道为实例,采用三维快速拉格朗日法,获得了隧道二次衬砌中应力和位移的分布规律,提出了隧道光纤的铺设方案、粘贴方式及安装工艺.讨论了一天内最大温差对应变监测结果的影响,并在不同时期对隧道内纵向光纤线路和某个...     

基于回归分析的取样光栅传感特性分析

基于耦合模理论,采用传输矩阵法分析了取样光栅反射谱.取样光纤光栅在受到外界环境应变和温度影响时,其反射光谱的反射率和波长会发生变化.通过测量反射光谱的反射率变化和波长漂移,就能够实现用单根的取样光纤光栅同时测量应变和温度.取样光纤光栅的光弹系数为P11=0.121,P12=0.27.纤芯材料的泊松比0.17.热膨胀系数为5.5×10-7/℃,光纤材料的热光系数为8.3×10-6/℃.通过仿真实验获得了取样光纤光栅的应变和温度传感数据.采用回归分析的方法得到系数矩阵中A,B,C,D分别为-0.00033/ε,-0.00011/℃,-0.00055nm/ε,0.013 nm/℃.应变测量范围为0 με～1800 με,温度测量范围为0℃～180℃.     

光纤光栅用于应变/温度传感初探

本文介绍了光纤光栅应变和温度传感的原理，完成了光纤光栅用于应变和温度传感器的初步实验。分析表明波长为８２７ｎｍ的光纤光栅应变灵敏度为０．６５ｐｍ／ｕε，温度灵敏度为５．２ｐｍ／Ｃ。     

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.     

炭黑/硅橡胶复合材料力敏元件热、力敏感试验研究

在岩土力学与工程领域,大变形测试方法与技术亟待开发。前期研究发现,利用炭黑/硅橡胶导电复合材料研发的力敏元件具有较好的大变形敏感特性。根据研究需要,通过试验方法研究了这种大变形力敏元件的热、力敏感耦合特性。对制作的力敏元件进行了两种加载试验,一是固定拉伸应变下温度循环试验;二是变应变下温度循环试验。试验结果表明,恒定应变下,试样电阻随温度循环而循环,且呈现出电阻松弛现象;应变与温度同时变化时,电阻的变化主要受应变影响,温度影响相对较弱。     

基于直线段特征单元提取的隧道砼衬砌接缝去除算法

由于部分隧道砼衬砌表面图像中固有衬砌接缝与裂缝灰度值相似且线性一致,衬砌接缝处易产生起砂、空鼓、掉块及渗漏水,已有的裂缝检测算法提取单一的裂缝存在缺陷。提出基于直线段特征单元提取的隧道砼衬砌表面衬砌接缝去除算法。在裂缝聚类特征粗检测的基础上,首先通过改进的累计概率霍夫变换检测出显著的直线特征;然后利用像素点的延伸搜索计算来提取衬砌接缝可处理的最小直线段特征单元线;最后根据单元线标记信息及定区域内单元线特征去除部分衬砌接缝,并运用渗流去噪算法得到隧道砼衬砌表面真实裂缝。实验结果表明,提出的算法弥补了已有隧道砼衬砌表面裂缝检测技术的不足,能够精确、快速、有效地去除相似线性特征对单一的真实裂缝检测的干扰,具有较强的鲁棒性。     

FBG应变与温度交叉敏感分离方法研究

应变与温度交叉敏感的分离技术是光纤Bragg光栅(FBG)传感器的关键技术之一。详细介绍了双波长矩阵法、双参量矩阵法、温度参考光栅法、温度补偿封装法等几类应变与温度分离方法的原理,并从应用的角度比较了各自的优缺点和应用范围。     

基于无线传感网络的大体积混凝土裂缝监控技术

对大体积混凝土浇灌过程中的温度和温度应力进行监测与控制,可以有效防止裂缝的产生。在分析了大体积混凝土温度和应力常见监测方法的特点后,提出一种基于无线传感网络和移动agent技术的分布式温度和应力监控系统。系统利用无线传感器节点采集混凝土温度和应力等信号,实现并行的分布式信息采集与处理,安装布置简便;将移动agent应用于无线传感网络以解决异构系统间协作、协调及信息融合,有效降低了冗余数据的传输及节点能耗。详细分析了系统结构组成及设计方法,并利用该系统进行了现场测试,实验结果表明,该系统能够较好实现对混凝土施工过程中的温度、应变情况进行实时在线监测。     

光纤法-布应变传感器在桥梁状态监测中的应用

光纤法-布(F-P)应变传感器具有稳定性好、精度高、抗电磁干扰能力强等特点,在桥梁结构状态监测中得到日益广泛的应用.介绍了F-P应变传感器的基本原理、结构及系统,并将该系统实际应用于大桥结构状态监测中.测量结果表明:光纤F-P应变传感器的测量数据能够有效地反映桥梁结构混凝土内部受温度影响的应变变化,测量系统运行正常有效.     

考虑混凝土弹塑性的植入式GFRP封装FBG传感器应变传递分析

工程化FBG传感器的封装层引入的应变传递损耗使其具有应变传递误差,需进行应变传递分析。已有研究多聚焦于基体处于线弹性时的应变传递分析,而混凝土结构发生弹塑性变形后的应变传递规律尚未明晰。以植入式GFRP封装FBG传感器为对象,在应变传递分析中引入混凝土的非线弹性本构关系,建立了基体与FBG的应变传递关系,通过有限元模拟验证了该理论推导的有效性。基于理论分析探讨了混凝土弹塑性演化、混凝土标号、传感器半径与标距等因素对应变传递效率的影响,并分析了传感器的尺寸设计。研究表明：平均应变传递率在混凝土弹性阶段变化较小,而到塑性阶段则显著降低,混凝土标号、半径与标距都会对应变传递效率产生较大影响。本研究可广泛用于植入式FBG传感器的应变传递误差修正及设计。