光纤光栅应变传感器产品及监测实例.doc

光纤光栅应变监测监测原理光纤光栅就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的构造根据模耦合理论，的波长就被光纤光栅所反射回去（其中λB为光纤光栅的中心波长，Λ为光栅周期，n为纤芯的有效折射率） 图1 光纤光栅的构造反射的中心波长信号λB，跟光栅周期Λ，纤芯的有效折射率n有关，因此当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力变化都会导致反射的中心波长的变化也就是说光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化状况当布喇格光纤光栅做探头测量外界的温度、压力或应力时，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，解调装置即通过检测波长的变化推导出外界被测温度、压力或应力性能指标FBG系列产品埋入式应变计表面应变计温度计焊接式应变计中心波长1525～1565nm1525～1565nm1525～1565nm1525～1565nm光栅反射率≥85％≥85％≥85％≥85％辨别率1με1με0.1°C1με量程±3000με±3000με-30～+ 120°C±3000με<工作温度范畴-30～+80°C-30～+80°C-30～+80°C-30～+80°C外形尺寸Φ35mm×60mm,Φ35mm×100mm, 10×20×100mm Φ5mm×55mm30mm×100mm引线类型左右各0.5m,（可定制其她尺寸）铠装，防腐铠装左右各1m， 0.9mm紧套管，3mm跳线套管，防腐铠装左右各1m， 0.9mm紧套管，3mm跳线套管，防腐铠装左右各1m， 0.9mm紧套管，3mm跳线套管，防腐铠装封装构造专业的防腐蚀、防潮设计专业的防腐蚀、防潮设计专业的防腐蚀、防潮设计专业的防腐蚀、防潮设计安装方式埋入粘接、螺钉外置、埋入焊接、螺钉重要特点★可靠性好、抗干扰能力强★ 测量精度高★ 分布式测量，测量点多，测量范畴大。

★ 传感头构造简朴、尺寸小★ 抗电磁干扰、抗腐蚀、适于恶劣的化学环境下工作★ 系统安装使用过程中无需定标，使用寿命可达25年以上，合用于长期监测应用领域航空航天器、石油化学工业设备、电力设备、船舶构造、建筑构造、桥梁构造、医疗器具、核反映堆构造等工程实例采用光纤监测混凝土大管桩在施工过程中的应变成果分析舟山万邦永跃船舶修造有限公司30万吨级舾装码头船坞应变监测徐州矿务局张双楼煤矿主通风井冻法施工安全监测内蒙古多伦电厂桩基静载测试马来西亚宾城跨海大桥桩基承载力检测深表土冻结外井壁光纤应力实测分析监测点布置总体原则为掌握竖井壁变形动态，并在此后继续发挥其安全预警作用，应布设较为全面完整的多方位监测体系，从而最大限度的发挥光纤光栅传感器的功能，经初步分析，井壁也许的变形重要涉及：井壁受周边粘土挤压产生应变；应变引起井壁相对位移（井壁收敛）；深度不同引起叠加位移等，此外因采用冻法施工，井壁壁后温度也是影响作业面及支护初期安全的重要要素，这些要素很有也许成为护壁破坏失稳、发生恶性事故的诱发条件综上述，竖井监测系统设计的总体原则是：采用多层、多向监测的措施，在核心点（层）布置光纤应变、温度传感器，监测内容涉及：井壁应变监测、壁后温度监测。

现场工况较为潮湿，施工线路较多，监测设备应具有较好的防水、防电磁干扰性能；现场采集数据难度大，应采用微机室内实时采集的方式（数据采集中心）；做好充足施工前准备工作，保证设备安装迅速，精确，不影响现场正常施工监测内容的拟定（1）应变监测：筹划3层，分别位于170.0m、195.0m、220.0m（根据实际支模板时按照施工工艺做合适调节），每层布设监测点5个监测点布置图见附图一，可与业主协商增长或减少监测层数、点数2）温度监测：筹划3层，分别位于170.0m、195.0m、220.0m（根据实际支模板时按照施工工艺做合适调节），每层布设监测点5个(与应变传感器处在同一位置靠外侧)3）安装应变传感器时应考虑每层至少1个为竖井纵向方向安顿4）施工过程中可根据监测数据分析成果调节各阶段监测内容监测周期的拟定从前述本监测项目任务可以看到，本监测项目数据采集部分分为两个阶段，一为竖井开挖粘土层施工过程中的监测，二为粘土层通过后的监测在施工过程中，为了做到全面掌握施工中挖空区区间的稳定限度，进行及时的反馈，跟踪施工进程；并对也许浮现的险情发出合理建议，以便调节有关施工工艺和环节，避免危险的发生此阶段监测应根据施工现场和施工进展状况采用较小的数据采集周期。

一般状况下，在施工阶段以每2～4小时测量一次在施工通过粘土层后，因下部开挖相对于粘土层较为安全，各监测数据趋于平稳时，观测周期一般为1个月1次或两次，若遇暴雨等其他不利状况则应合适加密图4.1安装完毕的光栅应变传感器数据采集及监测成果数据采集在监测室（数据采集中心）进行，定期将光纤传来的传感器中心波长存储至计算机，经解决后转化为应变（温度）量，所有采集数据见表8.1～8.4“监测数据”,图5.1～5.4为167米层位和225米层位测得的应变及温度变化曲线图5.1 176米传感器应变曲线 图5.2 176米传感器温度曲线图5.3 225米传感器应变曲线 图5.4 225米传感器温度曲线结论7.1光纤光栅传感器稳定性好、抗干扰能力强及灵活的安装形式使其具有较好的工程应用前景7.2竖井纵向、切向应力不同，纵向应力图较为平缓，竖井壁纵向受力不不小于切向受力7.3监测数据以负为主，阐明了在井壁浇筑完毕后重要受外界土压作用，有向内收敛的趋势7.4从两个断面处切向应力的变化趋势大体可以看出，监测区域重要受到外界土压的作用，并且压力在监测时域内不断增大，增大的趋势逐渐变缓。

7.5两个层位应力基本相似，切向平均最大值为－3.76×1010N/m2和－3.74×1010N/m27.6根据实测，在膨胀性黏土中，灌溉混凝土后3天达到应力最大，施工期应考虑井壁冻结力作用要采用提高混凝土井壁3天强度措施，以满足最大冻胀应力规定一般混凝土很难达到需要的强度，应采用早强混凝土7.7根据实测数据，我们觉得，测试埋设点在应力最大位置7.8光纤光栅传感器在测试应用中应根据实际应用环境改善传感器构造，使其更加精确反映被测体变形。