光纖Bragg光柵傳感器在鉆井井壁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎(chǔ)上,闡述了fbg在系桿拱橋索力長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工程上的應(yīng)用,包括傳感器的布設(shè)、安裝工藝、索力測(cè)試等。經(jīng)分析光纖光柵傳感器在橋梁監(jiān)測(cè)工程上具有極大的應(yīng)用前景。

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光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

采用靶式結(jié)構(gòu)作為光纖bragg光柵流量傳感器的換能元件,其中兩片光柵分別粘貼于等強(qiáng)度懸臂梁的上下兩表面。采用雙光柵粘貼方式對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償,有效的解決了應(yīng)變與溫度交叉敏感的問(wèn)題,提高了測(cè)量靈敏度。實(shí)驗(yàn)表明該靶式光纖bragg光柵流量傳感器的載荷響應(yīng)靈敏度為33.6pm/kg,測(cè)量精度為0.5%。

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光纖光柵傳感器除具有一般普通光纖傳感器體積小、靈敏度高、帶寬寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)和耐腐蝕外,還具有易集成、本征自相干性好、波長(zhǎng)編碼、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和分布式測(cè)量等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),近年已成為新型傳感及國(guó)際智能結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn).文章介紹了光纖bragg光柵傳感器的基本原理,綜述了其在國(guó)外船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,分析了光纖bragg光柵傳感器在信息化智能艦船中能起到的作用和在智能船舶結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù).

針對(duì)錨桿檢測(cè)問(wèn)題,提出了采用光纖bragg光柵傳感技術(shù)進(jìn)行錨桿監(jiān)測(cè)的新方案,詳細(xì)介紹了光纖bragg光柵錨桿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理及主要構(gòu)成,進(jìn)行了工程現(xiàn)場(chǎng)與常規(guī)技術(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明:光纖bragg光柵傳感器具有精度高、能測(cè)量絕對(duì)數(shù)值、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和長(zhǎng)期穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè),具有極大的應(yīng)用和發(fā)展前景.

本文概述了光纖bragg光柵傳感器(fbg)的組成、原理、類(lèi)型及特點(diǎn),介紹了目前光纖bragg光柵傳感器在國(guó)外橋梁工程中的研究及應(yīng)用情況以及國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例,并分析了現(xiàn)有應(yīng)用的不足之處,指出了光纖bragg光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的發(fā)展方向。

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纖傳感器及光纖bragg光柵傳感器 應(yīng)用于光纖智能夾層的研究 3 蘆吉云　梁大開(kāi)　李東升　潘曉文 (南京航空航天大學(xué)航空科技智能材料與結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,　南京210016) 　　提要　本文對(duì)嵌入f-p光纖傳感器和bragg光柵光纖傳感器的光纖智能夾層進(jìn)行了研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)變的測(cè)量。通過(guò) 對(duì)光纖智能夾層的理論分析和試驗(yàn)研究,分析了應(yīng)變對(duì)傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測(cè)的應(yīng)變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長(zhǎng)變化量與應(yīng)變之間的關(guān)系。

隨著中國(guó)地下工程的快速發(fā)展,深基坑安全監(jiān)測(cè)及變形預(yù)測(cè)已成為巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一,以太原火車(chē)站調(diào)蓄池項(xiàng)目為例,為了能夠在基坑施工中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警,及時(shí)加強(qiáng)防護(hù),將光纖光柵傳感器用于基坑深層水平位移監(jiān)測(cè),截取2017年11月份上旬的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)果表明,該基坑深層水平位移變化值隨著開(kāi)挖深度的增加而增大,最大值為18.6mm,同時(shí)1號(hào)測(cè)點(diǎn)和3號(hào)測(cè)點(diǎn)變化值大致相同,而2號(hào)測(cè)點(diǎn)變化值相對(duì)較大.

詳細(xì)闡述光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)及布拉格光纖光柵傳感器的工作原理。重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成、光纖光柵傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理、安裝等方面問(wèn)題;展望光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的前景。

在闡述光纖bragg光柵(fbg)傳感技術(shù)的工作原理和優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以昆明白泥井3#隧道為實(shí)例,提出fbg傳感器在隧道內(nèi)的鋪設(shè)方案及溫度補(bǔ)償技術(shù)。經(jīng)過(guò)對(duì)隧道斷面的24h連續(xù)監(jiān)測(cè),討論隧道內(nèi)最大溫差對(duì)bragg反射中心波長(zhǎng)變化的影響,并對(duì)隧道每一監(jiān)測(cè)斷面上溫度傳感系統(tǒng)所取得的bragg波長(zhǎng)值進(jìn)行可靠性的估計(jì),驗(yàn)證fbg監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)隧道進(jìn)行8個(gè)月的定期監(jiān)測(cè),并對(duì)隧道斷面的應(yīng)變變化情況進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明:干濕季節(jié)交替是導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)應(yīng)變波動(dòng)的重要因素,而雨季是致使測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化增大的主要原因。目前隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;同時(shí),研究結(jié)果表明,fbg可準(zhǔn)確地測(cè)出隧道的應(yīng)變分布,將其應(yīng)用于隧道變形監(jiān)測(cè)中是可行和有效的。

在介紹光纖bragg光柵(fbg)傳感原理的基礎(chǔ)上,闡述了fbg在水布埡工程錨桿上的應(yīng)用,包括傳感器的布設(shè)、安裝工藝、張拉測(cè)試等。分析了光纖光柵傳感器在錨桿、錨索等工程上的應(yīng)用前景。

研究了光纖bragg光柵封裝工藝,提出并實(shí)現(xiàn)了兩種封裝光纖bragg光柵傳感器:工字型鋼管封裝光纖bragg光柵應(yīng)變傳感器及鋼管封裝光纖bragg溫度傳感器。研究了傳感器的埋設(shè)工藝,采用金屬絲固定法、鋼管抽出法兩種方法進(jìn)行了埋設(shè)。將它們埋入到鋼筋混凝土梁中,實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的拉、壓應(yīng)變及溫度的測(cè)量。結(jié)果顯示,在試驗(yàn)梁彈性階段,可以較為準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)混凝土應(yīng)變。

通過(guò)對(duì)三種光纖bragg光柵傳感器的實(shí)驗(yàn)研究，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，表明光纖光柵傳感器用于油庫(kù)狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)是可行的。該文介紹了分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一種新型技術(shù)——光纖bragg光柵監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，指出了其相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)越性。最后，提出了一種基于光纖bragg光柵傳感技術(shù)的油庫(kù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

油氣井溫度數(shù)據(jù)在地質(zhì)資料解釋和油氣井監(jiān)測(cè)方面作用明顯。但傳統(tǒng)的井溫測(cè)量?jī)x器在井溫測(cè)量時(shí)存在靈敏度不夠高、不能在極限環(huán)境使用等缺點(diǎn)。光纖bragg光柵溫度傳感器作為新一代溫度測(cè)量技術(shù)的代表,具有體積小、質(zhì)量輕、抗輻射等傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),本文對(duì)其傳感原理、傳感器結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面做了闡述。

立井的安全在礦井建設(shè)中尤為重要,因此對(duì)其進(jìn)行安全性監(jiān)測(cè)必不可少。采用光纖光柵傳感器對(duì)內(nèi)蒙古鄂爾多斯凍結(jié)井筒進(jìn)行了監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括井壁鋼筋軸力、混凝土應(yīng)變和井壁溫度,在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中充分體現(xiàn)了光纖光柵傳感器具有的高精度測(cè)量、分布式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。最后對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析,得出了一些有用的結(jié)論,表明利用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)凍結(jié)井筒具有很好的效果。

本文通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測(cè)儀器,通過(guò)在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類(lèi)的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀(guān)察fbg的檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對(duì)于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè),其安全系數(shù)和檢測(cè)效率較其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長(zhǎng)變化能直觀(guān)反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明:文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。

當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度發(fā)生變化時(shí),濕敏材料的某些物理特性也會(huì)隨之發(fā)生變化,將濕敏材料涂覆在光纖光柵上,光柵的波長(zhǎng)變化能直觀(guān)反映濕度的變化?；诖?文章設(shè)計(jì)了一種光纖bragg光柵的濕度傳感器,首先分析了該傳感器的傳感原理,接著制作了濕敏材料的傳感器,最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,結(jié)果表明：文章所制作的光纖bragg光柵濕度傳感器的穩(wěn)定性較好。