表面黏貼式光纖光柵傳感原理及其實驗研究.pdf

1、礦業(yè)工程由于其地質(zhì)災(zāi)害的復雜性、隱蔽性和突發(fā)性等顯著特點對檢測技術(shù)提出了更高的要求。光纖傳感技術(shù)作為一種性能優(yōu)越的傳感器件，在本質(zhì)安全型礦井建設(shè)、巖石變形破壞監(jiān)測中發(fā)揮著重要的作用，以其獨特優(yōu)勢而處于中心地位，光纖光柵傳感器是其發(fā)展的最新階段。以表面黏貼的光纖光柵傳感器和被測基體的應(yīng)變傳遞為背景，在光纖光柵傳感特性研究的基礎(chǔ)上，本文全面分析了表面黏貼式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞過程，研究了光纖光柵傳感器在巖石試件表面、圓鋼錨桿表面和相似模

2、型內(nèi)部的應(yīng)變傳遞，以及影響應(yīng)變傳遞的主要因素，設(shè)計了適用于巖石變形破壞監(jiān)測的光纖傳感器。這些研究成果對于提高人們對巖石力學行為的認知、擴大光纖傳感技術(shù)的使用具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　從光纖光柵傳感特性出發(fā)，在考慮被測基體剪切模量的前提下，分析了裸光纖光柵直接黏貼在表面進行測試的應(yīng)變傳遞過程，得出了裸光纖光柵表面直接黏貼的應(yīng)變傳遞系數(shù)，并與被測基體表面開淺槽埋入裸光纖的檢測方法的應(yīng)變傳遞相比較。構(gòu)建了基片式光纖光柵傳感器表面黏

3、貼應(yīng)變傳遞的力學模型，分析應(yīng)變傳遞過程，得出了在考慮基體力學性質(zhì)的基片式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞規(guī)律，分析了其影響應(yīng)變傳遞的因素。
　　針對實際監(jiān)測的需要，設(shè)計了銅基片式光纖光柵傳感器，并對其傳感特性進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)其保留了裸光纖光柵的應(yīng)變傳感線性特性。
　　開展了水泥砂漿試件光纖傳感器測試實驗研究。在一組水泥砂漿試件的表面黏貼裸光纖光柵和電阻應(yīng)變片，另一組水泥砂漿試件的表面黏貼銅基片式光纖光柵傳感器和電阻應(yīng)變片，在萬能

4、材料試驗機上進行單軸壓縮實驗，研究裸光纖光柵和銅基片式光纖光柵在巖石試件表面的應(yīng)變傳遞系數(shù)，并與理論得出的應(yīng)變傳遞系數(shù)比較。證明了銅基片式光纖光柵傳感器與裸光纖光柵都可以用于巖石試件的變形檢測中。
　　在模擬煤礦巷道錨桿支護的受力過程中開展了光纖傳感器測試實驗。將三個裸光纖光柵黏貼在圓鋼錨桿的表面，進行全錨拉拔破壞實驗，同時在桿身的對應(yīng)位置黏貼電阻應(yīng)變片，分析裸光纖光柵在圓鋼錨桿表面的應(yīng)變傳遞情況，高斯函數(shù)很好的擬合了由光纖光柵測

5、試的全錨錨桿拉拔過程中的軸力。實驗表明，高斯擬合參數(shù)t與巖體對錨桿桿體的握裹程度相關(guān)。
　　在平面應(yīng)力物理模型中研究了基片式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞。將銅基片式光纖光柵傳感器、醋酸乙烯封裝的管式光纖光柵傳感器和不銹鋼封裝的管式光纖光柵傳感器分別應(yīng)用于模型尺寸0.5m×0.5m×0.14m和3.0m×1.33m×0.2m的兩個平面應(yīng)力模型中，并在對應(yīng)位置架設(shè)了百分表，分析了三種傳感器的應(yīng)變傳遞和對巖層變形的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基片式光纖