光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统

锚杆是矿山巷道的主要支护形式之一,现有锚杆支护质量检测方法无法进行远程监控、不能实现全过程监测,本文提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆支护质量监测的新方法。介绍了光纤Bragg光栅监测系统的工作原理及其构成,实验系统由3个Bragg光栅组成阵列,将其粘贴在长度0.6m的金属锚杆杆体表面,进行锚杆受力的检测以及与电测技术的实验室对比试验。结果表明,光纤Bragg光栅传感器具有高的测量精度,结构简单,可以实现在线实时监测。

油气井永久性光纤Bragg光栅传感监测系统安装设计

油气井永久性光纤Bragg光栅传感监测系统的安装设计是现场应用的一个重要组成部分,也是工艺最复杂、成本最昂贵的一个环节.本文简要地回顾了油气井光纤Bragg光栅传感监测系统安装现状,根据国内常用射孔完井方式,设计了两种单井光纤Bragg光栅井下安装模型.论述了井下安装前准备工作和主要注意事项,讨论了存在问题,对油气井永久性光纤Bragg光栅传感监测技术及其安装技术的前景进行了展望.

基于Bragg光纤光栅传感器的监测系统设计

设计了基于Bragg光纤光栅传感技术的监测系统,当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其他物理量发生变化时,光栅的周期或纤芯折射率将发生变化,从而使反射光的波长发生变化,通过测量反射光中心波长的变化,就可以获得待测物理量的变化情况.该系统利用薄膜滤波器完成对外界的分布式测量,采用光强度检测,能够实现无缝监测.

光纤Bragg光栅传感监测解调系统设计

采用波分和空分混合复用技术和LabVIEW,设计了一种可通过单片机控制的光纤Bragg光栅(FBG)传感监测解调系统,实现了温度和应变的实时监测。实验研究表明,在20～100℃范围内,温度监测平均误差0.3℃,标准差0.163℃,实验灵敏度与标定灵敏度之间的灵敏度误差为0.29%;在0～390με应变范围内,应变监测平均误差2.79με,标准差2.63με,悬臂梁上下FBG实验灵敏度与标定灵敏度之间的灵敏度误差分别为0.10%、0.19%。该解调系统实现了高灵活性、高精度的温度和应变监测。

基于3G的光纤Bragg光栅地层沉降监测系统

为了解决光纤Bragg光栅传感器进行地层沉降监测过程中遇到的一些问题,如监测结果直观表现性差、综合管理功能弱、不能远程数据共享等,研发了一种基于3G网络的光纤Bragg光栅地层沉降远程监测系统。系统结构采用二层C/S和三层B/S混合模式,应用虚拟仪器技术开发前端数据采集软件,采用asp.net和C#语言开发远程监测网站。同时,系统应用3G网络远程数据传输,相比于GSM/GPRS,提高了数据传输速度和准确率。系统集监测数据采集与管理、监测结果实时动态显示、远程访问控制以及报警监控等功能于一体,实现了地层沉降监测的智能化与网络化管理。在应用该系统对某煤矿风井井壁进行监测的过程中,系统运行良好,为煤矿的安全生产提供了保证。

基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术的隧道安全综合监测系统研究(下)

为解决传统的隧道变形监测方法存在测量效率低、可视化和自动化程度不高、实时性差等问题,在介绍光纤光栅传感技术原理和混合固态三维激光雷达扫描技术原理的基础上,提出基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术相结合的隧道安全综合监测系统总体结构,分析设备配置和工作原理。以云南省某铁路隧道1个月的实际数据为例,分析隧道安全综合监测系统监测数据,结果表明:由混合固态三维激光雷达扫描仪得到的可视化三维点云数据,能够完整展示隧道全息变形情况;采用布拉格光纤光栅传感器,能够实时动态监测隧道截面位移变化情况。通过以上2种监测方法的“点面结合”,经过综合分析,认为该时间段内该隧道结构安全稳定。研究成果对于提高隧道变形监测的智能化及准确性具有重要参考价值和现实意义。

基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术的隧道安全综合监测系统研究(上)

为解决传统的隧道变形监测方法存在测量效率低、可视化和自动化程度不高、实时性差等问题,在介绍光纤光栅传感技术原理和混合固态三维激光雷达扫描技术原理的基础上,提出基于光纤光栅传感技术与混合固态三维激光雷达扫描技术相结合的隧道安全综合监测系统总体结构,分析设备配置和工作原理。以云南省某铁路隧道1个月的实际数据为例,分析隧道安全综合监测系统监测数据,结果表明:由混合固态三维激光雷达扫描仪得到的可视化三维点云数据,能够完整展示隧道全息变形情况;采用布拉格光纤光栅传感器,能够实时动态监测隧道截面位移变化情况。通过以上2种监测方法的“点面结合”,经过综合分析,认为该时间段内该隧道结构安全稳定。研究成果对于提高隧道变形监测的智能化及准确性具有重要参考价值和现实意义。

松散地层深部沉降变形的光纤Bragg光栅监测

为了监测松散含水地层沉降变形，提出了一种在预设钻孔中埋入光纤Bragg光栅传感器网络系统的监测方法．根据光纤Bragg光栅传感原理和矿井地层情况，设计并实现了一个由18个光纤光栅组成的具有特色的光纤Bragg光栅波分复用／空分复用混合阵列，研究了光纤Bragg光栅传感器应变传递规律，通过监测得出了风井松散层应变变化情况，在146～149m的砂砾层和167～176m的黏土层处应变最大，截至2008—05—01最大应变变化量为121．68με。工程实践表明，光纤光栅传感器监测正常，系统稳定，光纤光栅作为应力应变检测使用安全可靠。

基于封装光纤Bragg光栅传感器的混凝土应变监测试验研究

研究了光纤Bragg光栅封装工艺,提出并实现了两种封装光纤Bragg光栅传感器:工字型钢管封装光纤Bragg光栅应变传感器及钢管封装光纤Bragg温度传感器。研究了传感器的埋设工艺,采用金属丝固定法、钢管抽出法两种方法进行了埋设。将它们埋入到钢筋混凝土梁中,实现对混凝土的拉、压应变及温度的测量。结果显示,在试验梁弹性阶段,可以较为准确的监测混凝土应变。

基于光纤Bragg光栅的油浸式变压器多点温度监测

为合理指导变压器负载限额,确保变压器正常运行,需在其运行过程中对其内部温度进行实时监测。针对变压器内部结构特点研制了1种光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器,对变压器油温、铁芯温度、绕组温度以及上端部卡件温度等多点温度进行了监测。监测结果表明:变压器工作于额定功率时其绕组热点温度约为83.5℃;上端部卡件在环境漏磁产生涡流的作用下,其温度高于顶层油温的最大值约为3.4℃;铁芯上、下轭的最高温度分别为65.3℃、52.9℃;顶层油温、中部油温、底层油温的最大值分别为75.1℃、67.3℃、52.4℃。通过对变压器内部多点温度的直接测量可为变压器模型的建立提供数据支撑,并为其运行状态以及负载限额提供判定依据。

结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究

阐述了光纤Bragg光栅及多光栅温度补偿法基本原理,推导出温度补偿公式。在光纤Bragg光栅应变灵敏系数标定及钢架静力试验过程中进行温度补偿,试验结果显示光纤Bragg光栅温度计能够准确测量温度干扰。

光纤Bragg光栅监测沥青混凝土应变试验

基于光纤Bragg光栅(FBG)传感原理,结合沥青混凝土路面的特点,介绍了传感器应变传感特性与设计封装结构,制作了一种用于监测沥青混凝土应变试验研究的光纤Bragg光栅传感器。通过砝码加载的方法对传感器进行标定,光纤Bragg光栅传感器的应变灵敏度系数为1.1 pm/με,封装工艺没有改变光纤光栅的应变传感特性;传感器埋入SMA-13沥青混凝土后,通过静态试验得到荷载与传感器轴向应变之间的关系为0.038 7με/N;通过ANSYS 11.0仿真传感器静态试验,得到传感器应变灵敏度修正因子η为0.928;进行了5 h动态试验,应用其监测室内车辙试验下沥青混凝土内部结构沿传感器轴向的应变,随着碾压次数的增加,轴向的应变增加。监测结果能够反映沥青混凝土内部结构应变基本变化规律,可用于沥青路面的应变监测,为道路养护决策提供了一种新方法。

光纤Bragg光栅应变计在500m口径球面射电望远镜工程索力监测中的应用

为了实时监测500m口径球面射电望远镜(FAST)索网支承结构的典型索力,避免传统索力监测方法对索网支承结构的影响和工作中的电磁干扰,提出了一种间接获取索力值的方法。该方法使用光纤布拉格光栅(FBG)传感器监测索头应变值来间接测量索力。测量时将FBG应变计与补偿温度计通过专用安装底座焊接于索头线性应变区域轴向,防止直接焊接对索头结构性能的影响;然后使用温度应变补偿法补偿温度变化对FBG应变计测量结果的影响。在索体出厂预张拉过程中对该方法进行标定得到相关索力换算公式系数,从而在实际工程应用中实现了索力的测量。试验结果表明,索力与索头应变线性拟合度高达0.98,实际测量中绝对误差均方差为1.38t,在FAST工程主索工作索力范围内相对误差优于3%,满足工程需求。该方法无电磁干扰,耐用性久,布线灵活简单,已成功应用于FAST工程中的316根典型主索的索力监测中。

光纤Bragg光栅传感技术在隧道监测中的应用

在阐述光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的工作原理和优点的基础上,以昆明白泥井3#隧道为实例,提出FBG传感器在隧道内的铺设方案及温度补偿技术。经过对隧道断面的24h连续监测,讨论隧道内最大温差对Bragg反射中心波长变化的影响,并对隧道每一监测断面上温度传感系统所取得的Bragg波长值进行可靠性的估计,验证FBG监测系统的可靠性。对隧道进行8个月的定期监测,并对隧道断面的应变变化情况进行分析,分析结果表明:干湿季节交替是导致测点应变波动的重要因素,而雨季是致使测点应变变化增大的主要原因。目前隧道二次衬砌结构稳定;同时,研究结果表明,FBG可准确地测出隧道的应变分布,将其应用于隧道变形监测中是可行和有效的。

基于光纤光栅技术的井壁监测预警系统研究

由于煤矿立井的特殊性及重要性,因此为保证煤矿生产的安全,必须对煤矿立井进行长期的受力及变形监测,以此来了解立井在煤矿生产过程中受力变化状况,从而及时地了解煤矿立井的损伤情况,进而对安全隐患采取有效措施。结合东荣二矿副井井壁治理工程,提出一种采用光纤光栅传感技术监测立井井筒受力及变形的方法,文章详细介绍了整个光纤监测系统的研发过程及预警阀值的确定依据,开发了基于光纤光栅监测的井筒安全状态评价方法和预警系统,并采用现场试验与理论分析相结合的方法给出待测参数的预警阀值。研究结果表明:(1)立井井壁光纤光栅监测预警系统的实施对于确保整个煤矿的安全运营具有非常重要的现实意义;(2)煤矿立井井壁的监测重点在于监测井壁混凝土结构的内部应力、应变的变化情况,从而掌握整个立井井壁的安全状况,对于已经产生破坏并加以治理的立井井壁而言,继续监测其内力变化也是必不可少的。

光纤Bragg光栅监测钢筋混凝土结构应变的实验研究

研究了光纤Bragg光栅在钢筋混凝土结构应变监测中的应用。对其应变、温度灵敏系数进行标定 ,将其埋设在钢筋混凝土梁内 ,实现对结构内部应变的监测 ,并对其工作状态做出评价。实验结果与理论值、传统监测手段监测结果一致。研制出一种钢管封装Bragg光栅温度传感器监测温度 ,对光纤Bragg光栅的应变与温度的同时测量进行了研究。

基于虚拟仪器技术的基坑光纤光栅监测系统

结合使用光纤光栅传感器进行基坑监测过程中遇到的监测结果直观表现性差、综合管理功能弱等问题,研发了一套基于虚拟仪器技术的基坑光纤光栅监测系统.该系统集监测数据采集与管理、监测结果实时动态显示、远程访问控制以及报警监控等功能于一体,是一套实现了智能化与网络化的多功能管理系统.在应用该系统对某通信中心基坑进行监测的过程中,系统运行良好,各功能模块均顺利通过了测试,为工程的顺利进行提供了技术保证.

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。

光纤Bragg光栅传感器在钻井井壁监测中的应用

为了克服传统电测法在钻井井壁监测中的缺陷,根据钻井井壁施工工艺和地质条件等,提出了井壁节数及传感器布设方案,并采用光纤Bragg光栅传感器(FBG)对唐山温家庄铁矿钻井井壁下沉过程进行实时监测,监测内容为井壁外壁所受压力、混凝土应变以及钢筋应力,并对监测数据处理分析,分析结果表明:FBG对钻井井壁的监测数据可达理论值的95%～98%,监测数据能够及时、准确地反映钻井井壁受力变化情况,保证了监测的可靠性、稳定性与重复性。

基于光纤光栅的高压开关柜温度监测系统设计

基于高压开关柜温度在线监测的重要性,论述了目前几种常见测温方法的缺点,以及在高压开关柜中使用光纤光栅测温法的优势。设计了基于光纤光栅的高压开关柜温度在线监测系统,以实现对高压开关柜接头温度的在线监测,并且对其中的感知层、传输解调层、监控层作了介绍。介绍了光纤光栅测温的原理、光纤光栅解调仪以及光纤传感器的安装,开发了对应的上位机监测软件。高压开关柜全天温度数据的监测结果表明,系统能够正常工作。