基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。

桩基静载过程中OFDR温度补偿试验研究

桩基静载试验是一种准确、可靠的桩基承载力测试试验,通过静载试验中桩身变形的测试,有利于分析桩基变形和承载特性.在桩基静载试验过程中,采用光频域反射(OFDR)技术开展桩基变形测试,考虑到温度的影响,对OFDR技术测得应变结果进行了温度补偿.结果显示:在本次试验中,用于温度补偿的温度传感光纤应变值随着桩顶上部加载出现了较大的变化,其原因是光纤传感器与钢筋笼之间绑扎过于紧密.对比进行温度补偿和不进行温度补偿的桩身应变数据,发现不做温度补偿造成的影响不能忽略,因此应变传感光纤测试结果必须进行温度补偿.研究结果可为桩基变形高精度监测提供科学参考.

基于OFDR技术的胶结充填体内部应变演化试验

采用光频域反射光纤传感(optical frequency domain reflectometer,OFDR)技术,进行了充填体内部应变高精度测量室内试验,获得了不同胶结剂含量下的充填体在早期硬化过程中的内部应变演化规律和分布特征.结果表明:充填体内部应变演化受固体颗粒物理沉降和化学水化反应的共同作用,可分为物理沉降拉伸、水化放热膨胀、化学自收缩和基本保持稳定4个阶段;充填体内部应变分布前期主要呈上凸型曲线特征,随养护时间的增加,呈现多峰形曲线特征;OFDR技术能够实现充填体内部应变的高精度分布式测量,以及精细分析充填体的内部应变演化特征.

一种用于滑坡位移监测的OFDR测斜仪研发

测斜仪被广泛应用于岩土工程的变形监测,现有传统测斜仪易受电磁干扰,耐腐蚀性弱,点式测量,难以实现分布式实时监测。为克服传统测斜仪的缺点,该文基于共轭梁法和光频域反射技术(OFDR),研制分布式光纤原位测斜仪,并进行数值模拟和实验研究。结果表明,该新型原位测斜仪位移测量结果准确,相对测量误差在±10%以内,多次测量标准差为0.44 mm。与FBG原位测斜仪进行对比,OFDR原位测斜仪在变形监测中距离分辨率更高、位移测量更加精确。OFDR原位测斜仪具有较强的工程实用性,可有效、准确地测量边坡等岩土体的连续变形,实现长期变形监测。

基于OFDR/WDM的光纤光栅传感网络研究

应用光频域反射复用技术与波分复用技术 ,解决了光纤光栅传感网络的寻址问题 ;使用可调谐滤波器 ,实现了复用信号的解调 ;具体地分析了光频域反射复用技术的基本原理 ,从理论上推算了系统的空间分辨率和测量范围 ,并进行了 3× 3光栅阵列传感网络的实验研究 该方案充分利用了光信号的频率和波长信息 ,在光源功率足够大的前提下 ,显示出新设计的传感网络具有寻址和解调几百个光栅信号的潜在能力 。

荷载作用下砂土边坡-管道相互作用试验研究

随着我国西气东输、南水北调等重大工程的快速推进,埋地管道不可避免地会穿越高陡山区,并受到区域地形地貌的影响,而关于边坡-管道相互作用机制的认识还相对滞后,相关研究亟需加强。基于分布式光纤应变传感(distributed strain sensing,简称DSS)、粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术,开展加载工况下砂土边坡-管道相互作用的室内模型试验,探究了临坡地基极限承载力的影响因素,并研究了不同坡角下边坡土体变形破坏机制及埋地管道的结构响应特征。研究结果表明:(1)临坡地基经历了弹性压密、局部剪切和整体破坏3个阶段,并呈现不对称楔形破坏模式;(2)临坡地基极限承载力随着坡角的增大呈减小趋势,同一坡角下埋地管道的存在会降低临坡地基极限承载力;(3)管道对边坡滑裂面形成路径的影响程度随着坡角的增大而变大;(4)在荷载作用下埋地管道横截面环向应变呈“椭圆化”分布,据此提出了管周界面土抗力的简化计算模型与椭圆度计算式。相关结论对边坡-管道系统的变形控制与结构设计有一定的参考和借鉴意义。

一种改进的OFDR技术在光纤故障定位中的应用

由于传统的光纤故障定位方法不能有效解决空间分辨率和传输距离之间的矛盾,提出了一种改进的光频域反射(OFDR)技术,将原来技术中复杂的光相干处理简化为目前成熟的电相干和电处理,利用电域处理降低了对光源的要求,并通过仿真实验表明了该技术有效可行。

基于三节点逆元法与光纤传感器的机翼形态重构方法

基于应变信息的飞机机翼结构形态重构技术,可为“仿生式机翼”的气动外形、气弹特性以及隐身性能控制提供数据支撑。为实现对飞机机翼的变形监测,本文提出一种基于三节点逆有限元法和应变信息采集的形态重构方法,并给出相应的光频域反射型分布式光纤传感器布局形式。首先,建立飞机机翼简化模型,开展基于有限元分析结果的形态重构方法仿真验证。其次,构建基于分布式光纤传感器的机翼简化模型应变监测与形态重构试验系统。研究表明,自然下垂工况下,机翼简化模型形态重构相对误差平均值约为4.01%;弯扭组合工况下,机翼简化模型形态重构相对误差平均值约为6.34%。本文所提方法适用于不同载荷工况下飞机机翼变形监测,能够为可变体机翼形态调控与机载共型天线相位补偿提供帮助。

基于OFDR的不连续管道竖向错开变形定量监测

近年来逐步发展起来的分布式光纤传感技术被大量应用于管道变形监测当中,而现有的光纤传感技术无法满足高空间分辨率的要求,采用一种新型的光频域分布式光纤传感技术(OFDR),对不连续管道在加荷条件下的竖向错开变形进行室内模型试验研究,提出了一种定量计算方法,并将计算值与千分表监测的实际值进行对比分析。室内试验的结果表明,OFDR能够精确地反映监测部位的应变,揭示不连续管道接缝处的变形规律。通过所提出的算法将应变值转化为竖向错开变形量,并与千分表的监测值进行对比分析。提出的算法能够定量监测不连续管道的竖向变形量,为实际工程提供竖向错开变形的下限值,为实际工程中的管道安全和预警提供依据。

基于OFDR技术的深层土体水平位移场监测研究

深层土体水平位移场监测是基坑安全开挖的重要指标,现有测斜法耗费大量人力,且精度较低,但仍是当前获得水平位移的主要方法。该文提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤测量法,推导了应变-挠曲变形转换关系,通过室内实验进行了验证,证实了分布式光纤测斜的可行性和准确性,且基于OFDR的测量方法在苏州某基坑工程中得到了应用,准确详细地获取了基坑在开挖过程深层土体位移信息。

基于中值滤波的OFDR二维形状感知精度提升研究

基于光频域反射(OFDR)的二维形状传感技术存在相干噪声和光谱匹配错位,导致瑞利散射波长偏移曲线出现乱峰、杂峰,严重影响形状重构精度。为此,提出一种使用中值滤波的二维形状传感精度提升方法,分析了Frenet-Serret标架下的OFDR二维形状重构原理和利用中值滤波提升传感精度的基本原理,搭建了OFDR二维形状传感系统,通过多组静态应变实验标定了应变-波长偏移系数,利用中值滤波方法对3种预设二维形状的瑞利散射波长偏移曲线进行降噪处理。实验结果表明,应变-波长偏移系数标定为1.20με/pm;在0.5 m形状传感长度上,3种形状传感末端误差分别从3.08%、0.94%、0.82%降低至0.80%、0.66%、0.48%。研究表明,利用中值滤波降噪可以实现OFDR二维形状传感系统的感知精度提升。

面向斜滑坡安全监测的OFDR光纤应力传感系统

斜滑坡安全监控对于保障国民人身安全,维护社会稳定具有重要作用。近年来,分布式光纤应力传感技术已经成为了斜滑坡监测的重要手段,然而光时域反射计(OTDR)和布里渊光时域反射计(BOTDR)技术存在空间分辨率相对较低等不足,限制了其在斜滑坡内部应力监测的应用。本文提出了一种基于光频域反射计(OFDR)的斜滑坡光纤传感监测系统,利用光纤微弯应力传感器实现了应力的测量。实验结果表明该系统的测量距离达到1 300 m以上,空间分辨率小于5 cm,压强测量范围为0～20 MPa,最大相对误差为4.44%。该系统在三峡库区进行了现场实地测试,结果表明,该系统能精确地测量到位于63.78 m、146.26 m和171.17 m处的3个内部应力。

基于LABVIEW的OFDR信号解调算法设计与实现

光频域反射(OFDR)技术可用于发动机叶尖隙等快变微距的实时高精度测量与监测。分析了光频域反射测量系统的原理并设计了干涉光谱测量信号的实时解调算法,基于LABVIEW数据流图实现了测量系统信号实时解调和显控。通过试验验证了算法和显控平台功能可靠,可进行工程化应用推广。

基于OFDR的H型钢梁应变监测试验研究

为大型工程结构建立一套分布式健康监测系统具有重要的现实意义。结构受力状态监测是结构健康监测的核心技术,目前主要基于分布式光纤传感技术实现结构的大范围应变监测,测量的准确性是结构受力状态评价的关键因素。采用分布式光纤、光纤光栅传感器、应变片对H型钢梁加载后的应变进行了测量,并采用ABAQUS软件对各级加载状态有限元分析,将各传感器监测结果以及有限元计算结果进行了对比。监测结果表明,分布式光纤受拉时线性变化率为19.10με/(kN·m),受压时线性变化规律率为-16.00με/(kN·m);FBG受拉时线性变化率为16.40με/(kN·m),受压时线性变化规律率为-16.10με/(kN·m),测试结果具有较高的可靠性。分布式光纤、FBG以及其解调仪测试准确性与测试精度满足现场工程需求,可为大型工程结构健康监测系统提供有效的应变监测输入。

基于PDMS海绵介质的柔性光纤压力传感器制备及性能研究

为了提高柔性光纤压力传感器的灵敏度和稳定性,对压力传感器结构设计、结构参数及制作工艺进行了研究。设计并制作了基于海绵增敏结构下的不同厚度和不同固化温度的光纤压力传感器。对比了不同参数下传感器的性能得出了最佳的厚度和固化温度,最后利用光频域反射计(OFDR)测量了光纤应变变化。结果表明,在PDMS基底配比和固化时间恒定的情况下,厚度和固化温度均对柔性光纤压力传感器的灵敏度有影响,并验证了当施加压力的范围为0~276.2kPa,加压的步长为27.7kPa时,PDMS厚度3mm,固化温度80℃的传感器灵敏度最高,可达6.65με/kPa。同时,柔性压力传感器具有柔韧、轻薄、可测量复杂曲面等优点,为航天航海领域弧形物体表面压力测量提供了可靠的解决方案。

基于光频域反射技术的雪花形钢板桩抗拔试验研究

利用光频域反射技术,开展了雪花形钢板桩抗拔模型试验,获得了钢板桩在上拔过程中桩身不同处的应变和不同距离处的土体水平位移。试验结果表明:光频域反射技术能够准确监测雪花形钢板桩上拔过程中桩身的变形特征,揭示桩身不同处的变形规律;雪花形钢板桩在上拔过程中桩身不同位置应变大小和波动不同,在腹板与腹板交界处最小,翼缘边处最大;结果显示雪花形钢板桩在上拔过程中,桩周土体水平位移随上拔荷载的增大而增大,距模型桩200 mm处土体水平位移约为100 mm处的19.15%。

基于OFDR技术的分布式光纤-砂土界面耦合性试验与评价模型研究

光纤与砂土界面的耦合性研究对于促进光纤传感技术在岩土体监测中的应用具有重要意义。为了解光纤与土体间的作用机制,提出一种评价纤土界面耦合性的新型弹塑性模型,采用光频域反射技术开展考虑含水率、光纤种类、拉拔速率、上覆荷载等因素的室内精细化光纤拉拔试验。研究结果表明:该模型计算简便且可准确描述光纤与土体之间的耦合过程;获得光纤监测土体变形失效的临界应变参考值;模型中的耦合系数ζ可有效评价纤土耦合性能。模型参数灵敏度分析进一步明确光纤-土体相互作用机制,为分布式光纤在土体监测中的应用提供重要参考依据。

分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势

阐述了分布式光纤温度传感技术的研究进展,主要介绍了基于后向瑞利散射、后向拉曼散射和后向布里渊散射的分布式光纤温度传感技术,并在此基础上分析了分布式光纤温度传感器的发展趋势。

分布式光纤测温技术研究现状及发展趋势

综述了分布式光纤测温技术。阐述了基于散射光的分布式测温系统的原理,简述了依据传输光的分布式测温技术,并对所涉及的技术进行了比较。介绍了各分布式光纤测温技术的研究现状,最后展望了分布式光纤测温技术的发展趋势。

全分布式光纤温度传感器研究的进展及趋势

综述了基于光时域反射和光频域反射的分布式温度光纤传感器的原理、技术以及最新的研究进展 ,并在此基础上分析了温度光纤传感器的发展趋势。