光纤布拉格光栅波长解调系统的研制

光纤布拉格光栅波长解调系统利用光纤光栅的平均折射率和栅格周期对外界参量的敏感特性,将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动,通过解调布拉格波长的偏移来确定待测物理量的变化。采用波分复用技术构成光纤光栅传感网络,提出了由光源、布拉格光栅传感网络、光栅波长检测电路构成FBG波长解调系统的硬件设计方案。利用LabVIEW丰富的功能函数库,设计光纤布拉格光栅波长解调系统软件的各功能模块。最后在室内进行了FBG波长解调系统的调试实验。结果表明：在相同测试环境下,传感器的测试波长变化较稳定,数据的重复性较好,系统软硬件运行稳定可靠。     

FBG温度低敏传感器在大型钢结构施工监测中的运用

目前在桥梁、钢结构等表面应力监测领域中,光纤光栅因具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、环境适应能力强、使用寿命长等优点,已经成为一种新的先进监测、检测手段,但FBG波长随温度变化而产生的漂移往往严重影响监测系统的性能,因此需要对FBG进行温度补偿。介绍了一种新型的FBG传感器并结合具体的工程项目,论述了其温度低敏技术能精确地剔除温度对应变的影响,实现结构物的长期健康监测。     

基于光纤传感的多参量地震综合观测技术研究

面向地震综合观测需要,自主研制了窄线宽光纤光栅谐振腔,并将其作为核心传感元件,发展了一种基于有效腔长的光纤应变、地震波和温度多参量同步测量新方法。采用边带扫频激光技术实现了高精度多参量光纤信号同步解调,研制出了光纤地壳形变、地震与温度多参量探头,并开展了多参量地震综合观测实验。实验结果表明,所研制的光纤多参量传感系统应变与温度测量分辨率分别达到4.7×10^-10和6×10^-5℃,能够同时记录到清晰的固体潮汐信号、地震波信号以及环境温度扰动,有望为多参量地震同步观测提供先进的技术手段。     

光纤光栅传感技术在GFRP抗浮锚杆现场拉拔试验中的应用

光纤测试技术是将光纤布拉格光栅（FBG）传感器用光纤连成一串,通过构建多点光栅测试系统实现传感,它具有精度高、抗干扰能力强、空间分辨率高和连续数据采集等特点。将光纤光栅传感技术应用到原型玻璃纤维增强复合材料（GFRP）抗浮锚杆受力测试中,同步测试了锚杆杆体-锚固体界面、锚固体-周围岩土体界面以及锚固体内的应变,实现GFRP抗浮锚杆多界面全长受力测试。测试结果表明,光纤光栅传感技术能准确记录拉拔过程中GFRP抗浮锚杆各界面的应变变化,揭示锚杆杆体-锚固体界面、锚固体内、锚固体-周围岩土体界面的轴向应力和剪应力分别随荷载水平和锚固深度变化的分布规律,但不同界面处荷载的传递深度和剪应力沿深度的影响范围有所差异。该测试技术和传感器埋设工艺有众多优势,在岩土工程科学研究与工程应用领域具有广阔的前景。     

汛期地灾监测又添新利器 地灾光纤传感技术获两项国家专利

国土资源网2010—07—26消息近日,由中国地调局水环地调中心承担的“十一五”国家科技支撑计划课题《地质灾害监测光纤传感技术应用研究》顺利通过验收,并获“滑坡裂缝监测用光纤光栅传感装置”和“光纤光栅实验标定工作台”两项国家实用新型专利。     

页岩单轴压缩破坏试验的光纤布拉格光栅测试技术研究

由于化石能源工业的不断发展及其大量燃烧造成的严重环境污染问题等原因,促使页岩气逐渐成为绿色革命的关键能源组成之一。四川盆地龙马溪组是我国页岩气主力开采层位,在页岩气开采过程中,针对储层变形监测将有利于指导现场页岩气开采方案和安全风险管理等工作。光纤布拉格光栅测量应变的方法是近年来被广泛使用的一种新颖先进的实时应变监测技术,研究将其运用于页岩单轴压缩试验并对页岩表面应变进行监测。结果表明:(1)光纤布拉格光栅能够较好地监测页岩表面应变变化且环向应变传递效率高于轴向;(2)光纤布拉格光栅测试结果优于十字应变花,但轴向应变变化极易受表面裂缝发育影响而导致较低传递效率;(3)光栅传递效率受光栅本身力学性质、粘贴层性质及厚度等因素影响。从试验选择的两种环氧树脂黏胶对比试验结果中可知,新型555黏胶效果更佳。     

基于DOFS的水位变化下土质边坡模型稳定性试验研究

作为实现分布式监测技术(DOFS)的重要手段,光纤感测技术近年来得到了迅速的发展。这一技术在地质灾害和岩土工程监测领域有着巨大的应用潜力。本文基于布里渊光时域分析(BOTDA)和布喇格光栅(FBG)两种感测技术,设计了土质边坡稳定性分布式监测室内模型。通过模型试验,重点研究了水位变化作用下土质边坡内部应力分布以及边坡的破坏过程,根据FBG与BOTDA的应变数据,对土质边坡稳定性进行了评价,验证了BOTDA和FBG分布式光纤感测技术应用于土质边坡变形监测的可行性。研究成果对于光纤分布式感测技术的应用研发和在多场作用下的土质边坡稳定性分析具有重要的意义。     

模型相似材料内部应变光纤量测应变传递

应用光纤传感技术测量模型相似材料内部应变,必须解决光纤与相似材料耦合的问题。传统的研究中普遍存在应变传递理论分析结果无法通过试验检验的问题。设计实现了一种基于光纤-胶体-相似材料3层应变传递结构的光纤Bragg光栅（FBG）相似材料一维传感器。通过对该传感器应变传递特性和标定方法的研究探索解决光纤与相似材料耦合性的问题。该传感器采用无涂覆层的光纤Bragg光栅作为传感元件,将光纤埋入相似材料应变试件内部直接测量轴向中心应变。通过应变传递理论分析、数值模拟以及全新设计的标定试验研究3种方法研究了该相似材料光栅传感器的应变传递特性。平均应变传递率结果显示3种方法所得到的数值非常接近,表明该传感器的光纤、胶体、相似材料具有良好的耦合性以及应变测量的准确性。该方法为解决模型相似材料内部三维应变测量提供了可行方案。     

分布式光纤应变测量技术在地质灾害防治中的应用

文章简要总结了光纤应变传感测量技术特点、应用领域及前景。对基于布里渊散射技术的分布式光纤应变测量技术（BOTDR）的工作原理、特点进行了详细阐述。以地质灾害监测实践为基础，分析了光纤应变分布和灾害体变形的对应关系。结果表明，将BOTDR技术应用于地质灾害监测中是可行的。文章还对BOTDR应用于地质灾害监测中的几个关键技术问题进行了系统总结。     

分布式光纤传感技术在滑坡监测中的应用

将分布式光纤传感技术引入滑坡监测,既可得到整个滑坡体的概要特征,又能提高监测效率。FBG与BOTDR是两种最具代表性的分布式光纤传感技术,FBG通过测量其反射光波长的变化获得应变或温度值。BOTDR通过测定后向布里渊散射光的频移实现分布式温度、应变测量。FBG传感器灵敏度高,但只能实现离散点的准分布式测量,BOTDR可实现分布式、长距离、不间断测量,但其空间分辨率不高。笔者提出FBG与BOTDR联合监测滑坡的方案。在巫山残联滑坡,在整个滑坡体上铺设监测光纤,利用BOTDR获得整个滑坡体的概要信息;在滑坡体变形的关键部位———变形缝安装FBG传感器,获得某些关键部位的应变信息,从而实现由点到线再到面的监测,获得滑坡体较完整的应变信息。     

光纤光栅应变传感器在地质灾害上的应用

根据光纤光栅传感的原理,提出了光纤光栅式封装应变传感器,对其传感特性进行了研究,并进行了室内实验。结合光栅传感监测滑坡的应用实例,探讨了光纤布拉格光栅传感元件在滑坡体上的布设工艺及监测过程。分析初期的监测结果,针对监测系统可能出现的问题提出了解决途径。     

双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器的研究

采用双膜油腔结构研制了一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器,偏压试验表明,此土压力传感器有效改善了与土压力传感器接触部分土压力分布不均的问题。在土压力的作用下,一次膜片变形产生的压力经传压油传递给二次膜片,传压杆与等强度悬臂梁刚性连接,二次膜片中心发生的挠度变化推动传压杆,使等强度悬臂梁的自由端发生同样大小的挠度变化。通过检测粘贴于等强度悬臂梁表面中心轴线上的光纤Bragg光栅的波长移位可获得土压力。载荷试验表明,传感器的灵敏度为 412.7 pm/MPa,非线性误差为1.97%FS,重复性误差为3.68%FS。     

Fiber-optic monitoring of evaporation-induced axial strain of sandstone under ambient laboratory conditions

This paper presents the fiber-optic monitoring model and scheme for utilizing a fiber Bragg grating (FBG) sensor array to measure relative humidity. The effect of evaporation on reservoir rock involves various physical and chemical reactions under ambient laboratory conditions, which will result in a significant influence on the mechanical properties, especially for the surface of rock blocks in the fields. In this experiment, it was of great importance to better understand the effects induced by deionized water (DIW) evaporation occurring on the surface of a DIW-saturated sandstone core in terms of the induced small strains. The primary objective of this paper is to identify the applicability and feasibility of using the fiber Bragg grating sensors to monitor small strains induced by natural evaporation. This work also brings novel insights into the capability of high-precision measurements to predict the deformation mechanism of outcropped rocks, which often are subjected to natural evaporation. In this work, two arrays of fiber Bragg grating sensors were employed in the real-time monitoring of strain changes along the axial surface of a cylindrical sandstone core and to record the potential implications of the wavelength shifts induced by the evaporation factor. The experimental results could provide novel insights into the influences of natural evaporation on a rock monitored by FBG sensing technology under ambient laboratory conditions.     

低温影响下FBG永久变形计算方法研究

温度对光纤布拉格光栅（简称FBG）变形监测有着重要的影响,导致FBG技术在季冻土路基监测中存在很大的局限性。研究针对FBG传感器交叉敏感问题,提出了温度补偿计算方法,分析了不同荷载及负温下FBG监测梁变形规律;设计室内路基模型,验证了FBG在季冻土永久变形测试中的适用性。结果表明：FBG波长数值与温度呈线性相关,温度越低,波长越小,对变形监测结果影响越大;利用温度补偿计算对FBG监测梁波长数据进行修正,可消除低温引起的波长误差;基于室内模拟土箱变形测试,消除温度影响后FBG与拉线位移计实际测量的变形结果吻合度较好,体现出FBG监测梁基本可随土协同变形,可实现低温土中变形监测;冻融循环影响下,FBG测试结果与实际变形结果接近,误差在5%内,经历4、5次冻融循环后路基土箱永久变形基本趋于稳定。     

光纤传感器及其在地质矿产勘探开发中的应用

与传统电、磁及机械传感器相比,光纤传感器集传输、传感于一体,具有诸多独特优势,在各领域中均存在广泛、特殊的应用前景和潜力。目前研究最多、应用最广泛、在该领域内占重要地位的两类光纤传感器是光纤光栅传感器和分布式光纤传感器,前者以光纤Bragg光栅（FBG）传感器为主,后者以基于拉曼散射的分布式温度传感器（DTS）和基于布里渊散射的分布式温度应变传感器（DTSS）为主。着重阐述了这两类光纤传感器在地质矿产勘探中的应用：光纤地震检波器在石油勘探中的应用、DTS和光纤光栅压力传感器在油页岩勘探中的应用、光纤传感器在智能完井中的应用以及光纤气体传感器在地下煤矿安全监测中的应用。光纤传感器目前存在规范性差、成品率低等的问题,特殊结构或特殊用途的光纤传感器的研制是未来发展方向。     

基于光纤光栅技术的海底沉管隧道管段应变研究

采用光纤光栅传感器（FBG）对浙江省某海底沉管隧道工程的管节应变进行监测。对传感器型号选择、安装方案及现场安装情况进行了介绍,对实测数据进行分析,研究了各截面测点实测应变值随时间的变化规律以及潮汐荷载对监测结果的影响。根据修正模型对管段应变进行了理论计算,将应变实测值与理论值进行了对比分析。研究结果表明,管段应变在施工结束一年后基本达到稳定,应变随时间变化规律与管段所处位置和两端接头形式有关;潮汐荷载对管段应变影响在0.8%～12%范围内,且与接头形式相关,当管段两端为柔性接头时应变的变化规律与潮汐水位呈现很强相关性,若为刚性接头则相关性不明显;计算得到的管段应变理论值与实测值较为接近,具有一定可靠性。     

BH-1型崩滑体多参数自动化监测仪的研究与应用

基于对研究滑坡体在发生前后的变化过程和规律,进行了无线传输技术和自动化监测技术的研究,开发了为地质灾害监测预警所需的BH-1型崩滑体多参数自动化监测仪。通过对整个崩滑体的物理性能、位移形态变化的实时监测,研究自动化监测技术,实现对崩滑体多种物理、位移形态参数的全程实时监测。通过对多种参数的分析,实现对崩滑体变化规律的预判,推动地质灾害监测技术的进步。