基于懸臂結(jié)構(gòu)的大量程光纖Bragg光柵位移傳感器.pdf

1、位移是巖土工程安全監(jiān)測中的重要參數(shù)，它為了解巖土有無裂縫、滑坡、滑動和傾覆的趨勢以及圍巖應(yīng)力跟力學(xué)參數(shù)的反演提供了可靠的信息。
　　 目前，位移的測量大都采用電類位移傳感器、多點(diǎn)位移監(jiān)測技術(shù)和數(shù)字照相技術(shù)，但是傳統(tǒng)的電類位移傳感器的測量精度較低，密封防水能力差，不適合用于巖土監(jiān)測；多點(diǎn)位移計(jì)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中，但其易受電磁干擾、防水能力差且安裝相對復(fù)雜；數(shù)字照相是一種新型的位移測量技術(shù)，但是由于相機(jī)自身的抖動是的測量

2、精度較低。與傳統(tǒng)的位移測量技術(shù)相比，光纖光柵位移傳感器以體積小、精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、防水性能強(qiáng)、易于組網(wǎng)等特點(diǎn)受到國內(nèi)外專家和工程應(yīng)用人員的廣泛關(guān)注。因此本課題正是基于這種需求設(shè)計(jì)了一種基于懸臂梁結(jié)構(gòu)的大量程光纖Bragg光柵位移傳感器。其量程為0～1000mm，線性度為0.57％，靈敏度為1.096pm/mm，遲滯為1.49％，重復(fù)性誤差為2.01％。本文涉及機(jī)械、信息、材料等多門學(xué)科，所做主要工作如下：
　　 (1)介

3、紹了現(xiàn)有的基于光纖Bragg光柵的位移傳感器種類，比較各個傳感器的原理，優(yōu)缺點(diǎn)；
　　 (2)深入闡述了光纖Bragg光柵的基本結(jié)構(gòu)和傳輸理論，以及影響其測量精確度的溫度和應(yīng)力的關(guān)系；
　　 (3)在理論分析了位移傳感器敏感元件--懸臂梁，包括矩形懸臂梁、梯形懸臂梁、等腰三角形懸臂梁的機(jī)械特性基礎(chǔ)上，本論文采用了等腰三角形懸臂梁即等強(qiáng)度梁作為傳感器敏感元件。建立了懸臂梁式光纖Bragg光柵位移傳感器的傳感模型，當(dāng)測量桿產(chǎn)

4、生位移時，會帶動螺旋彈簧產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而使等強(qiáng)度懸臂梁的自由端產(chǎn)生撓度變化，最終導(dǎo)致粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁上下表面的光纖Bragg光柵產(chǎn)生波長位移。
　　 (4)設(shè)計(jì)了大量程懸臂梁式光纖Bragg光柵位移傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，依據(jù)位移傳感器的量程范圍和所選用材料的性能，計(jì)算出傳感器各個部件的具體尺寸。
　　 (5)根據(jù)傳感器各個部件的結(jié)構(gòu)圖和工作環(huán)境，依據(jù)理論計(jì)算值對傳感器各個零部件進(jìn)行選材、加工，選擇粘貼劑，粘貼光纖Bra