光纖Bragg光柵錨索測力環(huán)的研制及工程應(yīng)用.pdf

1、目前土木工程領(lǐng)域內(nèi)，各種錨索構(gòu)件得到廣泛使用，如橋梁的拉索、主纜和吊索，以及用于邊坡加固的巖體預(yù)應(yīng)力錨索等。作為這些土木工程體系的關(guān)鍵受力構(gòu)件，其受力大小、受力變化及分布最直接地反映了土木結(jié)構(gòu)的安全健康狀況，因此，對(duì)這些構(gòu)件的受力狀況監(jiān)測及在此基礎(chǔ)上的安全健康狀況分析評(píng)估具有重大意義。 使用測力傳感器是直接測試錨索類構(gòu)件張力的主要手段，傳統(tǒng)測力傳感器的結(jié)構(gòu)形式有輪輻式、環(huán)式和液壓式三種，其中的環(huán)式測力傳感器也稱測力環(huán)[1]?；?/p>

2、傳統(tǒng)測試技術(shù)的測力環(huán)，其傳感原理主要有差動(dòng)電阻式、振弦式和電阻應(yīng)變片式等。對(duì)于短期測試索力來說，傳統(tǒng)測力環(huán)基本能夠滿足工程應(yīng)用，但是傳統(tǒng)測試技術(shù)本身的局限性導(dǎo)致長期的索力監(jiān)測無法實(shí)現(xiàn)。因此，能夠長期可靠測試索力的新型測力環(huán)成為土木工程界追求的目標(biāo)。 本文基于最新發(fā)展的光纖光柵傳感技術(shù)，研制出一種新型的光纖光柵錨索測力環(huán)。工程應(yīng)用表明，光纖Bragg光柵傳感器除具有傳統(tǒng)電類傳感器的功能外，它還具有精度高、分布式傳感、絕對(duì)數(shù)值測量、

3、長期穩(wěn)定性好、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)錨索的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測。但光纖光柵對(duì)壓力的敏感度較低，而且對(duì)溫度與應(yīng)變交叉敏感，所以必須對(duì)Bragg光柵進(jìn)行壓力增敏和采取有效的溫度補(bǔ)償才能滿足工程實(shí)際要求。因此本文對(duì)光纖Bragg光柵傳感器與彈性體的附著技術(shù)方法和溫度補(bǔ)償方法進(jìn)行了深入研究，并且將其應(yīng)用實(shí)際工程中。本文主要工作如下： 1.基于光纖光柵傳感原理和預(yù)應(yīng)力錨索的工作結(jié)構(gòu)，提出了一種新的測力環(huán)設(shè)計(jì)方法。本文研究了光纖光柵測力

4、環(huán)的工作原理；對(duì)測力環(huán)的彈性體的材料選用、誤差分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究；確定了測力環(huán)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步考察了測力環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸和光纖光柵附著方式對(duì)傳感器性能的影響。 2.有效地解決了傳感器研制過程中的關(guān)鍵工藝技術(shù)。本文成功地將光纖光柵應(yīng)變傳感器采用激光焊接技術(shù)附著于彈性體上，實(shí)現(xiàn)了敏感元件光柵的有效封裝和壓力增敏，為解決光纖光柵傳感器研制中最為困難的光柵安裝固定工藝問題提供了一個(gè)新方案。研究了適合工業(yè)應(yīng)用的光纖光柵測力環(huán)的封裝方法和

5、制作工藝， 3.對(duì)新研制的光纖光柵測力環(huán)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，分析了傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)。對(duì)新研制的光纖光柵測力環(huán)的溫度補(bǔ)償方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為解決光纖光柵傳感器研制中的溫度補(bǔ)測問題提供了一個(gè)新方案 4.取得了良好的工程應(yīng)用效果。成功地將新研制的光纖光柵錨索測力環(huán)應(yīng)用于工程實(shí)際，取得較好的監(jiān)測效果。 研究表明，研制的光纖光柵錨索測力環(huán)具備良好的重復(fù)性、線性度和靈敏度，可以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。