近年來,由于高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),大量的土體和山體被開挖,形成了大量的邊坡。邊坡在遭遇雷雨天氣、風(fēng)暴潮、人類活動(dòng)時(shí)極易發(fā)生滑坡。滑坡災(zāi)害會造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,因此對邊坡實(shí)行安全監(jiān)測是具有非常重要意義的。然而,傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器大都采用的是電測斜儀,電測斜儀極易受到電磁場的干擾,并需人工到邊坡現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù),自動(dòng)化程度較低,無法達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測。而光纖光柵技術(shù)具有抗電磁干擾、抗腐蝕、遠(yuǎn)程監(jiān)測、體小質(zhì)輕、串接復(fù)用等優(yōu)點(diǎn),近年來被廣泛的應(yīng)用在邊坡的監(jiān)測中。目前基于光纖光柵的測斜技術(shù)主要監(jiān)測邊坡的累積變形,而對于邊坡因特殊情況發(fā)生整體移動(dòng)或突發(fā)變形時(shí)不能及時(shí)的監(jiān)測和預(yù)警。此外,大部分測斜裝置埋入邊坡后無法取出再利用,增加了監(jiān)測成本。針對上述問題,本文研究了一種累積變形和突發(fā)變形同時(shí)測量的光纖光柵測斜技術(shù),具體工作如下:（1）調(diào)研了邊坡安全監(jiān)測的方法和傳感設(shè)備,將各種方法進(jìn)行對比,總結(jié)并分析了目前一些監(jiān)測設(shè)備存在的問題,針對現(xiàn)有的一些問題對基于光纖光柵的測斜儀做出了初步的設(shè)計(jì)構(gòu)想。（2）開發(fā)了一種累積變形和突發(fā)變形同時(shí)測量的光纖光柵測斜儀,利用自差分溫度補(bǔ)償法,解決了溫度干擾問題。測斜... 

【文章來源】：武漢科技大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同結(jié)構(gòu)傾角傳感器[41][42][43]

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5增敏式傾角傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，將預(yù)拉伸的FBG粘貼在專門設(shè)計(jì)在等強(qiáng)度梁上的凸臺上，等強(qiáng)度梁的下端固定重物塊。當(dāng)有傾角發(fā)生時(shí)，重物塊就會帶動(dòng)懸臂梁發(fā)生變化，通過懸臂梁上FBG的波長變化判斷傾角的大校實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面該測斜儀在量程-30°~30°的靈敏度為20.102pm/°，傾角測量分辨率可達(dá)0.005°。增敏式傾角傳感器不僅有較高的靈敏度和分辨率，密封性也較好可適用一些惡劣的環(huán)境，但唯一不足的是沒有溫度補(bǔ)償裝置，這將會限制傳感器的應(yīng)用。圖1.3增敏式傾角傳感器[44]為了解決溫度補(bǔ)償問題，2017年，謝等[45]提出了一種水銀柱活塞差動(dòng)式光纖布拉格光柵傾角傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。當(dāng)有傾角產(chǎn)生時(shí)，裝在水銀柱的水銀會發(fā)生移動(dòng)，從而推動(dòng)活塞傳力桿對等強(qiáng)度懸臂梁施加壓力，等強(qiáng)度懸臂梁的兩側(cè)粘貼有FBG，將2根FBG的差值作為輸出信號可消除溫度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明傳感器的測量范圍為0°~40°，測量靈敏度為21.8pm/°。該傾角傳感器雖然很好的解決了溫補(bǔ)的問題，但是傳感器內(nèi)部的水銀一旦泄露就會對人造成一定的傷害。同年，侯等[46]提出了差動(dòng)式杠桿增敏結(jié)構(gòu)FBG傾角傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。由圖1.5可以看出主要的創(chuàng)新點(diǎn)是利用了杠桿原理提高了傾角傳感器的靈敏度，結(jié)果表明在-40°~40°時(shí)的靈敏度為28.6pm/°。圖1.4水銀柱活塞差動(dòng)式光纖布拉格光柵傾角傳感器[45]SupportcolumnFBG1ForcetransmittingrodForcepistonSensorshellMercurycolumnsupportMercuryBeamofconstantstrengthFBG2ExportfiberEqualstrengthbeamShellMassblockFBG

武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.5差動(dòng)式杠桿增敏結(jié)構(gòu)FBG傾角傳感器[46]為提高傳感器的靈敏度，學(xué)者也是在不斷的研究。2019年，Xu等[47]人提出了靈敏度高達(dá)406.6pm/°的傾角傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。將預(yù)拉伸的FBG的一端粘貼在上壓板上，另一端粘貼在下壓板上，下壓板固定在一個(gè)鉛質(zhì)的擺錘上，當(dāng)傾角產(chǎn)生時(shí)，壓板兩側(cè)的FBGs一個(gè)拉力增大一個(gè)拉力減小，通過2根FBGs波長漂移量來反推出傾角變化的大校為了剔除溫度的影響采用了自差分補(bǔ)償法，將2根FBGs波長漂移量差值作為輸出信號。該傳感器雖具有較高的靈敏度但是其量程只是在-3°~3°之間。圖1.6高精度FBG傾角傳感器[47]一般傾角傳感器會隨著測斜管放入邊坡的鉆孔中，由于外力和安裝手法的影響，測斜管在安裝過程中會發(fā)生扭曲的現(xiàn)象，這將會嚴(yán)重的影響傳感器的測量。為了解決這個(gè)問題，2018年，Maheshwari[48]提出了一種新型的基于FBG的傾角傳感器，如圖1.7所示。該傾角傳感器主要是由圓柱形的殼體，質(zhì)量塊，F(xiàn)BG組成，CantileverbeamExportfiberShellMassballRotationaxisAxlecoreForcetransmittingrodFBG1FBG2UppercoversheetPressingplateSupportUppersupportLowersupportFBGPendulumBodycaseLowercoverplate

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]近景攝影測量在邊坡監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D]. 唐旭.南京理工大學(xué) 2016
[2]光纖光柵傳感技術(shù)在管道滑坡監(jiān)測中的應(yīng)用研究[D]. 馬云賓.長安大學(xué) 2009



本文編號：3004905