【摘要】：礦業(yè)工程由于其地質(zhì)災(zāi)害的復(fù)雜性、隱蔽性和突發(fā)性等顯著特點(diǎn)對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。光纖傳感技術(shù)作為一種性能優(yōu)越的傳感器件，在本質(zhì)安全型礦井建設(shè)、巖石變形破壞監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要的作用，以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而處于中心地位，光纖光柵傳感器是其發(fā)展的最新階段。以表面黏貼的光纖光柵傳感器和被測(cè)基體的應(yīng)變傳遞為背景，在光纖光柵傳感特性研究的基礎(chǔ)上，本文全面分析了表面黏貼式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞過程，研究了光纖光柵傳感器在巖石試件表面、圓鋼錨桿表面和相似模型內(nèi)部的應(yīng)變傳遞，以及影響應(yīng)變傳遞的主要因素，設(shè)計(jì)了適用于巖石變形破壞監(jiān)測(cè)的光纖傳感器。這些研究成果對(duì)于提高人們對(duì)巖石力學(xué)行為的認(rèn)知、擴(kuò)大光纖傳感技術(shù)的使用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 從光纖光柵傳感特性出發(fā)，在考慮被測(cè)基體剪切模量的前提下，分析了裸光纖光柵直接黏貼在表面進(jìn)行測(cè)試的應(yīng)變傳遞過程，得出了裸光纖光柵表面直接黏貼的應(yīng)變傳遞系數(shù)，并與被測(cè)基體表面開淺槽埋入裸光纖的檢測(cè)方法的應(yīng)變傳遞相比較。構(gòu)建了基片式光纖光柵傳感器表面黏貼應(yīng)變傳遞的力學(xué)模型，分析應(yīng)變傳遞過程，得出了在考慮基體力學(xué)性質(zhì)的基片式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞規(guī)律，分析了其影響應(yīng)變傳遞的因素。 針對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)的需要，設(shè)計(jì)了銅基片式光纖光柵傳感器，并對(duì)其傳感特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)其保留了裸光纖光柵的應(yīng)變傳感線性特性。 開展了水泥砂漿試件光纖傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究。在一組水泥砂漿試件的表面黏貼裸光纖光柵和電阻應(yīng)變片，另一組水泥砂漿試件的表面黏貼銅基片式光纖光柵傳感器和電阻應(yīng)變片，在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，研究裸光纖光柵和銅基片式光纖光柵在巖石試件表面的應(yīng)變傳遞系數(shù)，并與理論得出的應(yīng)變傳遞系數(shù)比較。證明了銅基片式光纖光柵傳感器與裸光纖光柵都可以用于巖石試件的變形檢測(cè)中。 在模擬煤礦巷道錨桿支護(hù)的受力過程中開展了光纖傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)。將三個(gè)裸光纖光柵黏貼在圓鋼錨桿的表面，進(jìn)行全錨拉拔破壞實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在桿身的對(duì)應(yīng)位置黏貼電阻應(yīng)變片，分析裸光纖光柵在圓鋼錨桿表面的應(yīng)變傳遞情況，高斯函數(shù)很好的擬合了由光纖光柵測(cè)試的全錨錨桿拉拔過程中的軸力。實(shí)驗(yàn)表明，高斯擬合參數(shù)t與巖體對(duì)錨桿桿體的握裹程度相關(guān)。 在平面應(yīng)力物理模型中研究了基片式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞。將銅基片式光纖光柵傳感器、醋酸乙烯封裝的管式光纖光柵傳感器和不銹鋼封裝的管式光纖光柵傳感器分別應(yīng)用于模型尺寸0.5m×0.5m×0.14m和3.0m×1.33m×0.2m的兩個(gè)平面應(yīng)力模型中，并在對(duì)應(yīng)位置架設(shè)了百分表，分析了三種傳感器的應(yīng)變傳遞和對(duì)巖層變形的檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基片式光纖光柵傳感器與巖層有更好的契合度，，有穩(wěn)定的應(yīng)變傳遞，更適宜用于相似物理模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中。 通過表面黏貼的光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞研究，以及在巖石試件、圓鋼錨桿和平面物理模型上的實(shí)驗(yàn)，理論分析和實(shí)驗(yàn)研究所得出的光纖光柵表面黏貼的應(yīng)變傳遞規(guī)律，對(duì)表面黏貼的光纖傳感技術(shù)用于固體材料檢測(cè)具有重要的借鑒作用。
【圖文】：

圖 1.2 基片式封裝的應(yīng)變傳感器G 應(yīng)變傳感器基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。該傳感器在基纖光柵固定在小槽內(nèi)，小槽的目的主要是增加基片和基片的應(yīng)變傳遞到光纖光柵上。

邊坡模型及測(cè)試系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TD76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2544839