公路是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的血脈,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的作用。在地下煤炭資源的采動(dòng)過程中,會(huì)對(duì)位于采動(dòng)區(qū)上方公路造成不良影響,對(duì)公路進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)十分重要。本文圍繞BOTDA(Brillouin optical time-domain analysis)傳感系統(tǒng)在公路變形監(jiān)測(cè)中存在的誤差,基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,分析了儀器本身和監(jiān)測(cè)方法對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響,以降低數(shù)據(jù)噪聲和增強(qiáng)儀器性能為目標(biāo),提出了基于空間域和頻域的BOTDA傳感圖像濾波方法,并開展了采動(dòng)區(qū)公路的全分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)設(shè)計(jì)了的一種定長(zhǎng)拉伸裝置,對(duì)由BOTDA傳感器本身的參數(shù)設(shè)置引起的對(duì)布里淵頻移解調(diào)精度、定位精度、事件范圍識(shí)別精度和事件量化精度的影響進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:a).脈沖寬度的提高,即降低空間分辨率,可以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量,但當(dāng)空間分辨率大于事件范圍時(shí),會(huì)放大測(cè)量事件的范圍,降低定位精度且減小應(yīng)變值;b).平均次數(shù)的增加可以同時(shí)提高布里淵頻移精度、事件定位和范圍精度、事件量化精度,其中頻移精度與平均次數(shù)之間符合ExpAssoc模型關(guān)系,當(dāng)平均次數(shù)提高到一定數(shù)量,繼續(xù)增加平均次數(shù),解調(diào)精度的增幅逐漸減小;c).掃頻范圍應(yīng)盡量保證頻譜對(duì)稱且掃頻范圍以1.0倍線寬向兩側(cè)取值,這樣可以降低布里淵頻移誤差;d).頻率步長(zhǎng)的增加,會(huì)降低解調(diào)精度。(2)理論分析了布設(shè)方法、光纜類型和施工工藝對(duì)測(cè)量精度的影響。闡述了埋設(shè)式和外貼式兩種布設(shè)方式由于應(yīng)變傳遞帶來的誤差,同時(shí)測(cè)試得到了高精度應(yīng)變測(cè)試專用光纜和低模態(tài)應(yīng)變感測(cè)光纜的傳感特性。此外,通過理論計(jì)算,表明在光纜鋪設(shè)過程中,局部的彎曲半徑應(yīng)大于臨界彎曲半徑43mm,有助于避免由彎曲引起的信號(hào)損耗,并且需要注意減少光纖連接帶來的損耗。(3)以降低數(shù)據(jù)噪聲和提高儀器性能為目標(biāo),提出了基于空間域的Kuwahara濾波和基于頻域的自適應(yīng)約束最小二乘方濾波。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Kuwahara濾波可以將信噪比提高6.7dB,布里淵頻移誤差平均減小0.58MHz;自適應(yīng)約束最小二乘方濾波可以將信噪比提高12.2dB,溫度精度提高1.3℃,并且無需復(fù)雜耗時(shí)的參數(shù)選取過程。(4)以南屯煤礦33_上04工作面上方的西故下村中路為監(jiān)測(cè)對(duì)象,利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論,設(shè)計(jì)了公路應(yīng)變監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)方案,通過實(shí)驗(yàn)得到了公路在工作面推進(jìn)過程中變形和應(yīng)變變化特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:拉伸區(qū)域監(jiān)測(cè)公路的變形值最大,拉伸應(yīng)變峰值出現(xiàn)在裂縫周圍處;壓縮區(qū)域監(jiān)測(cè)路段的變形值較小,既有拉伸變形也有壓縮變形,公路各點(diǎn)處拉伸應(yīng)變與壓縮應(yīng)變交替進(jìn)行。在壓縮區(qū)域公路表現(xiàn)出不同的應(yīng)變變化方式:位于工作面外側(cè)的監(jiān)測(cè)段在裂縫處,表現(xiàn)為壓縮應(yīng)變,裂縫兩端為拉伸應(yīng)變;位于工作面內(nèi)側(cè)的監(jiān)測(cè)段,地表的壓縮使得路面隆起,引起相鄰切割縫間路段的拉伸應(yīng)變。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U418;TD325.4
【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
變量注釋表
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的問題
    1.4 研究的內(nèi)容與技術(shù)路線
    1.5 論文組織結(jié)構(gòu)與安排
2 布里淵光時(shí)域分析技術(shù)的基本原理及性能分析
    2.1 光纖傳感基本原理
    2.2 布里淵光時(shí)域分析技術(shù)
    2.3 BOTDA的主要性能參數(shù)
    2.4 全分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)的誤差來源
    2.5 本章小結(jié)
3 BOTDA系統(tǒng)主要性能參數(shù)的誤差分析
    3.1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法
    3.2 脈沖寬度
    3.3 起始/終止頻率
    3.4 頻率步長(zhǎng)
    3.5 平均次數(shù)
    3.6 本章小結(jié)
4 BOTDA傳感器監(jiān)測(cè)方法的數(shù)據(jù)質(zhì)量影響因素分析
    4.1 布設(shè)方法
    4.2 光纜類型
    4.3 施工工藝
    4.4 本章小結(jié)
5 BOTDA性能增強(qiáng)的圖像復(fù)原方法
    5.1 概況
    5.2 BOTDA傳感圖像去噪的Kuwahara濾波
    5.3 BOTDA圖像去噪的自適應(yīng)約束最小二乘方濾波
    5.4 本章小結(jié)
6 采動(dòng)區(qū)公路應(yīng)變監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)
    6.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)公路概況
    6.2 公路監(jiān)測(cè)方案
    6.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析
    6.4 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 主要結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集

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本文編號(hào)：2861945