光纤光栅隧道监测系统的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要光纤传感技术是随着光纤及光通信技术的发展而逐步形成的，它的出现使许多复杂的全光纤通信和传感网络成为可能，并极大地拓宽了光纤技术的应用范围。光纤光栅传感器重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、使用安全可靠，具有传输与传感的特性，具备可连续、无间断、长距离测量等特点。用光纤光栅可以方便地实现被测量的分布式传感，这种光纤光栅传感器在桥梁、隧道等建筑物及航空航天技术等方面具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。与传统的光纤传感器相比，波长调制型的光纤光栅传感器，因为光纤传输的光波频率特性稳定以及光纤光栅传感系统

2、从本质上排除了各种光强起伏引起的干扰，因而基于光纤光栅的传感系统具有很高的可靠性和稳定性，光纤监测具有较大的应用优势，便于对复合材料构件及大型建筑物内部状态进行连续监测，便于构成各种形式的光纤传感网络，进行多点测量。对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等来说，通过测量上述结构的应变分布，可以检测结构的载荷状况，方便进行维护和监测。光纤光栅隧道安全监测系统主要应用于隧道工程的应变监测、温度监测、位移和裂缝监测等，如果采用光纤监测技术，就可以准确地测定光纤光栅沿线上的应变、温度等，提高隧道安全监测的有效性。沪蓉高速公路

3、主干线湖北省境内宜昌至恩施段隧道工程的分岔式隧道的结构型式，目前在国内外还没有建成的实际工程。为了研究分岔式隧道中间岩柱的应力状态和稳定性，模拟从连拱状态过渡到正常隧洞间距的过程中不同的应力状态下围岩与岩柱的稳定性，通过在连拱状态过渡到正常隧洞间设置光纤光栅，给出开挖过程中光栅波长数据，并通过与仿真试验与应变片所测结果的对比分析，给出分岔隧道施工及运营期间结构可靠度的总体评价，提出分岔隧道结构及围岩科学合理的加固措施及加固部位，提出分岔隧道过渡带安全设计的理论依据和原则。本文是以光纤光栅隧道监测系统的设计和应用为

4、目的，进行了以下几方面的研究：介绍光纤光栅的发展历史以及在传感方面的应用现状，对光纤光栅的传感理论进行了分析，分析了光纤光栅传感技术的优势所在，并指出当l；i『光纤光栅的实际应用所需要解决的几个问题。l山东大学硕士学位论文推导了光纤光栅的应变和温度的传感特性，通过实验证明了光纤光栅具有很好的温度和应变的传感效应。在现有光纤光栅检测系统的基础上，研究、比较和分析目前国内外的光纤光栅检测技术，介绍了光纤光栅常用的解调方法，设计光纤光栅分布式传感解调系统。将所设计的光纤光栅监测系统，应用于岩土中心建立的隧道模型中，进行

5、应变、温度的实际测量。对实际测量数据进行分析，将仿真、应变片、光纤光栅的测量特性加以比较，将分析的结果用于指导隧道工程的建设及监测。对本文做了简要的总结，指出论文需要改进的方面。关键词：光纤光栅隧道监测解调II山东大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofthefiberandtheopticalcommunicationtechnology,thefibersensingtechnologygraduallycomesintobeing．Thankstoit，manycomplic

6、atedfull—fibercommunicationandsensingnetarepossibleandlargelybroadentheapplicationfieldofthefibertechnology．Thefibergratingsensorhasmanymerits，suchaslightweight，corruptnessresistance，electromagnetisminterferenceresistance，useabilityonthesafeside，transmittinga

7、ndsensingatthesametime，continuousandlong—termmeasurementandsoon．Becauseitcanrealizedistributingsensingconvenientlyusingthefibergrating，ithaswideapplicationforegroundandhugemarketpotentialinthebridge，thetunnelandavigationspaceflightandSOon．Comparedtothetraditi

8、onalfibersensors，thewavelength—modulatefibergratingsensorhasthehighreliabilityandstability,haslargeapplicationadvantageinthefiberinspection，isconvenienttocontinuousmeasurementincompoundma