FBG传感器在上埋式柔性涵管应变检测中的应用.pdf

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1、158传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第9期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)09--0158-03FBG传感器在上埋式柔性涵管应变检测中的应用郑娟，刘保健，杨真，马伟思(1．长安大学公路学院，陕西西安710064；2．华东交通大学现代教育技术中心，江西南昌330013)摘要：在岩土工程领域，光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的应用在工程检测中具有极大的优越性。阐述了FBG传感器的基本原理，通过对上埋式HDPE缠绕增强涵管采用FBG进行应变检测，将试验检测结果与数值

2、模拟结果进行对比分析，发现FBG传感器具有精度高，抗干扰能力强，结构简单，且长期稳定性好，在岩土工程检测方面具有极大的应用与发展前景。关键词：光纤Bragg光栅传感器；HDPE缠绕增强管；应变检测；温度补偿；热塑管中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)09-0158-03ApplicationofFBGsensorinstraindetectionofburiedflexibleculvertZHENGJuan，LIUBao~ian，YANGZhen，MAWei—si(1．SchoolofHighway，Chang’anUnive

3、rsity，Xi’an710064，China；2．ModernEducationalTechnologyCenter，EastChinaJiaotongUniversity，Nanchang330013，China)Abstract：Inthefieldofgeotechnicalengineering，applicationoffiberBragggrating(FBG)sensingtechnologyhasgreatsuperiorityinengineeringdetection．ElaboratethebasicprinciplesofFBGsensors

4、，andtestiscarriedoutthroughstraindetectionontheburiedHDPEwindingreinforcementculvertpipeusingFBGsensor．TheexperimentaltestresultsandnumericalsimulationresultsarecontrastiveanalyzedanditisfoundthatFBGsensorshashighprecision，stronganti·jammingcapability，simplestructure，andgoodlong·termsta

5、bility，andhasgreatprospectsofapplicationanddevelopmentintheareaofgeotechnicalengineeringdetection．Keywords：fiberBragggrating(FBG)sensor；HDPEwindingreinforcementpipe；straindetection；temperaturecompensation；thermoptasticpipe0引言有非常明显的技术优势：质量轻、体积小(普通裸光纤公路、铁路中的涵洞一般采用上埋式刚性管，因其承载外径为125Ixm)；灵敏度

6、高(采用txm量级的光测量)；耐腐高抗侧向变形能力强。但是刚性管适应地基不均匀变形能蚀、耐温性好(工作温度可达40O～600oC)；传输距离远、抗力差的致命弱点使得横向开裂、错位等病害十分普遍。而干扰能力强；光路可弯曲，便于实现遥测。同时可实现分布柔性管适应不均匀变形能力强。在荷载作用下，柔性管可或准分布式测量，即很容易在一根光纤中连续制作多个光能首先产生的是因变形过大的结构失稳而非材料强度的破栅，实现一根光纤测量结构空间多点或无限多自由度的功坏⋯。因此，变形成为柔性管的主控因素，那么，在试验中能，这是传统传感器无法实现的j。采用合适的手段对变形和应变进行检测就十分有

7、必要了。1基本构造与原理若由传统的传感器(如电应变计)组成的监测系统进FBG是将通信用的光纤利用紫外全息曝光而制成的行监测，可能在稳定性、分布范围等方面都难以满足要一种纤芯折射率周期性变化的光栅。制作这种光纤光栅的求。本文现场试验中所用的HDPE缠绕增强管因其材主要制作技术是利用2个相干紫外光束形成的空间干涉条料属性而应变值很小，用普通传感器可能连最基本的精度纹来照射光纤，这样就在光纤芯部形成了永久的周期性折都达不到要求，且受到环境影响太大。作为近期热点的光射率调制。FBG结构示意图见图1。纤Bragg光栅(FBG)~感器，与传统的电传感器相比，它具