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光纤光栅位移传感器与其在边坡防护安全监测系统中运用中专生

收藏本文 2024-01-27 点赞:7140 浏览:18685 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:目前,位移传感技术的进展已经很成熟,因为位移量是相对容易检测出的物理量。位移也是在边坡安全监测中的一个重要的物理量,边坡安全监测要求监测的因素很多,包括边坡变形、地下水动态和岩体风化速度等。边坡的变形是边坡破坏的一个显著特点,由此针对边坡位移监测的探讨有着重要作用。位移检测技术的进展大致经历了经典位移测量和半导体技术两个阶段,早期的位移测量是由人手工进行,后来进展到机械化、自动化检测,进入二十世纪,位移测量进展为非电量电测方式,是位移监测技术的一次深刻变革。随着社会的进展,各种位移检测的技术也愈发成熟,但随着位移传感器的运用场合越来越广,对其自身性能也提出了更高的要求,传统的位移传感器因其自身的缺点,其运用的局限性也越来越突出。光纤光栅传感技术是近年来进展起来的新型传感技术。以光纤光栅为基础的位移传感器运用于边坡位移检测有很好的运用前景,光纤光栅具有体积小、灵敏度高、绝缘、抗电磁干扰能力强等独特的优点,适于在边坡等较为恶劣的工程环境中运用。利用光纤光栅的温度和应变敏感特性,可以通过光纤光栅间接测量许多物理量。本论文主要利用光纤Bragg光栅的应变测量原理,设计一种拉绳式光纤光栅位移传感器,运用于边坡安全监测,详细介绍了该位移传感器的设计探讨历程,在结构设计阶段,运用Pro/ENGINEER Widefire三维建模软件确定其基本结构,该传感器为悬臂梁、楔形滑块和弹簧组成的复合结构,并对三维实体模型装配和浅析,针对传感器的关键部件进行了基于ANSYS的有限元浅析,验证了传感器关键部件设计的可靠性。对传感器性能进行了测试和温度特性试验,在标定试验中以拉绳牵引移动滑块,模拟实际运用环境,得到传感器的传感性能,并针对不足之处不断改善,直至达到理想效果。并以悬臂梁结构为主体,设计了另一种简单结构的光纤光栅位移传感器,利用该传感器,结合以岩层为主体的边坡模型做了边坡位移降雨模型试验。实验验证了所设计的位移传感器在边坡模型运用的可靠性,并得到了有关边坡位移的信息和破坏规律。关键词:光纤光栅论文位移论文传感器论文安全监测论文

    摘要4-5

    Abstract5-7

    目录7-9

    第1章 绪论9-17

    1.1 课题的探讨背景和作用9-10

    1.2 位移检测技术的进展10-13

    1.2.1 位移检测技术概述10-11

    1.2.2 位移检测技术的进展11-13

    1.3 光纤位移传感技术探讨近况13-16

    1.3.1 光纤位移传感器13-14

    1.3.2 光纤光栅位移传感技术14-16

    1.4 本论文的主要探讨内容16-17

    第2章 光纤光栅传感原理17-33

    2.1 光纤Bragg光栅传感原理17-21

    2.1.1 光纤布拉格光栅传感模型17-19

    2.1.2 光纤光栅的应变和温度灵敏度19-20

    2.1.3 应变与温度的交叉敏感及温度补偿20-21

    2.2 光纤光栅位移传感原理21-26

    2.2.1 悬臂梁结构的位移传感器21-22

    2.2.2 利用简支梁的光纤光栅位移传感器22-23

    2.2.3 几种常见的光纤光栅位移传感器23-26

    2.3 光纤光栅传感系统26-28

    2.3.1 光纤光栅传感系统的组成26-27

    2.3.2 光纤光栅传感系统无源器件27-28

    2.4 光纤布拉格光栅传感信号解调28-32

    2.5 本章小结32-33

    第3章 光纤光栅位移传感器的探讨33-51

    3.1 传感器的设计目标33-34

    3.2 传感器的工作原理34-35

    3.2.1 传感器的结构图34

    3.2.2 传感器的工作原理34-35

    3.3 传感器关键部件的设计35-41

    3.3.1 悬臂梁的浅析与计算35-37

    3.3.2 基于ANSYS的静力学浅析37-40

    3.3.3 传感器弹簧的选择40-41

    3.4 传感器的装配模型及实物41-42

    3.5 传感器标定实验42-46

    3.6 传感器温度特性实验46-49

    3.7 传感器的静态技术指标49-50

    3.8 本章小结50-51

    第4章 FBG位移传感器在边坡模型试验中的运用51-60

    4.1 边坡模型分类及失稳51-52

    4.2 边坡位移降雨模型试验52-59

    4.2.1 试验模型52-53

    4.2.2 模型试验中位移测量原理53-54

    4.2.3 边坡位移试验54-59

    4.3 本章小结59-60

    第5章 总结与展望60-62

    5.1 总结60-61

    5.2 展望61-62

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