基于光纖光柵的巖體三維擾動(dòng)應(yīng)力傳感器

作者：智宏科信 2021-10-11 16:38 來源：能源科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái) 光纖光柵巖體應(yīng)力傳感器

　　導(dǎo)語：應(yīng)力傳感器基于光纖光柵傳感技術(shù)，利用光纖傳感技術(shù)本征絕緣、壽命長、易陣列復(fù)用的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)單筒多測點(diǎn)同步測量。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦的《基于光纖光柵的高精度三維擾動(dòng)應(yīng)力傳感器》是為滿足巖土工程、采礦工程所需而專門研制的特種應(yīng)力應(yīng)變陣列測量傳感器，其采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、獨(dú)到的封裝保護(hù)方式、精準(zhǔn)的波長解調(diào)技術(shù)，突破了現(xiàn)有測試技術(shù)瓶頸，可以滿足地應(yīng)力擾動(dòng)的三維長期測量。

　　一、基本情況

　　基于光纖光柵的高精度三維擾動(dòng)應(yīng)力傳感器(空心包體應(yīng)力計(jì)，下簡稱應(yīng)力計(jì))是為滿足巖土工程、采礦工程所需而專門研制的特種應(yīng)力應(yīng)變陣列測量傳感器，其采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、獨(dú)到的封裝保護(hù)方式、精準(zhǔn)的波長解調(diào)技術(shù)，可以滿足地應(yīng)力擾動(dòng)的三維長期測量。

　　應(yīng)力傳感器基于光纖光柵傳感技術(shù)，利用光纖傳感技術(shù)本征絕緣、壽命長、易陣列復(fù)用的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)單筒多測點(diǎn)同步測量。在本傳感器上可以有多個(gè)測環(huán)，每個(gè)測環(huán)上3個(gè)應(yīng)變花測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)有呈45°方向的三個(gè)應(yīng)變傳感器，用來實(shí)時(shí)測量彈性筒上不同位置的多點(diǎn)、多向應(yīng)變大小。同時(shí)，傳感器包含1個(gè)溫度傳感器，用來測試環(huán)境溫度并對應(yīng)變傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償。根據(jù)用途不同，單應(yīng)變桶上可以有最多6個(gè)測環(huán)、54個(gè)應(yīng)變傳感器。

　　該成果發(fā)揮光纖傳感的諸多優(yōu)勢，具有耐腐蝕、抗電磁干擾、抗地下水、易施工等優(yōu)點(diǎn)，突破現(xiàn)有測試技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)各地下工程的長期可靠測量。

　　相對于傳統(tǒng)的單方向位移監(jiān)測，該方法可以精準(zhǔn)獲取巖體內(nèi)的三維應(yīng)變信息，從而更加精確的獲得位移、變形信息，結(jié)合高速采樣技術(shù)，可以對巖爆進(jìn)行監(jiān)測。

　　傳感器實(shí)物圖如下所示：

　　圖1 傳感器實(shí)物圖

　　二、實(shí)物及關(guān)鍵指標(biāo)

　　表1 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

　　三、接續(xù)方式

　　傳感器采用鎧裝方式進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)，確保光纜可以耐受現(xiàn)場施工的苛刻考驗(yàn)。定制長度的專用鎧裝線纜直接插拔，現(xiàn)場不需熔接就可以接駁使用，減輕施工現(xiàn)場的工作量和難度。采用注漿、接續(xù)一體模式，便于施工現(xiàn)場調(diào)整接續(xù)長度或者更換傳感器等，具有施工便利、接續(xù)時(shí)間短、注漿阻力小等優(yōu)勢。傳感器接續(xù)效果如下圖所示：

　　圖2 傳感器接續(xù)示意圖

　　黑色為傳感器，藍(lán)色為接續(xù)和注漿一體裝置，施工簡單

　　四、可靠的標(biāo)定過程和數(shù)據(jù)

　　傳感器具備應(yīng)變精確測量的能力，應(yīng)變測量精度1微應(yīng)變，測量范圍3000微應(yīng)變，且具備實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償?shù)哪芰?。傳感器?jīng)過特殊的材料選擇和工藝方法以及穩(wěn)定性處理手段，其長期穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于常規(guī)應(yīng)變傳感器。

　　科研團(tuán)隊(duì)具備全鏈條設(shè)計(jì)能力，掌握關(guān)鍵技術(shù)和校準(zhǔn)標(biāo)定手段，確?？蒲谐晒械拿總€(gè)應(yīng)變傳感器都精準(zhǔn)的參數(shù)，以確保客戶得到可靠的、經(jīng)得起檢驗(yàn)的真實(shí)原位數(shù)據(jù)。如下圖所示傳感器對應(yīng)變和溫度的響應(yīng)曲線，該圖表和原始數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)資料同步交付給用戶，便于后期精確計(jì)算：