基本信息
- 項目名稱：
- 智能化精確光柵式錨桿應(yīng)力計研制及監(jiān)測軟件體系
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 為了達到經(jīng)濟、合理的目的，則需要對地址的監(jiān)控量測進行嚴密的監(jiān)控，對錨桿這一地下工程主要應(yīng)力受力結(jié)構(gòu)的監(jiān)控與量測，很大程度上決定了該工程是否能夠安全支護，從而對工程的造價，人員的安全產(chǎn)生重大影響，而對錨桿應(yīng)力計精度的提高，尤其是采用光柵式的方式，則對整個工程的安全起到了決定性作用。
- 詳細介紹：
- 光纖Bragg光柵是一種新興的傳感兀件，其傳感原理如圖所示。當光柵周圍的溫度、應(yīng)變、應(yīng)力或其它待測物理量發(fā)生變化時，將導致光柵周期或有效折射率的變化，從產(chǎn)生光纖Bragg光柵中心波長的漂移，通過檢測波長漂移情況，即可獲得待測物理量的變化情況。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計的FBG錨桿傳感器是利用Φ22mm，長度為3m的螺紋鋼筋上布置了3個FBG應(yīng)變傳感器和一個FBG溫度傳感器，其中在接近錨桿自由端（墻壁外0.2m）的應(yīng)變傳感器附近布設(shè)的是用于補償應(yīng)變傳感器的自由狀態(tài)FBG溫度傳感器，這兩個傳感器進行粘貼封裝工藝后，外層由薄層彈性鋼片套管焊接在螺紋鋼上，以防止在安裝和施工使用中傳感器受到振動和外力撞擊破壞。錨桿上的4個FBG傳感器串聯(lián)，F(xiàn)BG之間的光柵連接線沿著螺紋鋼的鋼棱引出，保證運輸和安裝中不受損壞，其外形結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。在制作傳感器時，首先是用砂輪在螺紋鋼上打磨處三個用于粘貼應(yīng)變裸光纖光柵的5cm長的平面，并用砂紙打磨平整光滑，其次用酒精清洗和粘貼光纖光柵，最后進行封裝保護，其中有塑料外套的溫度FBG傳感器自由地在套管里，套管焊接在螺紋鋼上,如圖3.18所示，其特性曲線如圖所示。 光纖光柵錨桿傳感器 巷道的頂板壓力檢測是依靠在頂板安裝的光纖光柵錨桿應(yīng)力傳感器來實現(xiàn)的。將在巷道頂板上安裝的多個光纖光柵錨桿應(yīng)力傳感器串聯(lián)在一起，測量頂板壓力、頂板離層和掘進放炮引起的震動波形，從而實現(xiàn)巷道的頂板壓力檢測和冒頂預測。
科學性、先進性
- 本研究的目標既是大幅提高錨桿應(yīng)力計的監(jiān)測精度，提升錨桿應(yīng)力計的分辨率，從而大量提高了檢測精度，也在很大程度上提高了監(jiān)測的準確性，對地下空間工程的實際應(yīng)用產(chǎn)生決定性影響。尤其是在現(xiàn)在深度稿、地質(zhì)條件復雜的施工困難易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，高深度的煤井，集中資源開采深礦洞，地下儲油庫的建設(shè)等工程中，能很大程度的減少人員財產(chǎn)的損失，對現(xiàn)在工程有重大影響。 本項科研項目的創(chuàng)新之處既是在于采用了光柵式的應(yīng)力監(jiān)測方法，將應(yīng)力計的兩側(cè)分辨率提升3-4倍，更加有效的對地下地質(zhì)工程的監(jiān)測應(yīng)用外，提升了對整體地下工城監(jiān)控量測的安全系數(shù)，具有對現(xiàn)實工程應(yīng)用急迫的研發(fā)意義。 同時，為了彌補目前巖土工程中技術(shù)人員短缺，人為因素出險率高等一系列缺點，我們特意采用了智能化軟件，在現(xiàn)有平臺基礎(chǔ)上盡可能去減少人的主觀因素對項目施工的影響，從而為項目的安全施工創(chuàng)造了有利條件。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 山東大學二等獎
作品所處階段
- 研發(fā)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 隧道建設(shè)中地質(zhì)工程監(jiān)控量測是保證巖溶隧道安全施工的重要環(huán)節(jié)，是國內(nèi)外工程地質(zhì)和隧道工程界十分關(guān)注而又沒有得到很好解決的難題。而對錨桿應(yīng)力的監(jiān)控測量則是巖土工程監(jiān)控量測的重要部分，如何提高錨桿應(yīng)力計的測量精度成為了一個重要的議題。
同類課題研究水平概述
- 1978年KenHi11及其他科研人員首次發(fā)現(xiàn)摻鍺石英光柵紫外光敏特性一光誘導產(chǎn)生Bragg光柵效應(yīng)。1989年GeryMeltz又發(fā)展了紫外光側(cè)面寫入光敏光柵技術(shù)。后來，光柵傳感器一問世便受到極大地重視，幾乎在各個領(lǐng)域都得到研究和應(yīng)用，成為現(xiàn)代傳感器的先導。光纖光柵傳感器是利用Bragg光纖光柵BOFG的波長對溫度、應(yīng)力參量的敏感特性制成的一種新型光柵傳感器。與傳統(tǒng)的光柵傳感器相比，BOFG將被測信息轉(zhuǎn)化為共振波長的移動，即采用波長調(diào)制方式，同時還可方便地將多只光柵復用，這是其它傳感器件無法比擬的。光纖光柵傳感器的出現(xiàn)給光柵傳感領(lǐng)域帶來了新的生機，這種傳感器適用十特殊結(jié)構(gòu)的傳感網(wǎng)絡(luò)，如:水壩壽命監(jiān)測、橋梁缺陷檢測、大型運輸載體的復合材料等等?，F(xiàn)在，用信息攝取的光纖光柵傳感器及光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)己成為研究熱點。 隨著光柵刻寫技術(shù)的提高和布拉格光柵傳感器的傳感機理研究已經(jīng)逐步成熟，布拉格光柵傳感器已經(jīng)從目前的研究走向?qū)嶋H工程中的應(yīng)用。通過大量的文獻可以看出:布拉格光柵傳感器在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如航空航天、民用土木工程、船舶工程、電力工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)學等。 目前用十民用工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測的光纖光柵傳感器己經(jīng)開始商品化，例如，美國的BlueRoad Research在美國海軍研究實驗室的資助下開發(fā)的多軸光纖光柵傳感器、橫向光纖光柵傳感器、靈巧墊圈埋有光纖光柵傳感器等，并得到成功的應(yīng)用。
