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基于FBG传感网的土石坝在线监测系统研究

作　者: 陈小勇
导　师: 李川
学　校: 昆明理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 大坝安全监测 光纤Bragg光栅传感器 FBG传感网络 大坝安全监测信息管理系统 土石坝
分类号: TV698.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


大坝安全监测是保证大坝安全运行的重要手段,对大坝进行系统的监测,能及时掌握大坝的工作状态,当发现异常时能及时采取相应的措施,以防事故发生。众多土石坝的垮坝实例证明,由于缺少对土石坝进行必要的观测,致使有些安全隐患未能被及时发现,进而导致溃坝事故。例如,建成于1975年的美国Teton土坝因岸坡坝段齿槽底部出现土体管涌,导致大坝溃决,调查认为：该坝在运行期间没有系统地设置监测仪器以及对建筑物缺少定期检查是溃坝的原因之一,该坝只进行过少量位移监测,未进行渗流监测。又如2001年四川大路沟水库发生溃坝,伤亡40余人,主要原因是白蚁在土坝内筑巢,形成漏水通道,遇上大雨,形成管涌,造成溃坝。光纤Bragg光栅传感器是通过外界参量对光纤Bragg光栅中心波长的调制来获取传感信息,具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀、电绝缘、易于构成光纤传感网络等优点。本文利用FBG (Fiber Bragg Grating)传感器易于组成传感网的特性,采用波分复用技术将多种有着不同功能的FBG传感器组网,并结合计算机技术、通信技术等构建出了基于FBG传感网的土石坝在线监测系统,实现了对土石坝的安全监测,尤其是对大坝裂缝和渗流的监测,有效保证了土石坝的安全运行。本文以土石坝为受验对象,针对光纤光栅在土石坝安全监测中的应用,进行了研究,主要创新点如下：(1)利用FBG传感器易于组成传感网的特性,将实验室研制的几种不同类型的光纤Bragg光栅传感器组成光纤传感网络,实现对土石坝裂缝和渗流的监测。(2)除用FBG传感器监测土石坝裂缝外,还选用了基于Brillouin OTDR原理的GFRP单芯应变传感光缆实现对土石坝裂缝的分布式监测。(3)根据受验土石坝的具体情况,开发了大坝安全监测信息管理系统,利用相关的物理模式将FBG传感器反馈回来的波长数据转换成待测参量,如裂缝值、渗压等,并以直观的曲线图展示了待测参量的变化过程。(4)大坝安全监测信息管理系统采用了时间序列预测法中的趋势方程拟合法,实现了对土石坝裂缝和渗压水头的趋势分析。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 土石坝安全监测的主要项目  9-10
  1.3 土石坝安全监测技术的发展历程  10
  1.4 土石坝安全监测的常规方法  10-14
    1.4.1 变形监测  11-13
    1.4.2 渗流监测  13-14
  1.5 FBG传感器在水电工程安全监测领域的应用  14-15
  1.6 土石坝在线监测系统基本组成  15
  1.7 小结  15-17
第二章 FBG传感器网络的设计  17-29
  2.1 引言  17
  2.2 FBG传感器的测量原理  17-24
    2.2.1 FBG位移传感器的测量原理  18-20
    2.2.2 FBG渗压传感器的测量原理  20-22
    2.2.3 FBG加热单元的测量原理  22-24
  2.3 Brillouin OTDR的测量原理  24-27
  2.4 土石坝FBG传感网  27-28
  2.5 小结  28-29
第三章 FBG传感器网络在实验土石坝上的构建  29-49
  3.1 引言  29
  3.2 实验土石坝概况  29-30
  3.3 传感器的综合布线  30-43
    3.3.1 测点布置  30-31
    3.3.2 传感器的选择  31-35
    3.3.3 光纤连接及常用设备  35-39
    3.3.4 FBG传感器的布设  39-42
    3.3.5 GFRP单芯应变传感光缆的布设  42-43
  3.4 传感网的线路测试  43-47
  3.5 小结  47-49
第四章 土石坝安全监测信息管理系统  49-73
  4.1 引言  49
  4.2 系统功能设计  49-52
  4.3 数据库设计  52-55
  4.4 裂缝监测功能实现  55-60
    4.4.1 模型分析  55-58
    4.4.2 裂缝分析专家系统  58-60
  4.5 渗漏监测功能实现  60-65
    4.5.1 模型分析  61-63
    4.5.2 渗压分析专家系统  63-65
  4.6 监测数据的整编  65-71
    4.6.1 裂缝计监测数据整编  66-68
    4.6.2 渗压计监测数据整编  68-71
  4.7 小结  71-73
第五章 总结与展望  73-75
  5.1 总结  73
  5.2 展望  73-75
致谢  75-77
参考文献  77-81
附录A 攻读硕士学位期间的研究成果  81

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利枢纽、水工建筑物 > 水工建筑物管理 > 水工建筑物的监测与原型观测
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