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光纤光栅传感技术在管道滑坡监测中的应用研究

作　者: 马云宾
导　师: 胡志新
学　校: 长安大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 光纤布拉格光栅 管道滑坡监测 光纤光栅应变管 二郎庙滑坡
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 260次
引　用: 3次
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内容摘要


管道滑坡严重威胁着管道的安全。本文针对铺设于滑坡体内的管道,提出了基于光纤光栅传感的管道滑坡联合监测方法。该方法采用光纤光栅应变管监测滑坡位移,采用光纤光栅应变传感器监测管道应力。目前该方法已成功应用于二郎庙管道滑坡监测。主要研究工作与成果如下:首先,对目前滑坡监测方法进行了分析,提出基于光纤光栅传感的管道滑坡联合监测方法。选用具有耐腐蚀、稳定性好、抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低等优点的光纤光栅传感器监测滑坡位移和管体应力。经实际应用证明:该监测方法稳定可靠、易于实现自动实时监测,且成本较低。其次,根据管道滑坡监测的需要,分别研制了用于监测滑坡深部位移的光纤光栅应变管、监测管体应变的温度补偿式光纤光栅应变传感器及监测管道界面土压力的光纤光栅土压力传感器。通过实验研究各传感器的传感特性,获得了传感器的性能参数。最后,将该监测方法在二郎庙滑坡监测中进行了实际应用,采用光纤光栅应变管和温度补偿式光纤光栅应变传感器对滑坡和管道进行了联合监测,并对5.12汶川地震后传感器监测获得的数据进行详细分析,结果表明:传感器性能稳定;震后管体的应力有显著增长,但总应力水平还低于预警阈值,管体尚处于安全状态;滑坡体在整体运动的同时,局部在相对运动,且主滑线方向运动更为明显;基于光纤光栅的管道滑坡联合监测方法可行,并具有良好的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 课题研究的背景及意义  11-12
  1.2 光纤光栅传感技术概述  12-16
    1.2.1 光纤光栅的发展史  12-13
    1.2.2 光纤光栅的分类  13-16
  1.3 光纤光栅传感技术的国内外研究现状及发展前景  16-18
  1.4 课题主要内容  18-20
第二章 管道滑坡监测方法  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 滑坡形态和特征  20-22
  2.3 滑坡形成机制分析  22-25
    2.3.1 滑坡滑动的内部条件  23-24
    2.3.2 滑坡滑动的外部条件  24-25
  2.4 常用滑坡监测方法和仪器  25-27
    2.4.1 位移动态监测  26
    2.4.2 水动态监测  26-27
  2.5 基于光纤光栅的管道滑坡联合监测方法  27-31
    2.5.1 滑坡深部位移监测  27-29
    2.5.2 管道应变监测  29-31
  2.6 小结  31-32
第三章 光纤光栅传感原理  32-38
  3.1 引言  32
  3.2 光纤基本结构  32-33
  3.3 光纤布拉格光栅结构与原理  33-34
  3.4 光纤光栅应变管模型  34-37
    3.4.1 光纤光栅应变测量的基本公式  34-35
    3.4.2 光纤光栅应变管的传感特性分析  35-37
  3.5 小结  37-38
第四章 温度补偿式光纤光栅应变传感器的研制  38-45
  4.1 引言  38
  4.2 光纤布拉格光栅传感的温度补偿技术  38-39
  4.3 温度补偿式光纤光栅应变传感器  39-41
    4.3.1 传感器的封装结构  39-40
    4.3.2 封装材料的选择  40
    4.3.3 封装工艺  40-41
  4.4 传感器的性能实验  41-43
    4.4.1 传感器的温度补偿实验  41-42
    4.4.2 传感器的应变实验  42-43
  4.5 本章小结  43-45
第五章 光纤光栅土压力传感器的研制  45-55
  5.1 引言  45
  5.2 传感器结构的选择  45-48
    5.2.1 有硬中心的平膜片的尺寸设计  45-47
    5.2.2 传感器外型尺寸设计  47
    5.2.3 传感器的有限元分析  47-48
  5.3 温度补偿式光纤光栅土压力传感器  48
  5.4 传感器性能试验  48-54
    5.4.1 传感器的温度补偿实验  48-50
    5.4.2 传感器静态性能测试  50-51
    5.4.3 试验结果及分析  51-54
  5.5 本章小结  54-55
第六章 光纤光栅传感技术在管道滑坡中的应用  55-70
  6.1 引言  55
  6.2 工程概况  55-56
  6.3 传感器的现场安装  56-61
  6.4 数据采集  61-62
  6.5 测试结果分析  62-69
    6.5.1 管体应变数据分析  62-64
    6.5.2 滑坡深部位移监测数据分析  64-69
  6.6 小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表文章和科研成果情况  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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