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引用本文:

姚飞,胡肖潇,曾丽珍,等:基于光纤光栅的深部位移传感探头研究[J]. 光通信技术,2019,43(5):9-12.

基于光纤光栅的深部位移传感探头研究

姚 飞1,胡肖潇1,曾丽珍2*,肖丹谊1
(1.中国电子科技集团公司 第三十四研究所,广西 桂林 541004;2.桂林电子科技大学 研究生院,广西 桂林 541004)

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摘要:针对测斜仪价格昂贵、需要供电的问题,介绍了一种光栅应变片的设计方法。通过计算得到应变片的设计参数,研究开发了基于光栅应变片的深部位移传感探头,完成了实验。直埋实验和模拟实验表明:该器件满足实时监控要求,最大量程为±8°,对应中心波长变化量为0~30pm,可实现高边坡岩土体内部变化情况长期在线监测和安全预警。
关键词:光纤光栅;深部位移;山体滑坡
中图分类号:S851;TN929.11 文献标识码:A 文章编号:1002-5561(2019)05-0009-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.05.003

0 引言
       边坡监测在居民生活和交通等领域都具有重要意义。测斜仪是监测边坡内部位移的常用仪器,由于测斜仪探头价格昂贵,应用时一般是在测试位置打孔埋置测斜管,监测人员定期将测斜仪放入测斜管内,记录不同深度的倾斜量。这种监测方法无法进行实时在线监测,同时由于现场需要通电,某些环境下使用受限。光纤传感器具有体积小、灵敏度高和抗干扰能力强等优点,也被应用于边坡深部位移监测。自从1978年加拿大通信研究中心的K.O.Hil l等人[1]制作出世界上第一根光纤布喇格光栅(FBG)以来,由于其许多独特的优点,人们致力于将其应用于各种物理量的测试[2-4]。本文采用FBG作为传感器,开发一种基于FBG的深部位移传感探头,测试端无需供电,可以用于边坡实时监测。

4 结束语
       本文研制了基于光纤光栅的深部位移传感探头,进行了模拟实验和现场实验,得到以下结论:
       ①在发生最大形变8°时,FBG中心波长变化约为30pm,从而得到本文设计传感探头传递系数η=0.3,对基板(悬梁臂结构)产生了减敏作用,主要原因有2个:一是采用密封胶(112FR)后FBG与基板粘合度不高,二是FBG之间的连接光纤熔接需要预留足够的长度, 导致FBG位置没有靠近基板的固定端。因此,后续改进需要采用粘合度更强的固定胶水,同时将FBG尽量靠近基板固定端安装,以提高其灵敏度。
       ②现场90天实验中,直埋探头未见性能劣化情况,具有良好的稳定性,可以达到实时监控目的,实时反映监测边坡的内部形变,避免漏报。另外,对于实际应用还需要进一步加强封装密封性,提高探头在地下直埋长时间使用的可靠性。由于本次实验持续时间不长,未考虑温度波动的影响,如果加入温度校准光栅,可以更准确地显示测试结果。