光纤光栅传感器在矿建信息化施工中的应用
光纤传感技术在煤矿安全中的应用

光纤传感技术在煤矿安全中的应用随着科技的不断进步,煤矿行业也在不断发展。
然而,煤矿安全问题一直是业内关注的焦点之一。
为了保障煤矿生产的安全和高效,需要采用现代的技术手段,其中光纤传感技术就是其中之一。
光纤传感技术是一种新兴技术,在诸多领域得到广泛应用。
它通过对光纤几何形态、机械和其它物理特性变化的探测及监测,实现对各种物理量的测量和控制。
在煤矿领域,光纤传感技术的应用范围包括巷道支护、瓦斯探测、温度检测、地压变形检测等等。
在煤矿巷道支护方面,光纤传感技术可以实现对各种参数的实时监测,可以检测出巷道的变化、裂缝、泥水渗漏等问题,并进行及时修复。
通过对支护的稳定性和强度的检测,可以预测支护的寿命,保护矿工的安全。
煤矿中常见的一种危险物质是瓦斯,使用光纤传感技术可以实现对瓦斯的快速检测和报警。
通过在巷道内铺设光纤传感器,可以实时监测瓦斯的浓度,及时检测到瓦斯泄漏,避免因瓦斯爆炸造成的事故。
煤矿中的巷道也会受到温度的影响,为了保证矿井的正常运行,需要对煤巷的温度进行监测。
光纤传感技术可以通过在巷道内安装光纤温度传感器来实现温度的监测,早期发现异常的情况,采取及时的措施进行处理,保证了设备的正常运行。
除了以上提到的几种应用外,光纤传感技术还可以用于煤矿地压的监测。
煤矿地压是指煤矿开采过程中,由于矿体的掏空引起地层塌陷、沉降等现象。
地压变形往往是煤矿灾害的重要因素,对地压变形进行实时监测可以及时发现地压变形情况,并采取措施加以处理。
光纤传感技术可以通过安装不同类型的传感器来实现地压变形检测,帮助矿工采取及时有效的措施,保障矿工的工作安全。
总之,光纤传感技术在煤矿安全中发挥了重要作用。
其应用不仅可以实现对巷道支护、瓦斯探测、温度检测、地压变形检测等多种参数的实时监测,还可以帮助矿工预测矿井灾害隐患,及时发现和处理问题,提高煤矿的安全性和高效性。
在未来的发展中,光纤传感技术将会得到更广泛的应用,并成为煤矿安全监测和控制的重要手段。
光纤光栅传感器的应用

光纤光栅传感器的应用光纤布拉格光栅传感器的应用1。
光纤光栅传感器的优点与传统传感器相比,光纤光栅传感器有其独特的优点:(1)传感头结构简单,体积小,重量轻,形状可变,适合嵌入大型结构中,能够测量结构内部的应力、应变和结构损伤,具有良好的稳定性和重复性;(2)与光纤自然兼容,易于与光纤连接,损耗低,光谱特性好,可靠性高;(3)不导电,对被测介质影响小,具有耐腐蚀和抗电磁干扰的特点,适合在恶劣环境下工作;(4)轻便灵活,可在一根光纤中写入多个光栅组成传感阵列,结合波分复用和时分复用系统实现分布式传感;(5)测量信息为波长编码,因此光纤光栅传感器不受光源光强波动、光纤连接和耦合损耗以及光波偏振态变化的影响,抗干扰能力强。
(6)高灵敏度和分辨率正是因为它的许多优点。
近年来,光纤光栅传感器已经广泛应用于大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测,以及能源和化工等领域。
光纤光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器,特别是在测量应力和应变的情况下,具有其他传感器无法比拟的优势。
它被认为是智能结构中最有前途的集成在材料内部的传感器,作为监测材料和结构的载荷和检测其损伤的传感器。
2,光纤光栅的传感应用1,在土木和水利工程中的应用土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域力学参数的测量对于桥梁、矿山、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康监测非常重要。
通过测量上述结构的应变分布,可以预测结构的局部载荷和健康状况。
光纤布拉格光栅传感器可以预先附着在结构表面或嵌入结构中,同时对结构进行健康检测、冲击检测、形状控制和减振检测,监测结构的缺陷。
另外,多个光纤光栅传感器可以串联成传感网络,对结构进行准分布式检测,传感信号可以由计算机远程控制(1)在桥梁安全监测中的应用目前,光纤光栅传感器应用最广泛的领域是桥梁安全监测斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊杆、系杆拱桥的系杆是这些桥梁体系的关键受力构件,其他土木工程结构的预应力锚固系统,如用于结构加固的锚索和锚杆,也是关键受力构件上述受力构件的应力大小和分布变化最直接地反映了结构的健康状况,因此监测这些构件的应力状态并以此为基础进行安全分析和评价具有重要意义。
光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用

光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用【摘要】针对目前矿井巷道普遍采用的机电类传感器存在的检测灵敏度低、抗干扰能力差、使用寿命短等不足,提出将光纤Bragg光栅(FBG)传感器应用于煤矿巷道支护锚杆的应变监测中。
光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期以及纤芯的有效折射率有关,当这些参数由于外界应力的变化而发生改变时,其谐振波长会相应发生变化,因此通过检测谐振波长的变化量,即可实现对应变的传感监测。
模拟实验表明,光纤Bragg光栅传感器监测结果准确,为矿井巷道支护锚杆的应变监测提供了一种行之有效的方法。
【关健词】光纤Bragg光栅传感器;锚杆;应变;监测1.引言目前,常用的锚杆应变监测装置的机电类传感器普遍存在着工作寿命短、易受电磁干扰等缺点[1]。
基于此,本文提出将光纤Bragg光栅传感器应用到煤矿巷道支护锚杆的应变监测中,研究了锚杆在拉张载荷作用下的应力应变变化。
通过实验室建立的物理模型进行应变测量实验,结果表明,光纤Bragg光栅传感器测量结果准确。
2.光纤Bragg光栅传感器的原理光纤Bragg光栅传感器以光纤Bragg光栅为基础。
其原理如图1所示。
图1 光纤Bragg光栅原理图光纤Bragg光栅的波长表示为:(1)其中是纤芯的有效折射率,是光纤Bragg光栅周期。
当光纤Bragg光栅受到外界的应变作用时,光栅周期会发生变化,而且光纤本身所具有弹光效应使得有效折射率也随之发生变化,因此Bragg光栅的波长会发生一定的漂移。
通过检测光栅反射回来的光信号的波长漂移量,即可获得应变的变化情况。
这就是光纤Bragg光栅应变传感器的原理。
光纤Bragg光栅的应变效应可表示为:(2)式中,为光纤Bragg光栅波长的漂移量,为初始波长,为光纤的有效弹光系数,为光纤Bragg光栅上发生的应变。
当光纤材料确定后,有效弹光系数即为一与材料相关的常数,令,则(2)式可化为,可以看出波长漂移量与应变成正比,比例系数为光纤Bragg光栅的应变灵敏度系数。
煤矿机电设备监测中光纤传感器的应用

煤矿机电设备监测中光纤传感器的应用【摘要】瓦斯、屋顶、冲击地压、采空区自然发火、水灾和机电设备作业隐患是我国煤矿安全生产的主要灾害。
随着煤矿机械化和自动化程度的逐步提高,机电设备运行故障引起的火灾等次生灾害的增加趋势也非常明显。
因此,在线监控设备的运行状态是非常必要的。
目前,煤矿重大灾害监测预警技术水平与安全生产要求仍存在较大差距,主要体现在检测技术落后、传感器可靠性差、维护工作量大、监测系统信号采集传输线路电磁场干扰严重。
本文主要概述了光纤传感监测原理,对煤矿机电设备监测系统中光纤传感器进行设计,并分析了煤矿机电设备监测中光纤传感器运行情况。
关键词:煤矿机电;光纤传感;光纤光栅引言煤矿机电设备主要包括提升机、压风机、采掘设备、支护设备、运输、供电、安全监控设备、瓦斯抽放设备。
目前,在国内外煤矿机电设备状态监测和故障诊断技术研究的基础上,提出为机电设备提供了许多新的检测方法和监测设备,特别是振动信号的检测、处理和分析。
理论基础已经基本成熟,诊断结果的准确性也越来越高。
振动是反映机电设备运行状态的最重要的参数,它可以在最短的时间内直接反映机电设备的运行状态。
据统计,70%以上的设备运行故障表现为振动,这是机电设备运行状态特性的基本反映。
机电设备的温度是另一个特征,机电设备的温度可能过高,这可能会导致机电设备的电路、电缆接头、电缆和零部件着火。
在这个阶段,大部分煤矿企业仍在对设备监测状态进行人工检查和定期检查。
从设备维修的角度看,“事后维修”与“定期维修”不能满足当前的需求,容易导致“维修不足”或“过度维修”;“事后维修”的原因一般由技术维修人员根据维修经验判断。
然而,随着煤矿机电设备的日益复杂,机电设备的故障难以准确判断。
目前的生产形式不利于煤矿的安全、高效、高产的生产,因此,有必要实现“状态维修”。
光纤传感器由于其抗电磁干扰、尺寸小、灵敏度高、网络方便、传输距离长、固有安全等独特优势,受到越来越多的关注。
光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇

光纤光栅传感技术与工程应用研究共3篇光纤光栅传感技术与工程应用研究1光纤光栅传感技术与工程应用研究光纤光栅传感技术是一种重要的光学测量技术,有着广泛的应用领域。
本文将对光纤光栅传感技术的原理、发展现状、应用场景以及工程应用研究进行探讨。
一、光纤光栅传感技术的原理光纤光栅传感技术是一种基于光纤和光栅原理的测量技术。
它可以通过光纤上的一系列微小光学反射镜对光信号进行处理,将信号转换为电信号输出后,再加以分析。
光纤光栅传感技术主要包括光纤光栅模式(FBG)传感技术和长周期光纤光栅传感技术。
二、光纤光栅传感技术的发展现状近年来,光纤光栅传感技术在光学测量领域得到了广泛的应用。
目前,光纤光栅传感技术的发展呈现出以下几个趋势:1、研究对象普遍化。
光纤光栅传感技术不仅用于研究物理量,还可用于研究化学量和生物量等领域。
研究对象的普遍化拓宽了应用范围,使其更加广泛。
2、研究手段趋于多样化。
目前,光纤光栅传感技术在光学测量领域不仅可以使用光方法进行研究,还可以使用激光、声波等多种手段进行研究。
通过多种方式的研究,光纤光栅传感技术在不同研究场合下的应用效果均能得到充分的发挥。
三、光纤光栅传感技术的应用场景在光学测量领域中,光纤光栅传感技术常常被应用于以下几个场景:1、温度测量。
通过在光纤上安装光纤光栅,可以测量两个光纤光栅之间的长度差,从而得到物体的温度。
2、应力测量。
光纤光栅传感技术可以通过测量光纤的弯曲程度,得到物体的应力情况。
3、矿用传感。
在地下煤矿中,可以通过利用FBG光纤传感技术来监测岩石的应力变化,预防矿山灾害的发生。
4、流体探测。
在航天器中,利用光纤光栅传感技术来监测流体的液位和流量,能够保证物质交流的正常运行。
四、工程应用研究光纤光栅传感技术在工程中的应用已经得到了广泛的关注。
在建筑工程中,光纤光栅传感技术可以应用于结构物的安全监测和健康诊断。
在交通运输工程中,光纤光栅传感技术可以应用于汽车、火车、飞机等交通工具的安全监测和诊断。
光纤光栅传感器的基本原理及应用光栅原理应用以及应用基本原理

光纤光栅传感器的基本原理及应用光栅原理应用以及应用基本原理光纤光栅传感器的基本原理及应用摘要:概述光纤光栅传感器的基本原理及实际应用,介绍了光纤光栅传感器在地球动力学、航天器及船舶航运、民用工程结构、电力工业、医学、和化学传感中的应用。
一、前言 1978 年加拿大渥太华通信研究中心的 KOHill 等人首次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应,并采用驻波写入法制成世界上第一根光纤光栅。
19,美国联合技术研究中心的 GMeltz 等人实现了光纤Bragg 光栅FBG的 UV 激光侧面写入技术,使光纤光栅的制作技术实现了突破性进展。
随着光纤光栅制造技术的不断完善,其应用的成果日益增多,从光纤通信、光纤传感到光计算和光信息处理的整个领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化,光纤光栅技术是光纤技术中继掺铒光纤放大器EDFA 技术之后的又一重大技术突破。
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。
所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性。
而在纤芯内形成的空间相位光栅,其实质就是在纤芯内形成一个窄带的透射或反射滤波器或反射镜。
利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件,它们都具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小,易与光纤耦合,可与其它光器件兼容成一体,不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
光纤光栅的种类很多,主要分两大类:一是 Bragg 光栅也称为反射或短周期光栅,二是透射光栅也称为长周期光栅。
光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构,从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅;其中,色散补偿型光栅是非周期光栅,又称为啁啾光栅chirp 光栅。
目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
在光纤传感器领域,光纤光栅传感器的应用前景十分广阔。
由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小标准裸光纤为 125um、重量轻、耐温性好工作温度上限可达 400?,600?、复用能力强、传输距离远传感器到解调端可达几公里、耐腐蚀、高灵敏度、无源器件、易形变等优点,早在 1988 年就成功地应用在航空、航天领域中作为有效的无损检测当中,同时光纤光栅传感器还可应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿等各个领域,以及在土木工程领域中如建筑物、桥梁、水坝、管线、隧道、容器、高速公路、机场跑道等的混凝土组件和结构中测定结构的完整性和内部应变状态,从而建立灵巧结构,并进一步实现智能建筑。
光纤传感技术在矿山安全监测中的应用

光纤传感技术在矿山安全监测中的应用引言光纤传感技术是一种新兴的监测技术,在矿山安全监测中具有广泛的应用前景。
随着矿场规模的不断扩大和深部开采难度的增加,以往传统的监测手段已逐渐不能适应矿山的实际需求。
然而,光纤传感技术的出现带来了新的监测思路和技术手段,不仅可以实现矿山监测的精细化、智能化,同时也能有效地提高矿山的安全监测效率和质量。
因此,本文将重点讲述光纤传感技术在矿山安全监测中的应用。
一、光纤传感技术的基本原理光纤传感技术是一种基于光纤的高精度传感技术,其工作原理是通过光纤中光的传输和反射,实现对矿山温度、应变、光学和声学等物理量的测量。
光纤传感技术的传感基元主要有两种类型:基于强光学效应的传感器和基于弱光学效应的传感器。
其中,基于强光学效应的传感器主要有布里渊散射光纤传感器和拉曼光纤传感器。
而基于弱光学效应的传感器则包括短段光纤传感器、光纤微中空腔传感器以及光纤光栅传感器等。
二、光纤传感技术在矿山安全监测中的应用(一)温度监测矿山深部地温高、变化异常,是矿井安全稳定的一个重要指标。
目前,传统的温度测量手段主要有热电偶、热电阻和红外传感器等,但由于这些传感器的监测精度和响应速度等方面均存在较大问题,因此,这些传感器并不能很好地满足矿山监测的统计和预测需求。
基于光纤布里渊散射原理的传感技术已被广泛应用于矿山的深部地温监测中。
该技术可以将光纤布里渊散射信号转化为温度参数,以此实现对矿山深部温度的实时监测。
与传统的测量方式相比,光纤传感技术具有高稳定性、高带通滤波特性和高精度的优势,能够在实时监测矿山温度变化的同时,得出相应的温度预报,有效的提高了矿山的安全监测能力。
(二)应变监测应变监测主要是针对矿山岩体内部的应变情况进行测量。
应变传感器是众多矿山监测传感器中最常见的一类,其常用的测量技术包括电阻应变传感器、应变片传感器、弹性光纤传感器等。
其中,弹性光纤传感器是一种结构简单、响应速度快、分辨率高的光纤传感器。
光纤光栅温度监测系统在矿井下的应用

光纤光栅温度监测系统在矿井下的应用
随着矿井深度的加深,矿井温度越来越高,对于人员的安全和设备的运行都会产生不
良影响。
因此,准确监测矿井内部的温度变化,成为了保障矿井安全和稳定运行的关键。
随着科技的不断发展,光纤光栅温度监测系统在矿井下的应用逐渐扩大,得到了广泛的应
用和推广。
光纤光栅温度监测系统具有精度高、稳定性好、反应速度快等优点,在煤矿、金属矿
山等固体矿山中,包括深井、高温矿山、火药库等情况下广泛应用。
光纤光栅温度监测
系统采用光栅原理,光栅光纤在加热、冷却、收缩时会发生形变,进而会造成光纤光栅的
波长发生变化,从而可以反映出温度变化。
光纤光栅温度监测系统可以直接安装在矿井内部,监测区域可以覆盖整个矿井的范围,可以精确地记录温度变化,并及时上传数据到监控中心,使调度员可以及时掌握矿井内部
的温度情况。
因为光纤光栅温度监测系统具有强大的抗干扰能力,所以不会由于外界干扰
而产生误差,从而更加准确地反映出矿井内部的真实情况。
光纤光栅温度监测系统可以根据监测数据进行近似预测,以达到预警和远程监测的目的,如果矿井内部温度超过预警线,会产生报警并及时通知相关人员。
通过实时监测和预测,可以更好地保障矿井的安全和稳定运行。
总之,光纤光栅温度监测系统在矿井下的应用具有非常广泛的前景,可以准确、稳定
地监测矿井内部的温度情况,为保障矿井的安全和稳定运行提供了有力的技术支持。
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2011年第8期中文核心期刊光纤光栅传感器在矿建信息化施工中的应用Application of fiber grating sensors tonformatization construction of coal mine constructionQIAO Xi 1,LI An-an 1,BO Dong-liang 2(1.Institute of mechanics and architectural engineering,CUMT,JiangSu Xuzhou 221008,China;2.State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering,CUMT ,JiangSu XuZhou 221008,China)Abstract:Based on application of fiber grating sensors to informatization construction of coal mine construc-tion ,introduce layouts of fiber grating sensors and design proposal of Monitoring systems in detail.Engineer-ing application practice indicates that fiber grating sensors can report condition of well wall timely and pre-cisely,and achieves informatization construction of coal mine construction.Key words :fiber grating sensors;coal mine construction;informatization construction乔熙1,李安安1,柏东良2(1.中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州,221008;2.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221008)摘要:基于光纤光栅传感器在矿建信息化施工中的应用,详细介绍了光纤光栅传感器的布置方式与监测系统的设计方案。
工程应用实践表明:光纤光栅传感器监测系统在矿建施工中能够及时、准确地报道井壁状况,实现矿建的信息化施工。
关键词:光纤光栅传感器;矿建;信息化施工中图分类号:TN929.11文献标识码:A 文章编号:1002-5561(2011)08-0059-030引言光纤布喇格光栅(FBG )传感器是近年来出现的一种新型智能传感元件,同传统的电测传感器相比较,光纤光栅以稳定性好、耐腐蚀、耐高温、防水、防潮、抗电磁干扰、准分布测量、体积小、质量轻、精度高和适宜远距离传送等优点[1,2],为特殊环境下实施构筑物健康监测提供了一条新的途径,对信息化施工具有里程碑的意义。
竖井是矿山地面与地下联系的通道,井筒的安全直接关系着施工的安全及投产后煤矿的经济效益。
随着石油价格上涨、国内煤炭需求量增大及浅层煤炭的开采殆尽,促使煤炭开采逐渐向“矿井更深、直径更大”的方向发展。
例如,内蒙古泊江海子工程副井井筒净直径达到10.50m 。
为满足大直径井筒施工与生产的安全,必须增加井筒厚度、提高混凝土强度等级,这些无疑都会增大井壁混凝土水化热,加大井壁内外和井壁与冻结壁温差,在较大的温度梯度下,井壁结构本身各部分温度变形不一致而产生相互约束,从而产生自身温度应力,这是导致井壁产生裂纹的主要原因之一。
目前,为满足矿井建设安全性和经济性的需要,大量的新工艺、新技术应用到生产建设中,针对新工艺、新技术下的井壁受力、混凝土应变、钢筋受力等基本参数的研究、开展针对不同施工工艺与施工过程开展信息化监测是有必要的,对井筒建设施工具有指导意义同时对此类井筒的设计与施工具有借鉴作用[3~5]。
1FBG 传感器监测系统方案设计1.1工程概况某矿井建设规模为13.0Mt/a ,设计年限为90a ,煤矿布置主井、副井和中央回风井。
井筒设计净直径10.0m ,最大掘进荒径12.9m 。
1.2监测系统方案设计针对煤矿副井冻结法施工采用信息化施工技术。
信息化施工监测层位选择主要考虑一下因素:①膨胀性土层。
监测层位重点选择在土体膨胀性显著、井壁收稿日期:2011-02-28。
作者简介:乔熙(1985-),男,硕士生,研究方向为地下特殊施工技术。
电子邮箱:qxcumt@輩輷訛2011年第8期会产生较大变形的粘土层;②表土层与基岩层交界处。
在交界处竖向附加力最大,也是井壁最易产生环向裂缝的地方。
③含水量大的地层。
在冻结过程中冻土冻胀力较大,在井壁浇筑结束后,冻胀力在持续供水下不断增大,井壁易产生较大变形。
在副井施工过程中,共设4个监测层位,每个监测层位布置4个测点,包括:“东南、东北、西南、西北”。
监测内容包括:井壁及冻结壁温度场;井壁外载(岩体对井壁的水平压力,解冻后孔隙水压力);井壁混凝土应变(环向、竖向);井壁内、外排钢筋应力(环向、竖向)。
根据监测内容选择FBG 传感器的类型为温度计、压力盒、孔隙水压力计、混凝土应变计和钢筋计。
传感器的安装与井壁钢筋的绑扎同步进行。
现场光纤光栅传感器的绑扎情况见图1、图2所示。
每个监测层位包括12串FBG 传感器。
第1、2、3、12串安装在井帮上,第1串为4只土压力盒和测量井帮温度的3只温度计;第2、3串渗压计;第12串为测量井帮温度的三串共9只温度计。
第4、5、6、7串安装在内排钢筋上,分别为钢筋计(竖向和环向)、温度计(测温和温补)和混凝土应变计(竖向和环向);第8、9、10、11串安装在外排钢筋上,分别为钢筋计(竖向和环向)、温度计(测温和温补)和混凝土应变计(竖向和环向)。
每串FBG 传感器包括若干个子传感器,通过波长差异加以区分;每串传感器有2个接头互为备用,大大提高了传感器的存活率。
每串FBG 接头在光缆汇总盒内与主光缆对接,通过主光缆引进监测室,经过扩展槽和光纤解调仪,最终到达数据采集计算机。
计算机采集的数据通过自制的数据处理软件就可以实时监测到相关的参数,参数变化直接反应出井壁受力和变形情况。
2信息化监测系统的应用信息化监测系统由三部分构成:FBG 传感器系统、信号传输与采集系统、信号转换与数据处理系统。
数据采集系统由一个光信号解调仪和扩展槽组成,解调仪有4个通道,经过4×4型扩展槽可以同时对16串FBG 传感器进行数据采集,数据采集的频率可以根据需要调整。
图3为信号采集系统的操作界面。
根据计算机采集到的波长,结合FBG 传感器购买时附带的产品信息,便可获得传感器的初值,再借助转换公式可得到即时井壁混凝土应变、钢筋应力及温度值。
图4、图5列举了实测数据中部分测值并进行分析[6]。
图4、图5横坐标历时起点是浇筑混凝土起始时间。
井帮温度的测量主要是研究在井壁浇筑后混凝土水化热对冻结壁温度场的影响程度及冻结壁的回冻情况。
1、2、3号传感器布置在一条直线上,距离井壁的距离分别为150mm 、300mm 和400mm 。
图3井帮温度变化曲线经历了温度的快速升高、快速降低、缓慢降低的变化过程;井壁浇筑结束后其温度在1~2d达到图1土压力盒图2钢筋计、温度计和混凝土应变计图3信号采集系统操作界面乔熙,李安安,柏东良:光纤光栅传感器在矿建信息化施工中的应用輪輮訛2011年第8期最高,此时在较大的温度梯度下,井帮温度快速上升,三个测点的温度在井壁浇筑后第8~13d 温度达到最大,分别为6.5℃、3.4℃和1.3℃。
测点达到最高温度的时间滞后井壁达到最高温度的时间为10d 左右。
随着井壁温度的降低与冻结管持续供冷,井帮温度开始降低,融化的部分开始回冻。
井帮温度测量可以为后期壁后注浆提供参考,同时对研究冻结壁融化情况与冻结压力提供了数据。
图5为竖向混凝土应变计应变变化曲线,反应了井壁温度应力和外荷载作用下混凝土的应变情况,受力变化经历了热膨胀受拉、拉压应力快速转变和基本稳定阶段。
①受热膨胀受拉阶段。
混凝土应变计在井壁浇筑1~1.5d 表现为受拉,且拉应力达到最大值。
原因分析:井壁混凝土早期产生大量的水化热,应变计温度随内部混凝土温度急剧上升,早期混凝土强度很低,对应变计的热涨变形约束很小,因此,应变计变现为自生拉应力急剧增大,实测数据反映的并不是混凝土真正应变。
②拉应力快速转变阶段。
在第2~18d ,应变计拉应变下降并转变为压应变,压应变急剧增大。
原因分析:应变计温度随井壁温度快速下降产生冷缩,同时混凝土固结产生体积收缩,导致应变计表现为受压状态,其影响因素主要为温度变化和混凝的凝固干缩。
③基本稳定阶段。
在第20d 以后,应变计受压平稳增长,增长速率较小。
原因分析:井壁内部温度受周围环境温度影响持续降低,由于混凝土导热系数较小,在较小的温度梯度下降温很慢。
3结束语FBG 传感器以其优越的特性很好的满足了监测需要。
结合工程使用和实测情况可得到以下结论:①FBG 传感器可用于矿建信息化施工。
分析FBG 的监测曲线,井壁温度、井帮温度、混凝土应变及钢筋计应力变化均符合工程实际与理论情况。
②时效性与灵活性。
传感器可以随时采集每个监测层位的数据,并且可以根据需要改变采集频率,可以即时反映出温度、应变及应力的变化情况,通过调换光纤接头可以选择监测层位。
③数据采集与处理系统操作简单。
数据采集与处理操作系统页面人性化,不需要专业人士指导,简单易上手,可以满足各种人群使用需要。
④FBG 传感器成活率高。
一方面,FBG 传感器稳定性好、耐腐蚀、耐高温、防水、防潮、抗电磁干扰;另一方面,每串传感器都有两个接头,一用一备,极大提高了传感器的成活率。
FBG 传感器在我国起步晚,发展快,目前在工程应用中依然存在诸多问题,例如:配套仪器价格昂贵、光缆损坏后修复难度大和传感器安装时要求苛刻。
不过,随着技术的不断进步和发展,我国会在光纤光栅传感器的研究中不断创新、不断地超越,光纤光栅传感器也会以其优越的特性更好的为工程建设的信息化施工服务。
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