基于FBG的路基不均匀沉降监测传感器应用研究

摘要

我国的季冻区面积超过我国国土面积的一半，但是在季冻区，路基很容易受冻融循环影响，产生不均匀沉降。路基的不均匀沉降会在道路结构中产生附加应力，严重时使道路结构发生破坏。因此对于路基冻胀融沉规律的研究，对于季冻区道路的建设有着十分重要的意义。为了能够有效的研究路基冻胀融沉的规律，需要对路基的竖向变形进行监测。然而，现有测量方法有着诸多问题，不能对路基进行有效的监测。所以为了有效地监测路基变形，需要新的测量手段。
　　基于光纤传感技术的传感器有着体积小，精度高，成本低，覆盖范围大，可靠性高等优点，这些优点使得它们非常适合被用于结构健康监测。鉴于光纤传感技术的诸多优点，本文使用了一种基于光纤布拉格光栅传感技术(FBG)的分布式竖向变形传感器，用以测量路基表面的竖向变形。
　　该传感器可以克服传统测量方法中传感器覆盖范围有限的缺点，对路基进行分布式测量。每个传感器只使用一根FBG，具有较低成本。传感器直接采集的数据是离散的距离数列与曲率数列，为了利用离散数据绘制出最终的变形曲线，本文设计了一种数据处理的方法，可以将直接采集的数据进行处理，得到变形曲线。考虑到实际使用中传感器会受到温度的影响，本文设计了一种过滤温度信号的方法，它能从采集的数据中分离温度影响。此外本文介绍了该传感器的可行性验证实验。本文还介绍了在鹤大高速ZT05内的实验路上进行的现场试验，该现场实验通过10组长度为15米的传感器，对该标段的路基竖向变形进行了监测。经过对采集的数据的处理与分析，绘制出了变形之后路基的变形曲线。现场实验的结果说明该传感器具有良好的实际应用前景。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 技术路线

1．4 本文内容简介

2 光纤光栅传感技术原理

2．1 光纤和光纤光栅简介

2．2 光纤布拉格光栅技术简介

2．2．1 均匀轴向应力作用下的FBG传感模型

2．2．2 温度作用下的FBG传感模型

2．3 光纤光栅传感系统简介

3 传感器设计

3．1 传感器结构组成

3．2 传感器工作原理

4 数据处理方法

4．1 重建变形曲线方法

4．2 过滤温度影响算法

4．3 数据处理方法误差分析

5 可行性验证

6 现场实验

6．1 鹤大高速及其实验路简介

6．2 传感器安装

6．3 数据采集

7 数据处理与分析

7．1 计算温度影响

7．2 重构变形

7．3 数据分析

结论

参考文献

致谢