題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 智能化精確光柵式錨桿應(yīng)力計(jì)研制及監(jiān)測(cè)軟件體系
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的目的，則需要對(duì)地址的監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，對(duì)錨桿這一地下工程主要應(yīng)力受力結(jié)構(gòu)的監(jiān)控與量測(cè)，很大程度上決定了該工程是否能夠安全支護(hù)，從而對(duì)工程的造價(jià)，人員的安全產(chǎn)生重大影響，而對(duì)錨桿應(yīng)力計(jì)精度的提高，尤其是采用光柵式的方式，則對(duì)整個(gè)工程的安全起到了決定性作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 光纖Bragg光柵是一種新興的傳感兀件，其傳感原理如圖所示。當(dāng)光柵周?chē)臏囟?、?yīng)變、應(yīng)力或其它待測(cè)物理量發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致光柵周期或有效折射率的變化，從產(chǎn)生光纖Bragg光柵中心波長(zhǎng)的漂移，通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)漂移情況，即可獲得待測(cè)物理量的變化情況。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)的FBG錨桿傳感器是利用Φ22mm，長(zhǎng)度為3m的螺紋鋼筋上布置了3個(gè)FBG應(yīng)變傳感器和一個(gè)FBG溫度傳感器，其中在接近錨桿自由端（墻壁外0.2m）的應(yīng)變傳感器附近布設(shè)的是用于補(bǔ)償應(yīng)變傳感器的自由狀態(tài)FBG溫度傳感器，這兩個(gè)傳感器進(jìn)行粘貼封裝工藝后，外層由薄層彈性鋼片套管焊接在螺紋鋼上，以防止在安裝和施工使用中傳感器受到振動(dòng)和外力撞擊破壞。錨桿上的4個(gè)FBG傳感器串聯(lián)，F(xiàn)BG之間的光柵連接線沿著螺紋鋼的鋼棱引出，保證運(yùn)輸和安裝中不受損壞，其外形結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。在制作傳感器時(shí)，首先是用砂輪在螺紋鋼上打磨處三個(gè)用于粘貼應(yīng)變裸光纖光柵的5cm長(zhǎng)的平面，并用砂紙打磨平整光滑，其次用酒精清洗和粘貼光纖光柵，最后進(jìn)行封裝保護(hù)，其中有塑料外套的溫度FBG傳感器自由地在套管里，套管焊接在螺紋鋼上,如圖3.18所示，其特性曲線如圖所示。 光纖光柵錨桿傳感器 巷道的頂板壓力檢測(cè)是依靠在頂板安裝的光纖光柵錨桿應(yīng)力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將在巷道頂板上安裝的多個(gè)光纖光柵錨桿應(yīng)力傳感器串聯(lián)在一起，測(cè)量頂板壓力、頂板離層和掘進(jìn)放炮引起的震動(dòng)波形，從而實(shí)現(xiàn)巷道的頂板壓力檢測(cè)和冒頂預(yù)測(cè)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本研究的目標(biāo)既是大幅提高錨桿應(yīng)力計(jì)的監(jiān)測(cè)精度，提升錨桿應(yīng)力計(jì)的分辨率，從而大量提高了檢測(cè)精度，也在很大程度上提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)地下空間工程的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)生決定性影響。尤其是在現(xiàn)在深度稿、地質(zhì)條件復(fù)雜的施工困難易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)，高深度的煤井，集中資源開(kāi)采深礦洞，地下儲(chǔ)油庫(kù)的建設(shè)等工程中，能很大程度的減少人員財(cái)產(chǎn)的損失，對(duì)現(xiàn)在工程有重大影響。 本項(xiàng)科研項(xiàng)目的創(chuàng)新之處既是在于采用了光柵式的應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，將應(yīng)力計(jì)的兩側(cè)分辨率提升3-4倍，更加有效的對(duì)地下地質(zhì)工程的監(jiān)測(cè)應(yīng)用外，提升了對(duì)整體地下工城監(jiān)控量測(cè)的安全系數(shù)，具有對(duì)現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用急迫的研發(fā)意義。 同時(shí)，為了彌補(bǔ)目前巖土工程中技術(shù)人員短缺，人為因素出險(xiǎn)率高等一系列缺點(diǎn)，我們特意采用了智能化軟件，在現(xiàn)有平臺(tái)基礎(chǔ)上盡可能去減少人的主觀因素對(duì)項(xiàng)目施工的影響，從而為項(xiàng)目的安全施工創(chuàng)造了有利條件。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 山東大學(xué)二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 研發(fā)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 隧道建設(shè)中地質(zhì)工程監(jiān)控量測(cè)是保證巖溶隧道安全施工的重要環(huán)節(jié)，是國(guó)內(nèi)外工程地質(zhì)和隧道工程界十分關(guān)注而又沒(méi)有得到很好解決的難題。而對(duì)錨桿應(yīng)力的監(jiān)控測(cè)量則是巖土工程監(jiān)控量測(cè)的重要部分，如何提高錨桿應(yīng)力計(jì)的測(cè)量精度成為了一個(gè)重要的議題。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 1978年KenHi11及其他科研人員首次發(fā)現(xiàn)摻鍺石英光柵紫外光敏特性一光誘導(dǎo)產(chǎn)生Bragg光柵效應(yīng)。1989年GeryMeltz又發(fā)展了紫外光側(cè)面寫(xiě)入光敏光柵技術(shù)。后來(lái)，光柵傳感器一問(wèn)世便受到極大地重視，幾乎在各個(gè)領(lǐng)域都得到研究和應(yīng)用，成為現(xiàn)代傳感器的先導(dǎo)。光纖光柵傳感器是利用Bragg光纖光柵BOFG的波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)力參量的敏感特性制成的一種新型光柵傳感器。與傳統(tǒng)的光柵傳感器相比，BOFG將被測(cè)信息轉(zhuǎn)化為共振波長(zhǎng)的移動(dòng)，即采用波長(zhǎng)調(diào)制方式，同時(shí)還可方便地將多只光柵復(fù)用，這是其它傳感器件無(wú)法比擬的。光纖光柵傳感器的出現(xiàn)給光柵傳感領(lǐng)域帶來(lái)了新的生機(jī)，這種傳感器適用十特殊結(jié)構(gòu)的傳感網(wǎng)絡(luò)，如:水壩壽命監(jiān)測(cè)、橋梁缺陷檢測(cè)、大型運(yùn)輸載體的復(fù)合材料等等?，F(xiàn)在，用信息攝取的光纖光柵傳感器及光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)己成為研究熱點(diǎn)。 隨著光柵刻寫(xiě)技術(shù)的提高和布拉格光柵傳感器的傳感機(jī)理研究已經(jīng)逐步成熟，布拉格光柵傳感器已經(jīng)從目前的研究走向?qū)嶋H工程中的應(yīng)用。通過(guò)大量的文獻(xiàn)可以看出:布拉格光柵傳感器在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如航空航天、民用土木工程、船舶工程、電力工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)學(xué)等。 目前用十民用工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感器己經(jīng)開(kāi)始商品化，例如，美國(guó)的BlueRoad Research在美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的資助下開(kāi)發(fā)的多軸光纖光柵傳感器、橫向光纖光柵傳感器、靈巧墊圈埋有光纖光柵傳感器等，并得到成功的應(yīng)用。
