悬臂梁结构的大量程光纤Bragg光栅E+E位移传感器
位移是岩土工程安全监测中的重要参数,它为了解岩土有无裂缝、滑坡、滑动和倾覆的趋势以及围岩应力跟力学参数的反演提供了可靠的信息。 目前,位移的测量大都采用电类E+E位移传感器、多点位移监测技术和数字照相技术,但是传统的电类E+E位移传感器的测量精度较低,密封防水能力差,不适合用于岩土监测。

悬臂梁结构的大量程光纤Bragg光栅E+E位移传感器
多点位移计已广泛应用于地质力学模型试验中,但其易受电磁干扰、防水能力差且安装相对复杂；数字照相是一种新型的位移测量技术,但是由于相机自身的抖动是的测量精度较低。与传统的位移测量技术相比,光纤光栅E+E位移传感器以体积小、精度高、抗电磁干扰能力强、防水性能强、易于组网等特点受到国内外专家和工程应用人员的广泛关注。因此本课题正是基于这种需求设计了一种基于悬臂梁结构的大量程光纤Bragg光栅位移传感器。其量程为0～1000mm,线性度为0.57%,灵敏度为1.096pm/mm,迟滞为1.49%,重复性误差为2.01%。本文涉及机械、信息、材料等多门学科,所做主要工作如下：介绍了现有的基于光纤Bragg光栅的E+E位移传感器种类,比较各个传感器的原理,优缺点；深入阐述了光纤Bragg光栅的基本结构和传输理论,以及影响其测量精确度的温度和应力的关系；在理论分析了E+E位移传感器敏感元件——悬臂梁,包括矩形悬臂梁、梯形悬臂梁、等腰三角形悬臂梁的机械特性基础上,本论文采用了等腰三角形悬臂梁即等强度梁作为传感器敏感元件。建立了悬臂梁式光纤Bragg光栅E+E位移传感器的传感模型,当测量杆产生位移时,会带动螺旋弹簧产生相应的变形,从而使等强度悬臂梁的自由端产生挠度变化,zui终导致粘贴在等强度悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅产生波长位移。设计了大量程悬臂梁式光纤Bragg光栅E+E位移传感器的机械结构,依据E+E位移传感器的量程范围和所选用材料的性能,计算出传感器各个部件的具体尺寸。

悬臂梁结构的大量程光纤Bragg光栅E+E位移传感器
根据传感器各个部件的结构图和工作环境,依据理论计算值对传感器各个零部件进行选材、加工,选择粘贴剂,粘贴光纤Bragg光栅于敏感元件表面,zui后对加工好的各个元器件进行总装。在该过程中,运用扭力扳手对悬臂梁进行安装,取得了不错的效果。设计标定传感器的夹具以及实验方案。通过加、卸载实验获得大量程悬臂梁式光纤Bragg光栅E+E位移传感器的实际使用性能。根据实验数据得到该传感器的各项性能指标。