基于高陡边坡变形监测的光纤光栅传感技术研究

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铁路沿线复杂边坡区域自然灾害频发,滑坡、泥石流等造成的线路中断时有发生,已经成为影响铁路正常运营的主要安全隐患。为保障铁路安全畅通和提高运输效率,对沿线边坡稳定状况的实时监测就显得尤为重要。本文主要针对铁路沿线高陡边坡变形监测问题,提出了基于光纤光栅传感的多参数变形监测系统,重点进行了变形信息获取技术的研究,包括光纤光栅传感网络的系统构建、现场监测用传感器的研制以及监测设备容限扩展。主要研究工作和成果如下:首先,基于对当前国内外边坡监测技术的对比和分析,提出了基于光纤光栅传感技术的高陡边坡变形监测方法。通过对反映边坡状态信息的特征参数进行比较,选取锚杆轴力(边坡支护效果)、边坡深部位移和边坡内部土压力变化作为特征参量,构建了基于光纤光栅传感的边坡变形监测系统,以期获取较完备的反映边坡安全状态的监测信息,实时跟踪边坡健康状态。其次,根据选取的特征参量,进行了相关传感器的技术研究:研制了适用于边坡支护效果监测的光纤光栅锚杆计,通过封装参数优化,获得了较理想的应变传递效果;提出了适用于边坡深部位移监测的光纤光栅应变管设计方案,通过光纤光栅阵列的有效布设,使其同时具有滑移方向判断和温度自补偿功能;研制了可跟踪监测边坡内部应力场变化的光纤光栅土压计,通过双L型梁的设计,使传感器在厚径比方面具有明显优势,大大减小了土压计埋入引起的附加效应。同时,对各个传感器的传感特性进行了实验研究,获得了其性能参数。再次,针对监测系统监测参数多、传感器阵列庞大的特点,构建了基于光开关的结合波分复用以及空分复用的准分布式传感网络。通过引入4路光开关,将光纤光栅解调仪从原有的4通道扩展成为16通道,实现了256元的光纤光栅传感网络;并设计了相应驱动电路,可实现现场串口指令操作和远程指令操作相结合,完成不同通道间的循环切换和指定通道切换。最后,对全文进行了总结,并对下一步的研究工作进行了展望。
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