目前土木工程领域内,各种锚索构件得到广泛使用,如桥梁的拉索、主缆和吊索,以及用于边坡加固的岩体预应力锚索等。作为这些土木工程体系的关键受力构件,其受力大小、受力变化及分布最直接地反映了土木结构的安全健康状况,因此,对这些构件的受力状况监测及在此基础上的安全健康状况分析评估具有重大意义。 使用测力传感器是直接测试锚索类构件张力的主要手段,传统测力传感器的结构形式有轮辐式、环式和液压式三种,其中的环式测力传感器也称测力环。基于传统测试技术的测力环,其传感原理主要有差动电阻式、振弦式和电阻应变片式等。对于短期测试索力来说,传统测力环基本能够满足工程应用,但是传统测试技术本身的局限性导致长期的索力监测无法实现。因此,能够长期可靠测试索力的新型测力环成为土木工程界追求的目标。 本文基于最新发展的光纤光栅传感技术,研制出一种新型的光纤光栅锚索测力环。工程应用表明,光纤Bragg光栅传感器除具有传统电类传感器的功能外,它还具有精度高、分布式传感、绝对数值测量、长期稳定性好、抗电磁干扰等优点,能很好地实现对锚索的实时、在线监测。但光纤光栅对压力的敏感度较低,而且对温度与应变交叉敏感,所以必须对Bragg光栅进行压力增敏和采取有效的温度补偿才能满足工程实际要求。因此本文对光纤Bragg光栅传感器与弹性体的附着技术方法和温度补偿方法进行了深入研究,并且将其应用实际工程中。本文主要工作如下: 1.基于光纤光栅传感原理和预应力锚索的工作结构,提出了一种新的测力环设计方法。本文研究了光纤光栅测力环的工作原理;对测力环的弹性体的材料选用、误差分析、结构参数设计进行了研究;确定了测力环的结构,进一步考察了测力环结构尺寸和光纤光栅附着方式对传感器性能的影响。 2.有效地解决了传感器研制过程中的关键工艺技术。本文成功地将光纤光栅应变传感器采用激光焊接技术附着于弹性体上,实现了敏感元件光栅的有效封装和压力增敏,为解决光纤光栅传感器研制中最为困难的光栅安装固定工艺问题提供了一个新方案。研究了适合工业应用的光纤光栅测力环的封装方法和制作工艺,