相似模拟实验中的光纤光栅传感测试研究

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光纤传感技术是近几年发展起来的一门新技术。这项技术一经问世,就由于其独特的优点而受到人们的广泛关注,使其应用在许多领域。光纤传感器的分布式布置可以监测材料变形的整个过程,并可对变形位置定位。根据检测光在光纤中传播时的光强、相位、偏振态以及波长(或频率)等特征参量的变化,实现对外界的检测或测量,这就是光纤传感的基本原理。光纤传感器是根据光纤的传输原理,通过对光纤传光特性的检测来感测外部环境变化的一种装置。光纤光栅技术发展快。光栅对光信号有一定的过滤作用,只允许一定波长的光通过,不能通过的光波将被反射回来。应变和温度的变化都能引起反射波长的偏移。假设温度恒定时,由波长的偏移量就可得出应变的变化。在本论文中,首先根据光纤的弯曲损耗原理监测岩层的变形。将光纤传感器埋入模拟岩层中,实验过程中岩层的下沉使传感器有弯曲变形,表现为光信号的损耗变化。保持光纤连接端状态的稳定,则所测得的损耗就是由岩层的变形引起的。实验结果表明,在模型开采的初始阶段,光纤损耗增大,此时的岩层基本无移动;当岩层开始有小的变形时,损耗减小,此后变化幅度变小,至垮落。同类实验表明有相同的规律性。此种方法可以感知岩层变形但不能确定变形的具体位置,为此,在接下来的实验中选用测试精度高的光纤光栅技术。将光纤光栅铺入模拟岩层中,岩层的变形使光栅有应变的变化,表现为波长的偏移。实验中,处在相同位置上的光栅点波长偏移规律相同;距开挖位置越近的点越先受采动的影响,最先有波长的变化;在工作面前方,支承压力重新分布,位于前方10~30cm范围内的各点波长值增加;岩层在弹性范围内的变形可由光纤光栅测出。本论文通过实验验证了光纤光栅技术在测试岩层变形时的可行性,波长的偏移可以反映模拟岩层的变形规律。
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