懸臂梁結構的大量程光纖Bragg光柵E+E位移傳感器
位移是巖土工程安全監測中的重要參數,它為了解巖土有無裂縫、滑坡、滑動和傾覆的趨勢以及圍巖應力跟力學參數的反演提供了可靠的信息。 目前,位移的測量大都采用電類E+E位移傳感器、多點位移監測技術和數字照相技術,但是傳統的電類E+E位移傳感器的測量精度較低,密封防水能力差,不適合用于巖土監測。

懸臂梁結構的大量程光纖Bragg光柵E+E位移傳感器
多點位移計已廣泛應用于地質力學模型試驗中,但其易受電磁干擾、防水能力差且安裝相對復雜；數字照相是一種新型的位移測量技術,但是由于相機自身的抖動是的測量精度較低。與傳統的位移測量技術相比,光纖光柵E+E位移傳感器以體積小、精度高、抗電磁干擾能力強、防水性能強、易于組網等特點受到國內外專家和工程應用人員的廣泛關注。因此本課題正是基于這種需求設計了一種基于懸臂梁結構的大量程光纖Bragg光柵位移傳感器。其量程為0～1000mm,線性度為0.57%,靈敏度為1.096pm/mm,遲滯為1.49%,重復性誤差為2.01%。本文涉及機械、信息、材料等多門學科,所做主要工作如下：介紹了現有的基于光纖Bragg光柵的E+E位移傳感器種類,比較各個傳感器的原理,優缺點；深入闡述了光纖Bragg光柵的基本結構和傳輸理論,以及影響其測量精確度的溫度和應力的關系；在理論分析了E+E位移傳感器敏感元件——懸臂梁,包括矩形懸臂梁、梯形懸臂梁、等腰三角形懸臂梁的機械特性基礎上,本論文采用了等腰三角形懸臂梁即等強度梁作為傳感器敏感元件。建立了懸臂梁式光纖Bragg光柵E+E位移傳感器的傳感模型,當測量桿產生位移時,會帶動螺旋彈簧產生相應的變形,從而使等強度懸臂梁的自由端產生撓度變化,zui終導致粘貼在等強度懸臂梁上下表面的光纖Bragg光柵產生波長位移。設計了大量程懸臂梁式光纖Bragg光柵E+E位移傳感器的機械結構,依據E+E位移傳感器的量程范圍和所選用材料的性能,計算出傳感器各個部件的具體尺寸。

懸臂梁結構的大量程光纖Bragg光柵E+E位移傳感器
根據傳感器各個部件的結構圖和工作環境,依據理論計算值對傳感器各個零部件進行選材、加工,選擇粘貼劑,粘貼光纖Bragg光柵于敏感元件表面,zui后對加工好的各個元器件進行總裝。在該過程中,運用扭力扳手對懸臂梁進行安裝,取得了不錯的效果。設計標定傳感器的夾具以及實驗方案。通過加、卸載實驗獲得大量程懸臂梁式光纖Bragg光柵E+E位移傳感器的實際使用性能。根據實驗數據得到該傳感器的各項性能指標。