基本信息
- 项目名称：
- 智能化精确光栅式锚杆应力计研制及监测软件体系
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 为了达到经济、合理的目的，则需要对地址的监控量测进行严密的监控，对锚杆这一地下工程主要应力受力结构的监控与量测，很大程度上决定了该工程是否能够安全支护，从而对工程的造价，人员的安全产生重大影响，而对锚杆应力计精度的提高，尤其是采用光栅式的方式，则对整个工程的安全起到了决定性作用。
- 详细介绍：
- 光纤Bragg光栅是一种新兴的传感兀件，其传感原理如图所示。当光栅周围的温度、应变、应力或其它待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或有效折射率的变化，从产生光纤Bragg光栅中心波长的漂移，通过检测波长漂移情况，即可获得待测物理量的变化情况。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计的FBG锚杆传感器是利用Φ22mm，长度为3m的螺纹钢筋上布置了3个FBG应变传感器和一个FBG温度传感器，其中在接近锚杆自由端（墙壁外0.2m）的应变传感器附近布设的是用于补偿应变传感器的自由状态FBG温度传感器，这两个传感器进行粘贴封装工艺后，外层由薄层弹性钢片套管焊接在螺纹钢上，以防止在安装和施工使用中传感器受到振动和外力撞击破坏。锚杆上的4个FBG传感器串联，FBG之间的光栅连接线沿着螺纹钢的钢棱引出，保证运输和安装中不受损坏，其外形结构示意如图3所示。在制作传感器时，首先是用砂轮在螺纹钢上打磨处三个用于粘贴应变裸光纤光栅的5cm长的平面，并用砂纸打磨平整光滑，其次用酒精清洗和粘贴光纤光栅，最后进行封装保护，其中有塑料外套的温度FBG传感器自由地在套管里，套管焊接在螺纹钢上,如图3.18所示，其特性曲线如图所示。 光纤光栅锚杆传感器 巷道的顶板压力检测是依靠在顶板安装的光纤光栅锚杆应力传感器来实现的。将在巷道顶板上安装的多个光纤光栅锚杆应力传感器串联在一起，测量顶板压力、顶板离层和掘进放炮引起的震动波形，从而实现巷道的顶板压力检测和冒顶预测。
科学性、先进性
- 本研究的目标既是大幅提高锚杆应力计的监测精度，提升锚杆应力计的分辨率，从而大量提高了检测精度，也在很大程度上提高了监测的准确性，对地下空间工程的实际应用产生决定性影响。尤其是在现在深度稿、地质条件复杂的施工困难易出现地质灾害的地区，高深度的煤井，集中资源开采深矿洞，地下储油库的建设等工程中，能很大程度的减少人员财产的损失，对现在工程有重大影响。 本项科研项目的创新之处既是在于采用了光栅式的应力监测方法，将应力计的两侧分辨率提升3-4倍，更加有效的对地下地质工程的监测应用外，提升了对整体地下工城监控量测的安全系数，具有对现实工程应用急迫的研发意义。 同时，为了弥补目前岩土工程中技术人员短缺，人为因素出险率高等一系列缺点，我们特意采用了智能化软件，在现有平台基础上尽可能去减少人的主观因素对项目施工的影响，从而为项目的安全施工创造了有利条件。
获奖情况及鉴定结果
- 山东大学二等奖
作品所处阶段
- 研发
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 隧道建设中地质工程监控量测是保证岩溶隧道安全施工的重要环节，是国内外工程地质和隧道工程界十分关注而又没有得到很好解决的难题。而对锚杆应力的监控测量则是岩土工程监控量测的重要部分，如何提高锚杆应力计的测量精度成为了一个重要的议题。
同类课题研究水平概述
- 1978年KenHi11及其他科研人员首次发现掺锗石英光栅紫外光敏特性一光诱导产生Bragg光栅效应。1989年GeryMeltz又发展了紫外光侧面写入光敏光栅技术。后来，光栅传感器一问世便受到极大地重视，几乎在各个领域都得到研究和应用，成为现代传感器的先导。光纤光栅传感器是利用Bragg光纤光栅BOFG的波长对温度、应力参量的敏感特性制成的一种新型光栅传感器。与传统的光栅传感器相比，BOFG将被测信息转化为共振波长的移动，即采用波长调制方式，同时还可方便地将多只光栅复用，这是其它传感器件无法比拟的。光纤光栅传感器的出现给光栅传感领域带来了新的生机，这种传感器适用十特殊结构的传感网络，如:水坝寿命监测、桥梁缺陷检测、大型运输载体的复合材料等等。现在，用信息摄取的光纤光栅传感器及光纤光栅传感网络己成为研究热点。 随着光栅刻写技术的提高和布拉格光栅传感器的传感机理研究已经逐步成熟，布拉格光栅传感器已经从目前的研究走向实际工程中的应用。通过大量的文献可以看出:布拉格光栅传感器在很多领域得到了广泛的应用，如航空航天、民用土木工程、船舶工程、电力工业、核工业、医学等。 目前用十民用工程结构监测的光纤光栅传感器己经开始商品化，例如，美国的BlueRoad Research在美国海军研究实验室的资助下开发的多轴光纤光栅传感器、横向光纤光栅传感器、灵巧垫圈埋有光纤光栅传感器等，并得到成功的应用。
