双膜结构FBG土压力传感器优化设计及灵敏度分析 被引量：1

1

作者 邢广志 陈博智 吴文婧 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期248-261,共14页

为实现桩基础结构安全及其服役状态的监测和有效评估,提出一种双膜结构土压力传感器,以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感元件,通过保护结构中增加的温度补偿膜,实现温度作用与外部荷载作用的彻底分离。基于双膜结构土压... 为实现桩基础结构安全及其服役状态的监测和有效评估,提出一种双膜结构土压力传感器,以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感元件,通过保护结构中增加的温度补偿膜,实现温度作用与外部荷载作用的彻底分离。基于双膜结构土压力传感器的工作原理,讨论了传感器压力灵敏度系数特性。结合有限元分析和实验研究,对灵敏度系数的影响参数展开了系统分析。数值分析结果表明,膜片厚度对压力敏感度系数的影响最大,结构半径和膜片厚度可选取为20 mm和1.8 mm;实验结果表明,在0-2 MPa范围内,压力灵敏度系数达3.32 pm/kPa。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 双膜结构 土压力传感器 灵敏度分析

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土压力传感器在硬土介质中的非线性响应分析 被引量：13

2

作者 张立祥 罗强 +3 位作者 张良 刘钢 魏永权 翁骏祺 《岩土力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第12期3633-3640,共8页

为掌握土压力传感器置于硬土介质中呈现的非线性响应特性,建立了传感器与土介质的相互作用模型,运用有限元分析了满足匹配误差稳定所需的传感器与土介质的模量比条件。进行了传感器的单体标定和级配碎石土介质标定试验,探讨了传感器非... 为掌握土压力传感器置于硬土介质中呈现的非线性响应特性,建立了传感器与土介质的相互作用模型,运用有限元分析了满足匹配误差稳定所需的传感器与土介质的模量比条件。进行了传感器的单体标定和级配碎石土介质标定试验,探讨了传感器非线性响应的主要影响因素。计算与试验表明,目前国内主流的双膜土压力传感器在量测硬土介质中的土压力时,由于模量偏小标定曲线非线性显著;土压力传感器单体标定曲线线性度较高且其模量基本稳定,表明土介质的模量变化是引起标定曲线非线性的主要因素;通过将传感器置于与使用环境相近的土介质中进行标定,并采用非线性修正可明显提高硬土介质中土压力量测的准确性。 展开更多

关键词 土压力传感器 匹配误差 硬土介质 非线性响应 修正方法

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温度补偿式光纤光栅土压力传感器 被引量：18

3

作者 胡志新 王震武 +1 位作者 马云宾 张君 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期110-113,共4页

针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求,设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件,选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件;同时采用了不受力光栅... 针对现有土压力传感器无法实现长期、实时监测的要求,设计了温度补偿式光纤光栅土压力传感器。选用有硬中心的平膜片作弹性元件,选用灵敏度高、体积小、质量轻、易于波分复用和组成传感网络的光纤光栅作敏感元件;同时采用了不受力光栅法进行了温度补偿。经实验测试,该传感器的灵敏度为1.5 nm/M Pa;线性度误差为0.35%;重复性为0.06%;迟滞为2.19%;静态误差为2.21%;这些指标能够满足实际工程应用要求。 展开更多

关键词 光纤光栅 土压力传感器 温度补偿

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薄板挠曲型光纤Bragg光栅土压力传感器设计与分析 被引量：8

4

作者 赵艳 张继军 +2 位作者 邹虹 陈志军 赵咏梅 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期145-149,共5页

根据土压力传感器与土介质的匹配原则,设计了一种圆平膜片薄板挠曲型FBG土压力传感器。通过在圆膜片上设计一组对称的光栅固定柱,有效避免了传感器在使用过程中产生谱峰分裂。同时,利用光栅固定柱张角引起的应变效应,大幅度地提高了传... 根据土压力传感器与土介质的匹配原则,设计了一种圆平膜片薄板挠曲型FBG土压力传感器。通过在圆膜片上设计一组对称的光栅固定柱,有效避免了传感器在使用过程中产生谱峰分裂。同时,利用光栅固定柱张角引起的应变效应,大幅度地提高了传感器的压力灵敏度。理论分析了该结构的增敏机理并给出传感器灵敏度公式,计算结果表明,传感器的压力灵敏度可达1 374.3pm/MPa。使用ANSYS建立薄板挠曲的有限元模型,通过提取固定柱中心点处在光纤方向上的位移,获得了有限元模型的压力灵敏度为1 360.8pm/MPa。有限元分析和理论设计结果的相对误差为0.98%,具有很高的一致度,验证了理论设计和分析的正确性。 展开更多

关键词 土压力传感器 FBG 薄板挠曲 有限元分析

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离心力场中微型土压力传感器非线性响应分析 被引量：8

5

作者 魏永权 罗强 +3 位作者 张良 刘钢 张立祥 翁骏祺 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期286-292,共7页

为掌握离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性,结合匹配误差理论,通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验,讨论了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。试验分... 为掌握离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性,结合匹配误差理论,通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验,讨论了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。试验分析表明:在液压条件下微型土压力传感器具有良好的线性响应特性;在离心力场环境中微型土压力传感器表现出的显著非线性响应特性是由加载过程中土介质模量的改变引起;基于建立的匹配误差随土介质模量变化的关系曲线对测试数据进行非线性修正,可明显提高微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的测试精度。 展开更多

关键词 微型土压力传感器 离心力场 硬土介质 匹配误差 非线性响应

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基于正交设计的土压力传感器匹配误差分析 被引量：8

6

作者 张立祥 罗强 +2 位作者 刘钢 刘潇潇 张胜利 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第3期50-53,56,共5页

针对双膜平动式土压力传感器的结构特点,建立了简化分析模型,基于正交设计对传感器与土介质的相互作用特性进行了有限元计算,并通过标定试验验证了计算结果的合理性。研究表明:1)传感器与土介质的模量比Eg/Es、传感器厚度H、直径D的交... 针对双膜平动式土压力传感器的结构特点,建立了简化分析模型,基于正交设计对传感器与土介质的相互作用特性进行了有限元计算,并通过标定试验验证了计算结果的合理性。研究表明:1)传感器与土介质的模量比Eg/Es、传感器厚度H、直径D的交互作用只在Eg/Es>1后对匹配误差β有显著影响,但均小于各因素自身对β的影响程度;2)Eg/Es<1时,影响β的因素主次顺序为Eg/Es>H>D;1<Eg/Es<5时,主次顺序为Eg/Es>D>H;Eg/Es>5后,主次顺序为D>H>Eg/Es;3)β具有随H基本呈线性增加,随D非线性减小的特性;4)Eg/Es是控制β的关键因素;Eg/Es<1时,β变化剧烈;Eg/Es>1后,β随Eg/Es增加而逐渐趋于稳定;Eg/Es≥6.45,8.17,12.18后,对应的β分别约为稳定值的90%,9 5%,99%以上。 展开更多

关键词 土压力传感器 匹配误差 正交设计 有限元计算

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用于土壤压实监测的土压力传感器标定 被引量：13

7

作者 李春林 陈青春 丁启朔 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2010年第4期63-66,共4页

土体内的压力分布通常使用土压力传感器来测量，为了建立传感器的输入与输出之间的关系，在使用前需要对其进行标定。厂家提供的土压力传感器参数一般通过气标或油标得出，但在工程实际中土压力传感器通常是埋在土中或是嵌入混凝土板中... 土体内的压力分布通常使用土压力传感器来测量，为了建立传感器的输入与输出之间的关系，在使用前需要对其进行标定。厂家提供的土压力传感器参数一般通过气标或油标得出，但在工程实际中土压力传感器通常是埋在土中或是嵌入混凝土板中使用，其在工作环境所受的压力不均，因此仅仅对传感器进行气标或油标是不够的。该文通过对直剪仪的改装，使其适合于土介质的传感器标定（砂标），从而实现了传感器油标和砂标试验的比较。从结果分析来看，传感器油标和砂标线性误差都很小，但砂标与油标相比存在比较大的回程误差，这一结论表明在使用传感器监测土壤压实过程之前，需要使用土介质进行传感器的标定。 展开更多

关键词 土压力传感器 标定 油标 砂标

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微型FBG土压力传感器的优化设计及其模型试验应用研究 被引量：6

8

作者 王正方 王静 +3 位作者 隋青美 叶青霖 贾磊 李术才 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期1085-1092,共8页

本文针对地质力学模型试验,特别是针对含水地质结构的模型试验中土压力测量的不足,利用光纤光栅体积小、易封装、防水抗腐蚀、防电磁干扰等特点,基于短栅距光纤布拉光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）设计了适用于地质力学模型试验的微型... 本文针对地质力学模型试验,特别是针对含水地质结构的模型试验中土压力测量的不足,利用光纤光栅体积小、易封装、防水抗腐蚀、防电磁干扰等特点,基于短栅距光纤布拉光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）设计了适用于地质力学模型试验的微型FBG土压力传感器.采用有限元力学仿真对传感器的膜片尺寸、传感器厚径比进行优化,得到传感器在0～1MPa土压力测量范围内,直径20mm、高度为0.2mm的圆平膜片灵敏度高且不易造成FBG光谱畸变,厚径比为0.16（H4mm/D：25mm）的传感器测量结果更可靠且对被测岩土介质影响较小.标定试验表明,传感器在0～1MPa压力范围内具有很好的重复性与一致性.将该传感器应用于海底隧道模型试验,监测隧道开挖过程的围岩应力释放规律,该传感器很好地监测了隧道从迅速失稳到逐渐稳定的变化过程,从而证明了设计的微型FBG应用于模型试验的可行性. 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 土压力传感器 模型试验 厚径比优化

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PVDF土压力传感器 被引量：7

9

作者 余尚江 曾辉 +1 位作者 丁世敬 杨吉祥 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2003年第9期16-18,共3页

为适应土中动态压力测试的需要,研制了PVDF土压力传感器;介绍了传感器的测压工作原理及传感器的结构,并给出了传感器在某爆炸冲击试验中的应用情况;试验表明,PVDF压力传感器适合于爆炸荷载作用下土中压力测量。

关键词 PVDF 压电效应 土压力传感器 爆炸冲击试验

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焊接结构光纤Bragg光栅土压力传感器设计 被引量：2

10

作者 张继军 赵咏梅 +2 位作者 张东亮 赵艳 张宝国 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第5期84-86,90,共4页

针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量。传感器主要由... 针对传统土压力传感器长期稳定性差、抗电磁干扰能力不强以及组网难度大等问题,根据传感器与土介质的匹配原则,设计了一种焊接结构双膜片光纤Bragg光栅(FBG)温度自补偿土压力传感器,可实现温度和土压力2个参量的同时测量。传感器主要由2个膜片与基体组成,膜片与光栅固定柱一次成型,便于加工封装。对传感器灵敏度系数进行了计算分析。根据分析结果,加工封装传感器并对其进行了压力校准及温度自补偿性能实验。实验结果表明:传感器的输出波长分别与温度和压力呈线性关系,压力灵敏度系数为528.1pm/MPa,输出分辨率为0.19%,线性相关度99.988%;在5~45℃内温度灵敏度系数为31.9 pm/℃,线性相关度99.998%,传感器在5~45℃范围内具有良好的温度自补偿能力,其性能参数符合工程应用要求。 展开更多

关键词 光纤BRAGG光栅 土压力传感器 焊接结构 双膜片

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微型土压力传感器标定方法研究 被引量：9

11

作者 李连祥 符庆宏 张海平 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第4期731-737,共7页

离心模型试验常用微型土压力传感器测量地基或土与结构接触边界上的土压力。传感器使用之前应进行标定。传统的液标或气标方法不能准确反映传感器埋置过程对土体的扰动或传感器周围人为土拱边界条件形成,导致测试结果不甚理想。故针对... 离心模型试验常用微型土压力传感器测量地基或土与结构接触边界上的土压力。传感器使用之前应进行标定。传统的液标或气标方法不能准确反映传感器埋置过程对土体的扰动或传感器周围人为土拱边界条件形成,导致测试结果不甚理想。故针对试验条件,设计制作一套标定微型土压力传感器的方法和装置,以水、粉质黏土和福建标准砂为标定介质,考虑有无刚性靠背两种工作状态对多个传感器进行室内标定,得到标定系数。结果表明:水标未出现卸载滞后,砂标和土标均出现卸载滞后,且表现为非线性;引入滞后比R评价微型土压力传感器的滞后性,认为标定介质和传感器类型是影响滞后比的两个主要因素;传感器自身材料特性和几何特性、地基土的制备和传感器放置、加载预压和加卸载循环等对土体密实度、土体强度等的改变、工作介质和状态等对标定结果有影响。建议尽量模拟试验工作介质和工作状态,逐个标定传感器,以得到更准确的土压力测量值。 展开更多

关键词 微型土压力传感器 标定方法 滞后比 标定系数 影响因素

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微型布拉格光栅土压力传感器的设计与试验 被引量：5

12

作者 孙搏 隋青美 +4 位作者 王静 曹帅帅 王宁 李海燕 刘斌 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2016年第10期20-23,27,共5页

基于金属膜片受压径向拉伸特性。依据土压力传感器与土介质的匹配原则,设计了一种微型布拉格光栅土压力传感器。传感器充分利用金属膜片受到外界压力而产生的最大应变。传感器理论压力灵敏度为2.337 6 nm/MPa。用ANSYS建立金属膜片有限... 基于金属膜片受压径向拉伸特性。依据土压力传感器与土介质的匹配原则,设计了一种微型布拉格光栅土压力传感器。传感器充分利用金属膜片受到外界压力而产生的最大应变。传感器理论压力灵敏度为2.337 6 nm/MPa。用ANSYS建立金属膜片有限元模型,提取膜片中心点径向位移,得到仿真灵敏度为2.332 0 nm/MPa。用台式气压源、光纤光栅解调仪等设备组建气压标定平台,对传感器进行标定试验。试验表明,在0.3~1.0 MPa范围内,压力灵敏度为1.962 9 nm/MPa,较裸光栅提高654倍,线性度为99.4,具有低啁啾、稳定性高的特点。 展开更多

关键词 光纤BRAGG光栅 土压力传感器 金属膜片 匹配原则 有限元分析 低啁啾

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一种双面感压式光纤土压力传感器

13

作者 周会娟 余尚江 +2 位作者 陈晋央 陈显 孟晓洁 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期132-137,共6页

针对现有的光纤光栅式土压力传感器易因光栅受力不均匀而导致光栅反射谱展宽甚至出现啁啾而降低测量精度等问题,基于菱形金属框架结构和金属化光纤光栅设计制作了一种双面感压式土压力传感器,将光纤光栅直接焊接固定在菱形金属结构对角... 针对现有的光纤光栅式土压力传感器易因光栅受力不均匀而导致光栅反射谱展宽甚至出现啁啾而降低测量精度等问题,基于菱形金属框架结构和金属化光纤光栅设计制作了一种双面感压式土压力传感器,将光纤光栅直接焊接固定在菱形金属结构对角线的两端,通过菱形金属结构将外界压力放大后作用于光栅两端,使得光栅栅区始终处于悬空且均匀受力状态,避免了光栅受力不均匀导致的光谱展宽及啁啾现象,采用焊接工艺避免了胶粘带来的蠕变、老化、失效等问题,保证了传感器较高的测量精度和较好的长期稳定性。理论分析和实验结果表明,研制的光纤式土压力传感器波长-压力灵敏度系数约为624 pm/MPa,量程为3.5 MPa。 展开更多

关键词 土压力传感器 光纤光栅 菱形金属结构 双面感压

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农田原状土壤压实测试系统的设计及操作方法 被引量：5

14

作者 柏建彩 丁启朔 +3 位作者 陈青春 田永超 朱艳 曹卫星 《江苏农业科学》 北大核心 2015年第1期368-370,共3页

使用土压力传感器监测土壤压实状况的优势是可以直观反映土体内的应力过程,但是传统的操作方法费时费力,因此设计一种全新的农田原状土应力测试系统,该系统以30°倾斜角打洞埋设土压力传感器,并配合平板下陷同步测试地表下陷位移、... 使用土压力传感器监测土壤压实状况的优势是可以直观反映土体内的应力过程,但是传统的操作方法费时费力,因此设计一种全新的农田原状土应力测试系统,该系统以30°倾斜角打洞埋设土压力传感器,并配合平板下陷同步测试地表下陷位移、平板加载力及土体内的应力传递。在水稻土中的应用结果表明,系统的设计参数合理,最大限度地减小了原位土壤的扰动,土压力传感器的安放深度以及测试结果都达到了预期效果,能够满足短时间内进行多点测试的要求。 展开更多

关键词 土压力传感器 土壤压实 原状土 测试系统

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基于FBG传感技术的静压沉桩贯入特性测试研究 被引量：4

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作者 王永洪 马加骁 +3 位作者 张明义 白晓宇 苗德滋 桑松魁 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1014-1020,1040,共8页

由于静压沉桩贯入机理复杂,桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一,故提出了一种应用光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口... 由于静压沉桩贯入机理复杂,桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一,故提出了一种应用光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口桩内管外壁,外管外壁通过开槽预埋光纤光栅传感器,分别通过监测内管外壁和外管外壁的竖向变形来分析静压沉桩贯入特性。通过在桩顶和桩端分别安装双模式温度自补偿型光纤光栅土压力传感器和全截面动态轮辐压力传感器的对比分析,说明了该方法适用于开闭口桩静压沉桩测试,为光纤传感技术在岩土工程中的广泛应用提供了新思路。 展开更多

关键词 光纤传感技术 开闭口桩 静压沉桩 轮辐传感器 土压力传感器

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