光纤Bragg光栅传感器在相似材料模型应力检测中的应用

"该文是关于光纤传感应力检测在矿山相似材料模型实验中的应用，通过建立基于光纤Bragg光栅传感器的系统，研究岩层移动规律。实验中使用了不同封装材料的光纤传感器，包括不锈钢和醋酸乙烯，以及温度补偿传感器，以监测模型开挖过程中的应力变化。结果显示，光纤传感器能有效监测岩层垮落形态，并且醋酸乙烯封装的传感器具有更高的灵敏度。" 在现代采矿工程中，理解和预测矿井岩层的移动规律对于安全开采至关重要。"光纤传感应力检测的相似模拟实验"深入探讨了如何利用先进的光纤传感技术来实现这一目标。实验采用了光纤Bragg光栅传感器，这是一种利用光的布拉格反射原理来感知应力和应变变化的精密仪器。在模拟实验中，研究人员构建了一个3m×1.15m×0.2m的矿山相似材料模型，其几何相似比为1:200，以此模拟真实矿井的岩层移动。 光纤Bragg光栅传感器被嵌入模型中，其中包括3个不锈钢封装和6个醋酸乙烯封装的传感器，以及1个用于温度补偿的陶瓷封装传感器。此外，还使用了传统的百分表和光学全站仪作为辅助测量工具。实验过程中，光纤传感器的波长漂移量被用来反映模型内应力状态的变化，这与岩层垮落形态有直接关系。实验数据显示，当岩块断裂时，某些传感器（如FBG04）的波长漂移量可达到1504.24pm。 实验结果还揭示了不同封装材料对传感器灵敏度的影响。不锈钢封装的传感器平均灵敏度为32.53pm/mm，而醋酸乙烯封装的传感器平均灵敏度为56.32pm/mm，表明醋酸乙烯封装的传感器在感知应变方面的性能更优，其灵敏度是不锈钢封装的1.73倍。这种差异对于优化传感器设计和选择适合特定环境的传感器类型具有重要意义。 关键词"相似模拟"、"光纤Bragg光栅传感器"、"应力应变状态"和"波长漂移"揭示了研究的核心内容。相似模拟是一种在实验室条件下研究地质现象的方法，通过缩小比例来复制真实环境下的物理过程。光纤Bragg光栅传感器在模拟实验中的应用展示了其在监测岩层应力应变状态方面的优越性，而波长漂移作为传感器响应变化的关键指标，反映了岩层动态变化的精确信息。 这项研究不仅提供了对矿井岩层移动规律的量化理解，还验证了光纤传感技术在模拟实验中的有效性，为采矿工程的安全评估和预测提供了有力的工具。未来的研究可能会进一步探索光纤传感器在更多复杂环境和更大规模模型中的应用，以及如何优化传感器设计以提高监测精度和可靠性。