施工一体化岩土工程论文提纲

论文题目：基于FBG与Flex技术的智能岩土传感器的研发与验证

摘要：随着我国基建设施的完善,施工及运营期间的安全问题越来越引起重视。目前常用的传统岩土工程监测方法具有体积大、精度较低和施工期间不易放置等问题,而光纤光栅布拉格（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器和Flex传感器因具有体积小、重量轻、抗磁干扰能力好和价格低等优点,在近二十年来已被广泛应用于岩土工程的监测项目。基于岩土工程监测的重要性和传统监测仪器在监测中的局限性,近年来,一些科学研究提出了智能岩土监测的概念。在不影响正常施工的条件下,传感器可以在前期施工的过程中埋于工程土体内部,利用光纤传感器和Flex传感器对位移、应变和沉降等数据进行监测,数据可在数据收集端实时查看,进行有效的、长期的监测。本课题研发多种用于岩土监测的传感器,完成了设计、制作、标定试验和应用验证。本文的主要内容如下:（1）基于熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling,FDM）技术对光纤光栅传感器和Flex传感器的设计封装研究。由于土木工程施工环境复杂、光纤光栅和Flex传感器易折断和使用裸传感器监测影响传感器的耐久性和监测数据的可靠性等缺点,因此本文利用三维建模软件CATIA设计封装保护壳,结合3D打印中FDM封装技术对光纤光栅传感器封装保护,利用铝合金对Flex传感器封装保护,使得传感器与保护材料一体化,研发制作岩土智能传感器。（2）基于标定试验对传感器的波长与位移、波长与荷载和模拟电流与弯曲角度关系的研究。根据不同传感器的特征,制定标定方案。试验研究得到传感器灵敏度、分辨率和量程等参数,以及每个传感器各参数间的拟合关系式。（3）基于一系列室内模型试验对设计制作的多个传感器的实际应用性能验证研究。分别搭建了路基试验模型、基坑试验模型和压缩单元试验。根据相似比例理论,设计模型和模型箱尺寸,确定试验方案,准备试验材料和设备。利用路基模型试验对FBG小位移传感器验证,采用两种工况对其进行研究;利用基坑单元试验分别对FBG大位移传感器、Flex沉降传感器和Flex测斜传感器验证;利用压缩试验对FBG环向位移传感器进行验证。本文结合FDM封装技术、FBG技术和Flex技术,研发制作并验证了多个可应用于岩土工程监测传感器的实际应用性能,对于岩土工程中各个监测点的位移、沉降和应变进行实时监控。传感技术在岩土监测中的应用,可以实时监测测点数据,可结合网络技术对突发状况实时报警,有助于全面实现岩土工程的数字化与信息化,为岩土监测领域的研究提供了一种思路。

关键词：光纤光栅传感器;Flex传感器;FDM封装技术;模型试验;岩土工程监测

学科专业：交通运输工程

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 传统监测方法

1.2.2 光纤传感器的监测应用

1.2.3 Flex传感器的监测应用

1.3 技术路线

1.4 论文的主要研究内容

第二章 FBG、Flex传感及3D打印技术

2.1 光纤传感技术及FBG传感器

2.1.1 光纤传感技术

2.1.2 FBG传感器及工作原理

2.1.3 传感器封装原理

2.1.4 应变测量原理

2.2 Flex传感技术

2.2.1 Flex工作原理

2.2.2 Flex传感器物理性能

2.2.3 Flex传感器的优势

2.3 3D打印技术

2.3.1 3D打印技术工作原理及简介

2.3.2 3D打印技术分类

2.3.3 3D打印技术应用研究

2.3.4 3D打印在土木工程中的应用优势

2.4 本章总结

第三章 基于FDM封装技术的FBG和Flex传感器的设计与研发

3.1 FBG小位移传感器

3.1.1 FBG小位移传感器的设计与研发

3.1.2 FBG位移传感器的原理推导

3.2 FBG大位移传感器的设计与研发

3.3 Flex测斜传感器和Flex沉降传感器

3.3.1 Flex传感器的设计研发

3.3.2 Flex传感器的原理推导

3.4 FBG环向应变传感器

3.4.1 FBG环向应变传感器的设计研发

3.4.2 FBG环向应变传感器的原理推导

3.5 本章总结

第四章 传感器的标定与数据分析

4.1 FBG小位移传感器的标定与分析

4.1.1 标定试验

4.1.2 结果分析

4.2 FBG大位移传感器的标定与分析

4.2.1 标定试验

4.2.2 结果分析

4.3 Flex传感器的标定与分析

4.3.1 标定试验

4.3.2 结果分析

4.4 FBG环向应变传感器的标定与分析

4.4.1 标定试验

4.4.2 结果分析

4.5 本章总结

第五章 智能岩土传感器的模型试验验证

5.1 路基模型试验对FBG小位移传感器的验证应用

5.1.1 路基模型试验方案及准备

5.1.2 试验过程

5.1.3 试验结果及分析

5.2 基坑模型试验的传感器的验证与应用

5.2.1 基坑模型试验方案及准备

5.2.2 试验过程

5.2.3 试验结果及分析

5.3 压缩试验的环向应变传感器的验证与应用

5.3.1 压缩单元试验方案及准备

5.3.2 试验过程

5.3.3 试验结果及分析

5.4 本章总结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢