为了适应矿井、大坝对渗压监测的需要, 提出一种活塞和菱形传压结构相结合的光纤布喇格光栅渗压传感器, 活塞把测试压力传递到菱形传压结构, 菱形传压结构拉动其上下对称连接的弹性钢片, 导致粘贴在弹性钢片上的光纤布喇格光栅中心波长产生变化.利用有限元方法在500 kPa的测试环境中对顶角分别为90°、110°、130°、150°情况下菱形传压结构的应力特性进行分析, 根据仿真参量研制了渗压传感器, 并对该传感器进行了压力标定试验和温度补偿试验.实验结果表明: 传感器对渗压的灵敏度为2.04 nm/MPa, 拟合度为0.997, 重复性为0.9%, 两个测压光栅温度灵敏度分别为0.023 33 nm/℃、0.021 68 nm/℃, 温补光栅为0.009 916 nm/℃.

土石坝在使用过程中由于受荷载的长期效应、材料老化和环境侵蚀等自然因素的影响, 大坝会受到损伤。为了有效地监测土石坝的健康状况和对其发生的结构损伤进行识别以及进一步对土石坝寿命进行预测, 建立完善的土石坝结构监测系统是十分必要的。依据物联网分层思想, 采用全光纤传输技术, 通过以FBG传感器作为检测单元实现对土石坝裂缝、渗压等重要数据的采集、监测和处理, 开发了基于光纤光栅传感网的土石坝监测系统。实际应用表明, 该系统可实时呈现土石坝运行状况的关键参数信息, 为工程除险加固和对大坝整体使用情况的了解起到了辅助作用。

根据目前大坝、隧道和煤矿等工程领域和模型试验中对渗压检测的特殊要求,设计并实现了一种新型的光纤布拉格光栅(FBG)渗压传感器,采用波纹膜片和对称拉杆机械结构通过改变光纤光栅的轴向应变实现渗压传感。利用有限元软件ANSYS分别对传感器膜片的压力特性和传感器外壳抗压特性进行了仿真设计和性能分析,提高了传感器的可靠性并缩短了设计周期。对该传感器进行了压力标定试验,得出该传感器在0-100 kPa的测量范围内,压力灵敏度达20 nm/MPa,比普通FBG提高了6683倍。迟滞特性和重复性试验表明迟滞为0.85%,且重复性好。