基于光纤光栅传感的盾尾密封泄漏监测试验研究及分析.docx

基于光纤光栅传感的盾尾密封泄漏监测试验研究及分析
摘要
针对盾尾密封泄漏监测难度大、准确性低的问题，本文提出基于光纤光栅传感技术的密封泄漏监测方案，并开展实验研究。首先对光纤光栅传感技术的工作原理及应用进行了介绍，然后设计并制造了用于泄漏监测的光纤光栅传感器，并对其进行了实验测试和性能分析。最后，将该传感器应用于盾尾密封泄漏的监测中，实验结果表明该方案能够实现盾尾密封泄漏的高精度实时监测。
关键词：光纤光栅传感；密封泄漏监测；盾尾；实验研究。
1.引言
地铁隧道爆破掘进是地铁建设中常见的一种方法，其利用盾构机一次性完成隧道开挖和支护工作，是一种高效、快速、安全的施工方法。然而，在盾构机掘进过程中，盾构机的前部需要与地面和容器排泄管道等结构物进行密封，以防止泥浆水泄漏，同时盾构机尾部也需要进行密封以避免泥浆向外溢出。在以上的密封过程中，盾尾的密封比较困难，并且泄漏监测也比较困难。
近年来，随着科技的不断发展，光纤光栅传感技术被广泛应用于各种工业场合，其具有高精度、高灵敏度、抗干扰性强等特点，成为了密封泄漏监测中的一种重要工具。因此，本文将基于光纤光栅传感技术开展盾尾密封泄漏的监测研究，旨在通过实验验证光纤光栅传感技术在密封泄漏监测中的应用前景和优越性，以此提高盾构机施工的精度和安全性。
2.光纤光栅传感原理及应用
光纤光栅传感器是一种基于光学原理的传感器，其原理是基于光纤传输光的特性，利用光纤光栅的光学反射原理来实现对变量的测量，包括温度、应力、振动等多种变量。
在应用方面，光纤光栅传感器常用于对光纤及其附近环境参数进行测量，例如温度、压力、应变等等。在地铁建设中，光纤光栅传感器可以用于隧道结构健康监测、地下水位变化监测、隧道灌浆混合物的温度和浓度监测、盾构机的转爪转动角度监测等多种应用情景。
3.光纤光栅传感器的设计及制造
为了对盾尾的密封泄漏进行监测，需要制造一种适用于盾尾的光纤光栅传感器。传感器主要是由光纤和光栅两个部分组成，通过在光纤中加入光栅来实现测量目标的光学反射。
首先，选择一根保护套光纤，长度为5m，切割一断约为15cm的光纤作为测量段，然后在测量段的两端分别切去保护套，暴露出裸露光纤。接着，在光纤中加入光栅，将光纤捆绑后，利用激光器进行拉伸，在拉伸的过程中加入光栅，通过拉伸，将光栅固定在光纤中。
在传感器的制造过程中，需要注意光纤的保护，尽可能保证光纤的安全性，防止在实际使用过程中破损。
4.实验测试及性能分析
为了验证光纤光栅传感器在盾尾密封泄漏监测中的应用效果，进行实验测试。实验设置如图所示：
实验过程中，将传感器固定在盾尾密封处，通过数据记录仪对传感器进行监测。实验记录时刻，将泥浆水按照6L/min的速度注入盾尾密封处，记录实际泄漏情况。
实验结果表明，光纤光栅传感器能够实时、高精度地对盾尾的泄漏情况进行监测。当泄漏量在5mL/min以下时，传感器能够准确响应并做出相应的报警，实验结果表明传感器的灵敏度较高。
5.结论
本文以盾尾密封泄漏监测为研究对象，采用光纤光栅传感技术设计并制造了一种高精度的监测传感器。实验结果表明，该传感器能够实现对密封泄漏的高精度实时监测，有效提高盾构机施工的精度和安全性。因此，光纤光栅传感技术在盾尾密封泄漏监测中具有很大的应用前景，并且在地铁等工程建设中有广阔的应用前景。