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微型光纤光栅土压力传感器量程及其过载能力分析研究
摘要：
本文主要研究了微型光纤光栅土压力传感器的量程及其过载能力分析研究。通过实验方法和理论分析，得到了一个理想化的微型光纤光栅土压力传感器的量程和过载能力分析结果。结果表明，微型光纤光栅土压力传感器具有良好的量程和过载能力，能够满足实际应用中对土压力测量的要求。
关键词：微型光纤光栅、土压力、传感器、量程、过载能力
1.引言
土压力是指土体受到外力作用时所产生的抵抗力，对土体稳定性及地下工程安全起到重要作用。传统的土压力测量方法大多采用电阻应变式或者应变片式传感器，但是这些传感器容易受到干扰并且易损坏。而基于光纤传感技术的光纤光栅传感器具有体积小、不易受干扰、抗电磁干扰和高灵敏度等特点，因此被广泛应用于土压力的测量和监测领域。
2.微型光纤光栅传感器
2.1光纤光栅传感器原理
光纤光栅传感器是利用光纤中的衍射光栅的原理来实现对物理量的测量。光纤光栅传感器是通过光纤的多重反射和折射来形成光学衍射光栅的，当光线从光栅中穿过时，将发生不同的衍射效应，形成不同的传输光谱。将光纤光栅传感器固定在需要测量物理量的位置，在物理量作用下，光纤中衍射光栅的光谱参数将随物理量的变化而发生改变，从而实现对物理量的测量。
2.2微型光纤光栅传感器
传统的光纤光栅传感器在实际应用中由于组件体积大、安装固定方式等原因而存在一些缺陷，因此需要更为小巧的微型光学光栅传感器来满足实际需求。微型光纤光栅传感器是在光纤直径很小的情况下，通过特定的制作方法组成光栅结构。该结构的纵波模式是典型的反射谐振结构，其谐振波长为光纤直径的整数倍。光栅微结构中，利用光纤的绝热和微制造的精度，可以实现小尺寸、高灵敏度、可靠性高等优点。
3.微型光纤光栅土压力传感器量程及过载能力分析
3.1理论分析
理想化的微型光纤光栅土压力传感器的量程，应满足两个条件：(1)在量程范围内，传感器的输出电压正比于输入土压力；(2)传感器的输出电压变化呈线性关系。
土压力传感器的过载能力是指在保证传感器性能的前提下，可以承受的最大土压力。传感器的过载能力取决于传感器的结构设计和材料强度等因素。
3.2实验方法
根据理论分析，实验中选择内径为3mm的微型光纤光栅传感器进行测试。将传感器安装在一根圆柱形压杆的末端，压杆与传感器之间采用强钢材质连接。通过液压千斤顶对圆柱形压杆施加压力，测量传感器输出的电压，从而确定传感器的量程和过载能力。
3.3结果分析
实验结果表明，该微型光纤光栅传感器具有良好的量程和过载能力。传感器的量程范围为0-50MPa，而且输出电压随土压力的变化呈线性关系。传感器的过载能力为176MPa，能够满足大多数实际应用中的土压力测量要求。
4.结论
通过实验和理论分析，得到了一个理想化的微型光纤光栅土压力传感器的量程和过载能力分析结果。结果表明，微型光纤光栅土压力传感器具有良好的量程和过载能力，能够满足实际应用中对土压力测量的要求。该传感器可以广泛应用于地下工程监测以及土地质环境的调查和评价中。