[发明专利]一种光纤光栅六向压力传感器的模型试验系统及试验方法

说明书

本发明提供一种光纤光栅六向压力传感器的模型试验系统，系统包括：模型设备、加载设备和数据采集设备，模型设备内置光纤光栅六向压力传感器；加载设备与模型设备连接，加载设备用于将外部的液压油泵送至压力缸内，并显示第一压力值；数据采集设备与模型设备连接，用于获取光纤光栅六向压力传感器受到围压后显示的第二压力值；通过比对第一压力值与第二压力值，分析得到用于表征光纤光栅六向压力传感器在模型试样内的受到压力时的标定参数。本发明的技术方案可广泛应用于岩体应力测试技术领域。

技术领域

本发明属于岩体应力测试技术领域，特别涉及一种光纤光栅六向压力传感器的模型试验系统及试验方法。

背景技术

获取准确的岩体原岩应力和扰动应力监测数据是确定工程岩体力学性质、进行岩土工程稳定性分析以及实现地下工程开挖设计和决策科学化的重要前提。为此，专利(ZL201710490387.7)发明了一种用于深部软岩应力测量的光纤光栅式六向光纤光栅六向压力传感器，可以实现深部软岩原岩应力和扰动应力分布的长期监测，该传感器具有量程大、灵敏度高、长期稳定性好等特点。然而，光纤光栅六向压力传感器在岩体中进行的应力测量与传统单向光纤光栅六向压力传感器在流体中或介质接触面开展的压力测量有本质的区别。传统单向光纤光栅六向压力传感器在测量时传感面受到的是均布法向应力作用，因而可以通过常规的气压或液压标定将这种均布法向应力施加在传感器表面，从而保证传感器实测压力与被测介质压力完全一致。然而对于岩体介质而言，由于其具备抗剪能力，六向传感器埋入后不但会改变附近岩体的初始应力场，而且六向光纤光栅六向压力传感器表面受到应力作用变得非常复杂，通过常规标定试验建立的光纤光栅六向压力传感器实测应力与被测介质应力之间的一致性将不再成立。

可见，对于岩体介质而言，由于其具备抗剪能力，六向传感器埋入后不但会改变附近岩体的初始应力场，而且六向光纤光栅六向压力传感器表面受到应力作用变得非常复杂，通过常规标定试验建立的光纤光栅六向压力传感器实测应力与被测介质应力之间的一致性将不再成立；

也即，对于如何掌握光纤光栅六向压力传感器在不同岩石相似材料中的测试性能，进而为光纤光栅六向压力传感器在岩体应力测试中的应用提供关联模型和标定参数，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供的一种光纤光栅六向压力传感器的模型试验系统，以至少解决上述技术问题。

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种光纤光栅六向压力传感器的模型试验系统，所述系统包括：模型设备，所述模型设备内置所述光纤光栅六向压力传感器，所述模型设备包括密封的压力缸以及内置于所述压力缸的试样模具，所述试样模具内设置所述光纤光栅六向压力传感器和模型试样，且所述光纤光栅六向压力传感器被所述模型试样包埋在内；加载设备，所述加载设备与所述模型设备连接，所述加载设备包括液压泵和不锈钢管，所述液压泵将外部的液压油通过不锈钢管泵送至所述压力缸内；数据采集设备，所述数据采集设备与所述模型设备连接，以获取所述模型设备内部的所述光纤光栅六向压力传感器的压力值；所述数据采集设备包括光纤光栅解调仪和铠装光纤跳线，所述铠装光纤跳线的两端对应连接所述光纤光栅六向压力传感器和所述光纤光栅解调仪；其中，当所述液压泵向所述压力缸内注入预设量液压油后，通过所述光纤光栅解调仪监测所述光纤光栅六向压力传感器的对应的压力值变化。

在第一方面中，所述试验系统还包括：传感器固定架，所述传感器固定架设置在所述试样模型的上部，所述传感器固定架的底部通过一连接管悬挂所述光纤光栅六向压力传感器。

在第一方面中，所述试样模型还包括试样垫板；所述试样垫板设置在所述试样模型的底部，所述试样垫板上设置有试样放置槽，用于容纳固定所述模型试样。

在第一方面中，所述试样模具为密封的壳体状，且通过一密封件连通所述连接管，所述密封件为密封软塞，所述密封软塞设置在所述试样模具上且位于所述光纤光栅六向压力传感器的正上方，所述密封软塞上设置有贯穿的引出孔，用于引出所述铠装光纤跳线。