为探索光纤布拉格光栅(FBG)传感技术在开口管桩贯入特性实验研究中的适用性,用一种增敏微型FBG应变传感器,对室内模型中开口管桩在沉桩过程中的受力状态进行了监测。研制了一种可拆卸的双壁开口模型管桩,将FBG传感器通过刻槽埋设和桩壁粘贴法安装在模型管桩上,测得模型管桩在贯入过程中的应力分布及变化规律。实验结果表明,该传感器配合特制的模型管桩,能满足开口管桩贯入特性的测试要求,且安装方便、存活率高。随模型管桩贯入深度的增加,开口管桩呈摩擦端承桩的承载特性,桩身内壁、外壁监测点处的轴力均增大,但各点增长速率存在差异;桩内壁、外壁侧摩阻力整体呈增大趋势,单位侧摩阻力出现不同程度的“退化效应”。

为探究光纤光栅(FBG)传感技术在预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)静压贯入特性现场测试中的适用性及实施温度补偿的必要性,对2根闭口PHC管桩进行了现场静压沉桩试验。将FBG温度传感器、低温敏FBG应变传感器采用刻槽法对称安装于PHC管桩的桩身两侧,通过光纤光栅解调仪对静压过程中的温度变化及桩身应变状态进行监测。试验结果表明,在沉桩过程中桩周土体温度变化高达2.62 ℃,需采取温度补偿措施,以确保FBG应变传感器测试结果的准确性;试验中24个低温敏FBG应变传感器全部存活,能够对静压过程中的桩端阻力、桩身轴力、侧摩阻力及单位侧摩阻力的变化规律进行动态、实时监测;且此传感器具有温度补偿的功能,能够较好地满足现场试验的测试需求,为FBG传感技术在岩土工程现场测试中的应用提供了新方法。

为了探索光纤布拉格光栅(FBG)传感技术在针对不同桩径静压桩贯入特性测试中的适用性,分别采用拉伸试验机、砂标法标定FBG应变传感器、FBG压力传感器,传感器线性度及测试精度较好,并配合不同桩径的模型桩在大尺寸模型箱中进行了室内静压沉桩试验。试验结果表明:FBG传感技术能够较好地满足不同桩径静压桩贯入特性的测试要求,所用传感器具有较高的线性度、灵敏性,经验证测试数据可靠,传感器安装方法可行;所用传感器能够对模型桩贯入过程中的压桩力、桩端阻力、侧摩阻力、桩身轴力、单位侧摩阻力进行动态、精准的监测,较为直观地反映了不同桩径的模型桩在静压过程中的贯入特性差异及变化规律。

为深入研究光纤光栅(FBG)传感技术在静压沉桩贯入特性测试中的适用性,采用大比例模型实验系统进行静压沉桩贯入实验。数据测试采用光纤光栅应变传感器,同时采用轮辐式压力传感器和光纤光栅压力传感器作对比。通过在桩端和桩顶安装全截面动态轮辐压力传感器和光纤光栅压力传感器,对比分析基于两种传感技术的静压沉桩贯入过程差异。同时基于FBG传感技术采集桩身应变数据,研究静压沉桩贯入过程的桩身侧摩阻力、桩身轴力和桩身单位侧摩阻力等贯入特性。研究结果表明:FBG传感技术对静压沉桩的贯入测试性能优越,能够准确体现静压沉桩的贯入特性,清晰反映随沉桩深度增加的静压沉桩过程,同时由静压沉桩过程分析发现,桩顶压桩力、桩端阻力、桩身轴力和桩身单位侧摩阻力具有稳态贯入的特点,这对静压沉桩的模型实验与工程设计具有较大的参考价值。

提出一种利用光纤布拉格光栅(FBG)测试双壁模型管桩桩身轴力的方法,探讨模型管桩应变变化与光纤光栅中心波长稳定性和漂移的关系。FBG传感器封装在模型管桩外管加工槽体内,模型管桩内管采取直接粘贴光纤光栅的方法,将应变片分别粘贴在模型管桩内、外管光纤光栅同一位置。对模型管桩施加竖向压力后产生的应变进行测试,并将FBG传感器及应变片的测试结果与理论公式进行对比分析,发现两者存在误差,但在测试要求范围内。外管施加5 kN竖向荷载时,光纤光栅测得的最大应变为59.2 με,相对误差为4.9%;内管施加5 kN竖向荷载时,光纤光栅测得的最大应变为122.3 με,相对误差为7.2%,均满足工程测试要求。

在静压预制桩沉桩过程中,采用一种增敏微型光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器测试桩身的受力情况。利用在模型桩桩身表面开槽埋设FBG传感器的方式,通过压桩贯入模型实验,实时测试了模型桩桩身在贯入过程中的受力状态,分析了桩身轴力和桩侧摩阻力随贯入深度变化的规律。实验结果表明:该传感器预埋到模型桩桩身表面能很好地与桩体结合,可以精确测试模型桩桩身的受力变化,并且在模型实验中预制成功率高、安装灵活。

鉴于光纤布拉格光栅(FBG)应变测试时对应变和温度交叉敏感的特性,将温度补偿FBG结构与应变FBG结构串联,采用夹持式封装方式,根据温度FBG和应变FBG相对波长的变化确定被测结构的应变量。实验结果表明:温度FBG和应变FBG相对波长变化对温度的灵敏度仅为0.12 pm·℃ ^-1,为温度FBG和应变FBG温度灵敏度的1.14%和1.15%;并实现了应变FBG测量的温度自补偿。夹持式温度自补偿FBG应变传感测试技术原理简单,实用性强,可被广泛应用于实际工程中。

天线与太赫兹检测器的匹配网络是集成天线与太赫兹检测器的核心。针对低阻抗太赫兹检测器，在650 GHz 设计了输入阻抗为7 Ω的平面U 型天线和接有λg/4 匹配器的蝶形天线，以及输入阻抗为50 Ω的平面对数天线和平面对数正弦天线。检测器的直流偏置电路会使天线上的高频能量通过该偏置回路漏出，故在偏置线上应用带隙结构形成低通滤波器。仿真了该滤波器的相关参数及接入位置，使得高频下天线不受超导检测器偏置回路的影响。