Development and Testing of a Fiber Bragg Grating Strain Sensor for Uniaxial Compression of Rock Specimens

Castro Caicedo, Alvaro Jesús (2015). Development and Testing of a Fiber Bragg Grating Strain Sensor for Uniaxial Compression of Rock Specimens. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM).

Description

Title: Development and Testing of a Fiber Bragg Grating Strain Sensor for Uniaxial Compression of Rock Specimens
Author/s:
  • Castro Caicedo, Alvaro Jesús
Contributor/s:
  • Laín Huerta, Ricardo
  • Torres Trujillo, Pedro
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2015
Subjects:
Freetext Keywords: Deformación. Roca. Compresión uniaxial. FBG. Sensores de fibra óptica. Reads de Bragg = Strain. Rock. Uniaxial compression test. FBG. Fiber Bragg grating. Optical fibre sensors
Faculty: E.T.S.I. de Minas y Energía (UPM)
Department: Ingeniería Geológica y Minera
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los sensores de fibra óptica son una tecnología que ha madurado en los últimos años, sin embargo, se requiere un mayor desarrollo de aplicaciones para materiales naturales como las rocas, que por ser agregados complejos pueden contener partículas minerales y fracturas de tamaño mucho mayor que las galgas eléctricas usadas tradicionalmente para medir deformaciones en las pruebas de laboratorio, ocasionando que los resultados obtenidos puedan ser no representativos. En este trabajo fueron diseñados, fabricados y probados sensores de deformación de gran área y forma curvada, usando redes de Bragg en fibra óptica (FBG) con el objetivo de obtener registros representativos en rocas que contienen minerales y estructuras de diversas composiciones, tamaños y direcciones. Se presenta el proceso de elaboración del transductor, su caracterización mecánica, su calibración y su evaluación en pruebas de compresión uniaxial en muestras de roca. Para verificar la eficiencia en la transmisión de la deformación de la roca al sensor una vez pegado, también fue realizado el análisis de la transferencia incluyendo los efectos del adhesivo, de la muestra y del transductor. Los resultados experimentales indican que el sensor desarrollado permite registro y transferencia de la deformación fiables, avance necesario para uso en rocas y otros materiales heterogénos, señalando una interesante perspectiva para aplicaciones sobre superficies irregulares, pues permite aumentar a voluntad el tamaño y forma del área de registro, posibilita también obtener mayor fiabilidad de resultados en muestras de pequeño tamaño y sugiere su conveniencia en obras, en las cuales los sistemas eléctricos tradicionales tienen limitaciones. ABSTRACT Optical fiber sensors are a technology that has matured in recent years, however, further development for rock applications is needed. Rocks contain mineral particles and features larger than electrical strain gauges traditionally used in laboratory tests, causing the results to be unrepresentative. In this work were designed, manufactured, and tested large area and curved shape strain gages, using fiber Bragg gratings in optical fiber (FBG) in order to obtain representative measurement on surface rocks samples containing minerals and structures of different compositions, sizes and directions. This reports presents the processes of manufacturing, mechanical characterization, calibration and evaluation under uniaxial compression tests on rock samples. To verify the efficiency of rock deformation transmitted to attached sensor, it was also performed the analysis of the strain transfer including the effects of the bonding, the sample and the transducer. The experimental results indicate that the developed sensor enables reliable measurements of the strain and its transmission from rock to sensor, appropriate for use in heterogeneous materials, pointing an interesting perspective for applications on irregular surfaces, allowing increasing at will the size and shape of the measurement area. This research suggests suitability of the optical strain gauge for real scale, where traditional electrical systems have demonstrated some limitations.

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Item ID: 39712
DC Identifier: http://oa.upm.es/39712/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:39712
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 19 Apr 2016 07:03
Last Modified: 19 Nov 2016 23:30
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