光纖光柵傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)可以準(zhǔn)確可靠的評(píng)估所監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)完整性，減少維護(hù)費(fèi)用，增加工作壽命，提高安全度。在土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，光纖傳感器成為應(yīng)用前景最好的核心傳感元件之一。相對(duì)傳統(tǒng)傳感器而言，光纖傳感器具有體積小，重量輕，可埋入結(jié)構(gòu)，可復(fù)用以及無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。在各種光纖傳感器中，光纖光柵傳感器可適用于惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，成為最具發(fā)展前景的電類(lèi)傳感器替代品。 本論文介紹了自行研制的各種光纖光柵傳感器并對(duì)其傳感特性進(jìn)行了研究，將光纖光柵

2、傳感器應(yīng)用于模擬地震激勵(lì)下的模型動(dòng)力特性監(jiān)測(cè)，介紹了光纖光柵在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。本論文的結(jié)構(gòu)如下： 第一章為緒論。介紹了光纖傳感技術(shù)，光纖健康監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀以及光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。本章闡述了光纖光柵的傳感原理，介紹了不同類(lèi)型的光纖光柵，并詳細(xì)講述了光纖光柵的重要參數(shù)；本章還介紹了測(cè)量各種物理量的光纖光柵傳感器，分別為應(yīng)變、溫度、位移、壓力、加速度以及剪力。本章介紹了本論文的研究?jī)?nèi)容。 第二章主要內(nèi)容是自行

3、研制的光纖光柵應(yīng)變、溫度以及位移傳感器的設(shè)計(jì)以及傳感特性研究。本章介紹了兩種不同封裝形式的光纖光柵應(yīng)變傳感器，分別為毛細(xì)鋼管封裝以及兩端夾持式封裝。本論文對(duì)光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變特性進(jìn)行了詳細(xì)研究分析，并提出了一種光纖光柵應(yīng)變?cè)鰷p敏傳感器的封裝工藝。本章還介紹了自行研制的金屬管式增敏及無(wú)增敏型光纖光柵溫度傳感器，對(duì)傳感器進(jìn)行了溫度系數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)，考察了傳感器封裝技術(shù)的重復(fù)可靠性。此外，本章還介紹了光纖光柵間接測(cè)量物理量傳感器，自行開(kāi)發(fā)了

4、光纖光柵拉桿式位移傳感器和光纖光柵微位移傳感器，用以大位移量程和微位移的測(cè)量。 第三章介紹了自行開(kāi)發(fā)的光纖光柵與電類(lèi)傳感器同步測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件基于LabView編程環(huán)境，利用NI PXI-1044儀器，將電信號(hào)測(cè)量模塊嵌入了Si425光纖光柵解調(diào)程序中，同時(shí)采樣及存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的同步測(cè)量。這種同步測(cè)量系統(tǒng)在大廈模型試驗(yàn)中得到了應(yīng)用。通過(guò)系列試驗(yàn)考察了這種同步測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和工作穩(wěn)定性，同時(shí)也驗(yàn)證了所開(kāi)發(fā)的短標(biāo)距

5、光纖光柵應(yīng)變傳感器的工作性能。 第四章主要內(nèi)容是光纖光柵傳感器在模擬地震激勵(lì)下的模型動(dòng)力特性監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。介紹了海底管線地震反應(yīng)特性試驗(yàn)、仿真碾壓混凝土大壩分段模型地震模擬試驗(yàn)以及拱壩整體模型地震破壞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，光纖光柵傳感器所監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變與傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片測(cè)量結(jié)果以及理論計(jì)算結(jié)果一致。試驗(yàn)結(jié)果證明光纖光柵具有體積小、精度高、方便安裝的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展前景。 第五章介紹了光纖光柵傳感器作為核心傳感元件的實(shí)際工程應(yīng)

6、用。首先介紹了應(yīng)用于地源熱泵系統(tǒng)地下溫度測(cè)量的光纖光柵分布式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的是測(cè)量地下深井沿管方向的溫度長(zhǎng)期變化趨勢(shì)，并考察光纖光柵溫度傳感器的長(zhǎng)期測(cè)量的可靠性。在海洋石油平臺(tái)應(yīng)用項(xiàng)目中，在單立柱平臺(tái)底部安裝了光纖光柵應(yīng)變及溫度傳感器，用于平臺(tái)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。傳感器成功監(jiān)測(cè)到了海浪及船沖擊對(duì)平臺(tái)的外荷載作用。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，光纖光柵具有在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的能力，能夠應(yīng)用于海洋石油平臺(tái)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)。本章介紹