光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、由于光纖光柵具有質(zhì)量輕、空間分辨率高、易于組成準分布式網(wǎng)絡(luò)等獨特的優(yōu)點，使得基于光纖光柵傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用研究逐漸成為當前研究者們共同關(guān)注的新熱點，在大型航空及土木結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測研究領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文將光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)和長周期光纖光柵(Long Period Fiber Grating，LPFG)應(yīng)用于航空及土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，分別對航空復(fù)合材料典

2、型結(jié)構(gòu)拉伸斷裂狀態(tài)監(jiān)測、極端環(huán)境對復(fù)合材料的影響監(jiān)測以及土木結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕監(jiān)測、瀝青路面狀態(tài)監(jiān)測進行研究，實現(xiàn)對航空及土木結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實時在線監(jiān)測。
　　本文的研究內(nèi)容主要分為以下幾個方面:
　　(1)對FBG和LPFG進行理論分析，推導了光纖光柵的耦合方程，為光柵傳感特性的研究提供了理論基礎(chǔ)。對FBG和LPFG的傳感特性進行了仿真，給出柵長選擇的基本依據(jù)和相應(yīng)的傳感靈敏度系數(shù)。此外，對LPFG橫向負載方向敏感特性進行實

3、驗分析，得到其變化規(guī)律。
　　(2)對聲發(fā)射及碳纖維復(fù)合材料斷裂理論進行分析，通過FBG傳感監(jiān)測系統(tǒng)分別對碳纖維復(fù)合材料拉伸試件、碳纖維復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)件內(nèi)部斷裂和裂紋擴展瞬間的聲發(fā)射應(yīng)變響應(yīng)信號進行采集、分析，獲得CFRP結(jié)構(gòu)內(nèi)部斷裂及裂紋擴展情況，實現(xiàn)對CFRP結(jié)構(gòu)斷裂情況的監(jiān)測，同時，對極端環(huán)境下FBG傳感系統(tǒng)的可靠性進行了驗證實驗。
　　(3)基于光濾波器邊緣濾波效應(yīng)的FBG動態(tài)解調(diào)系統(tǒng)，針對薄板結(jié)構(gòu)受振動、沖擊響應(yīng)

4、情況，分別提出基于上述系統(tǒng)的FBG薄板結(jié)構(gòu)振動、沖擊監(jiān)測方法。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)對振動、沖擊信號的響應(yīng)效果較好，可實現(xiàn)對待測結(jié)構(gòu)振動、沖擊狀態(tài)的監(jiān)測，具有較高的分辨力，能滿足信號采集的要求。
　　(4)研究混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕機理和LPFG的折射率敏感特性，提出了基于銹蝕環(huán)境折射率變化的分階段監(jiān)測方法，設(shè)計了基于LPFG折射率特性的鋼筋銹蝕傳感器，并對其進行埋入驗證實驗。同時，基于LPFG對橫向負載的敏感特性，設(shè)計了可實現(xiàn)鋼筋