基于BOTDA分布式光纖傳感器的結構健康監(jiān)測研究.pdf

1、橋梁、隧道、大壩、城市生命線等重大土木工程結構往往以巨大的網絡系統(tǒng)形式存在于物理空間上,并且是由一批復雜多樣的工程結構集群組成,工程結構彼此之間在運營功能、結構安全上具有很強的關聯(lián)性。其復雜多變的服役環(huán)境、較高的工程建設維護成本、損傷位置的隨機發(fā)生、顯著的時變效應等特點,使得重大工程結構的健康監(jiān)測越來越吸引科研人員的注意。尋找滿足工程需要的高精度、高分辨率、穩(wěn)定性好的分布式監(jiān)測傳感器一直是提高結構健康監(jiān)測效率的重要方法。布里淵光纖傳感器

2、(布里淵光時域分析技術,BrillouinOpitcalTimeDomainAnalysis,簡稱BOTDA)作為可以同時感知應變和溫度的分布式監(jiān)測手段在這方面有著天然的優(yōu)勢。
　　本文圍繞分布式布里淵光纖的應變與溫度感知特性、監(jiān)測信號影響因素、結構裂縫監(jiān)測和光纖傳感網絡布設等問題展開較為系統(tǒng)的研究。主要研究工作和內容包括:
　　首先,在介紹布里淵光纖傳感測試系統(tǒng)構建和解調原理的前提下,通過試驗探討粘貼式布里淵光纖的應變傳遞

3、效率、均勻變化段的信號取值方法,討論布里淵光纖溫度應變的相互耦合關系和溫度補償方式。
　　其次,通過大量對比試驗,歸納總結BOTDA監(jiān)測信號的影響因素,主要研究了空間分辨率、空間采樣間距、采樣平均次數(shù)等對其使用的影響。同時通過幾何分析探討了布里淵光纖傳感器對裂縫(含裂縫寬度、裂縫長度、裂縫走向)的監(jiān)測方法。另外,關于光纖在其附著基底上的布設纏繞方式對光纖監(jiān)測靈敏度的影響也進行了理論上的分析。
　　最后介紹了布里淵光纖在模型試

4、驗中的應用。把白色緊包光纖粘貼在簡支梁的受拉受壓鋼筋表面驗證其在復雜的混凝土環(huán)境下能夠正常、有效地感受混凝土梁的拉壓應變,并通過在混凝土梁側面布置的光纖傳感網絡進行隨機裂縫發(fā)生的定位和評估以及發(fā)展走向的識別。此外,在模擬爆炸沖擊荷載作用下的混凝土隧道模型中預埋FRP包裹的布里淵光纖和光纖光柵串,并成功監(jiān)測到重錘從不同的高度撞擊作用下隧道結構模型特殊位置的殘余應變和損傷累積,試驗證明了用FRP封裝的布里淵光纖智能筋能夠有效地監(jiān)測到結構的變