基于多模干涉技術(shù)的光纖聲發(fā)射技術(shù)用于橋梁沉降監(jiān)測(cè)的研究.pdf

1、橋梁沉降的發(fā)生會(huì)引起結(jié)構(gòu)損傷，承載力下降，造成一系列嚴(yán)重的災(zāi)害事故。因此作為衡量橋梁健康狀態(tài)的主要參數(shù)之一，橋梁沉降是結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與分析評(píng)估的重點(diǎn)。由于原有監(jiān)測(cè)技術(shù)的瓶頸以及橋梁沉降長期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的困難，研究新型橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)，突破原有技術(shù)的局限性，具有重要的學(xué)術(shù)與工程價(jià)值。
　　本論文首先介紹了目前橋梁沉降監(jiān)測(cè)意義以及現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過對(duì)這些技術(shù)的原理、性能及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，總結(jié)了現(xiàn)階段橋梁沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性及其難點(diǎn)，為本論文沉降監(jiān)測(cè)

2、技術(shù)的研究提供參考。針對(duì)現(xiàn)有橋梁沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)的局限性，本論文首次提出采用基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波傳感系統(tǒng)用于橋梁沉降非接觸式監(jiān)測(cè)，并深入研究了光纖傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、傳感系統(tǒng)機(jī)理、超聲波位移傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建、傳感實(shí)驗(yàn)和橋梁沉降模擬測(cè)試。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)系統(tǒng)研究分析了超聲波的特性、基于超聲波的非接觸式測(cè)距原理。
　　(2)研究了多模干涉光纖傳感器及其對(duì)超聲波探測(cè)機(jī)理，理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)

3、化，有效提高了光纖傳感器對(duì)高頻超聲波的探測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)研究實(shí)現(xiàn)了多模干涉光纖傳感器對(duì)25kHz以上超聲波探測(cè)。同時(shí)，針對(duì)外界環(huán)境變化引起傳感器信號(hào)漂移誤差，提出雙傳感器相位參考技術(shù)，通過同步測(cè)量與解析參考傳感器與測(cè)量傳感器相位差值，有效降低了由于外界干擾引起的測(cè)量誤差，大幅提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　(3)理論研究基于超聲波的光纖非接觸式測(cè)距系統(tǒng)機(jī)理，設(shè)計(jì)開發(fā)了并搭建非接觸式位移傳感系統(tǒng)，通過多模干涉光纖傳感器對(duì)位移所引起連續(xù)超聲波信號(hào)

4、的相位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)解析，研究實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)傳感系統(tǒng)對(duì)3-7米距離內(nèi)位移變化的非接觸式測(cè)量，其位移分辨率達(dá)0.2mm。
　　(4)實(shí)驗(yàn)室搭建橋梁沉降測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模擬橋梁實(shí)際沉降發(fā)展規(guī)律，進(jìn)行了模擬沉降監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)傳感系統(tǒng)對(duì)7米范圍內(nèi)微小沉降變化的非接觸式探測(cè)，其分辨率保持在0.2mm，測(cè)量誤差7％左右。通過對(duì)橋梁沉降監(jiān)測(cè)的模擬研究實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該傳感系統(tǒng)可行性及初步的性能指標(biāo)，為其用于橋梁沉降監(jiān)測(cè)提供了一定的理論