低相干光纖傳感系統(tǒng)用于結(jié)構(gòu)銹脹應(yīng)變的監(jiān)測與評估研究.pdf

1、鋼筋混凝土銹蝕在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中是一個主要問題，目前用光學(xué)的方法還難以直接測量鋼筋的銹蝕過程。基于光纖傳感技術(shù)的銹蝕監(jiān)測方法主要有布里淵光時域分析儀(BOTDA)、光纖光柵傳感技術(shù)(FBG)以及其它一些基于顯微鏡的光學(xué)實驗室監(jiān)測方法。由于布里淵傳感技術(shù)是一種分布式大尺度的光纖傳感技術(shù)，長期以來一直缺少一種行之有效的、對其性能進行整體評估的方法。光纖光柵傳感技術(shù)作為一種成熟的局部傳感技術(shù)，只能對某些測量點進行性能校正。而且這兩種傳感系統(tǒng)的高

2、成本也是制約其工程實際應(yīng)用的一大問題。
　　所以本論文在BOTDA應(yīng)用于鋼筋混凝土中銹蝕誘導(dǎo)膨脹應(yīng)變的基礎(chǔ)上，提出使用低相干光纖傳感技術(shù)來計策結(jié)構(gòu)的整體銹蝕狀況的同時，又對BOTDA的測量結(jié)果進行有效的評估，這一技術(shù)對基于BOTDA的其他應(yīng)用也具有重要的實踐意義。
　　低相干光纖傳感技術(shù)是一種大尺度的光纖傳感技術(shù)，其測量的結(jié)構(gòu)形變量可以認為是一種對于結(jié)構(gòu)分布應(yīng)變的積分，基于BOTDA的應(yīng)變測量正是測得的這一分布式應(yīng)變，而光纖

3、低相干測得的總體形變正是在傳感區(qū)域的分布應(yīng)變的積分，這一聯(lián)系可以用來評估BOTDA應(yīng)變測量的性能。
　　本文的主要工作是基于低相干光纖傳感理論，設(shè)計了一套基于邁克爾遜干涉原理的低相干應(yīng)變傳感系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)由超亮度發(fā)光二極管(S LED)光源、光纖傳感器模塊、DSP2812驅(qū)動控制模塊、步進電機、光電探測模塊、工控機等幾部分組成。論文的主要工作包括:基于DSP2812的步進電機控制系統(tǒng)開發(fā)，采用DSP2812芯片的系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，

4、驅(qū)動程序的編寫并設(shè)計相應(yīng)的控制算法和定位算法，結(jié)合光柵尺實現(xiàn)閉環(huán)控制，精度達5微米。基于LABview軟件編程實現(xiàn)信號采集、濾波、算法設(shè)計，實現(xiàn)對應(yīng)變信號的解調(diào)。綜合分析傳感器的傳感長度和結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系，在模擬海洋環(huán)境中進行了鋼筋混凝土電化學(xué)加速銹蝕實驗，監(jiān)測銹蝕產(chǎn)生的膨脹應(yīng)變，實驗中與BOTDA和低相干光纖測量系統(tǒng)的測量結(jié)果進行了對比。
　　結(jié)果表明BOTDA在多點測量方面有優(yōu)勢，但其信號強度在銹蝕的后期衰減較快，難以滿足全壽命