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

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測可以準(zhǔn)確可靠的評估所監(jiān)測結(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)境下的長期監(jiān)測應(yīng)用中，成為最具發(fā)展前景的電類傳感器替代品。 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)用于模擬地震激勵下的模型動力特性監(jiān)測，介紹了光纖光柵在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(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內(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)變增減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增敏型光纖光柵溫度傳感器，對傳感器進(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量物理量傳感器，自行開發(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量。 第三章介紹了自行開發(fā)的光纖光柵與電類傳感器同步測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件基于LabView編程環(huán)境，利用NI PXI-1044儀器，將電信號測量模塊嵌入了Si425光纖光柵解調(diào)程序中，同時(shí)采樣及存儲，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的同步測量。這種同步測量系統(tǒng)在大廈模型試驗(yàn)中得到了應(yīng)用。通過系列試驗(yàn)考察了這種同步測量系統(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下的模型動力特性監(jiān)測的應(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)測到的應(yīng)變與傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片測量結(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)地下溫度測量的光纖光柵分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該溫度監(jiān)測系統(tǒng)的目的是測量地下深井沿管方向的溫度長期變化趨勢，并考察光纖光柵溫度傳感器的長期測量的可靠性。在海洋石油平臺應(yīng)用項(xiàng)目中，在單立柱平臺底部安裝了光纖光柵應(yīng)變及溫度傳感器，用于平臺的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。傳感器成功監(jiān)測到了海浪及船沖擊對平臺的外荷載作用。監(jiān)測結(jié)果表明，光纖光柵具有在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定工作的能力，能夠應(yīng)用于海洋石油平臺結(jié)構(gòu)的長期實(shí)時(shí)健康監(jiān)測。本章介紹