光纖光柵傳感測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)研究及其在預(yù)應(yīng)力筋中的應(yīng)用.pdf

1、光纖光柵傳感器具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定可靠、能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量，以及獨(dú)特的單根復(fù)用能力，因而成為準(zhǔn)分布傳感測(cè)試領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。走向應(yīng)用是光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)蓬勃發(fā)展的有力體現(xiàn)，也同時(shí)使其研究方向從初期的純理論研究和實(shí)驗(yàn)室研究轉(zhuǎn)為與各種實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的針對(duì)性技術(shù)研究。 傳感器所承擔(dān)的任務(wù)是感覺結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，因而其性能研究不能脫離被測(cè)結(jié)構(gòu)。光纖光柵傳感元的具體結(jié)構(gòu)以及與被測(cè)體的復(fù)合狀態(tài)等多種因素，都可能會(huì)影響光纖光柵的實(shí)際傳感特性，進(jìn)

2、而影響對(duì)被測(cè)物理量的精確測(cè)量。此外，伴隨著光纖光柵解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，在其基礎(chǔ)上構(gòu)建光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，建立測(cè)量結(jié)果的規(guī)范化處理平臺(tái)，成為繼光柵傳感、解調(diào)之后一個(gè)必然要解決的主要問題，這對(duì)于促進(jìn)光柵傳感測(cè)試技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用也具有重要意義。 本文對(duì)光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)中的關(guān)鍵問題及其在預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力測(cè)試中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要內(nèi)容包括：光纖光柵的溫度補(bǔ)償技術(shù)及影響因素研究、與被測(cè)體相結(jié)合的光纖光柵實(shí)際應(yīng)變傳感特性研究

3、、光纖光柵復(fù)用傳感陣列的功率解調(diào)技術(shù)研究、光纖光柵自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)以及預(yù)應(yīng)力筋光柵傳感測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)和分布、錨端測(cè)試技術(shù)方法研究等。 第一，提出了考慮光纖材料結(jié)構(gòu)組成影響的參考光柵溫度補(bǔ)償方法。在對(duì)溫度作用下涂覆、套塑光纖真實(shí)變形、應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，從光柵溫度敏感機(jī)理角度出發(fā)首次推導(dǎo)得出了更為準(zhǔn)確的與光纖結(jié)構(gòu)相關(guān)的光柵溫度響應(yīng)特性公式，為光纖光柵應(yīng)變傳感的溫度補(bǔ)償提供了可靠的理論分析依據(jù)。 第二，

4、從與被測(cè)體相結(jié)合的角度對(duì)光纖光柵實(shí)際應(yīng)變傳感特性進(jìn)行了研究。首先，建立了不同粘結(jié)方式下光柵的等效受力模型，并分析了其傳感特性的多種影響因素。其次，提出了用以擴(kuò)大光柵應(yīng)變測(cè)量范圍的傾斜粘貼復(fù)合方法，建立了光柵測(cè)量應(yīng)變與被測(cè)體實(shí)際應(yīng)變間的理論關(guān)系模型，試驗(yàn)驗(yàn)證了光柵傾斜粘貼與常規(guī)狀態(tài)下應(yīng)變靈敏度間的比值關(guān)系，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中粘貼方位偏差所引起的測(cè)量誤差進(jìn)行了定量研究和評(píng)價(jià)，有效地解決了大應(yīng)變測(cè)量情況下光柵的長(zhǎng)期安全壽命問題。此外，建立了埋入基

5、體內(nèi)光纖應(yīng)變傳遞的理論分析模型和有限元仿真模型，對(duì)最大層間剪應(yīng)力、端部應(yīng)變不完全傳遞區(qū)的尺寸范圍以及影響傳遞特性的因素和變化規(guī)律等問題進(jìn)行了具體研究，得出了指導(dǎo)性結(jié)論。 第三，對(duì)復(fù)用光柵傳感陣列的光時(shí)域反射(OTDR)功率解調(diào)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。進(jìn)行了不同光柵組合情況下的試驗(yàn)測(cè)試，首次分析給出了復(fù)用光柵OTDR測(cè)試系統(tǒng)中光柵反射率的確定原則和要求，建立了光柵反射功率與被測(cè)物理量間的理論關(guān)系模型，并分析了OTDR解調(diào)技術(shù)的傳

6、感靈敏度、空間分辨率、復(fù)用數(shù)量以及測(cè)量范圍等性能指標(biāo)。該研究為解決波長(zhǎng)解調(diào)方法中光柵最大測(cè)量范圍和可復(fù)用數(shù)量難以同時(shí)滿足要求的技術(shù)難題提供了有效途徑。 第四，為滿足遠(yuǎn)程、長(zhǎng)期測(cè)量的需求和工程實(shí)際的需要，以虛擬儀器控制技術(shù)為手段，設(shè)計(jì)開發(fā)了光纖光柵遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)量軟件，建立柔性測(cè)試系統(tǒng)。不僅可以根據(jù)需求按預(yù)定模式進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示，而且還具有對(duì)測(cè)量結(jié)果的糾錯(cuò)和自動(dòng)處理功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 第五，針對(duì)預(yù)應(yīng)力筋