FBG變形環(huán)位移傳感技術(shù)及在高速鐵路上的應(yīng)用研究.pdf

1、位移傳感器是能夠長期測量結(jié)構(gòu)間相對位移的傳感器，廣泛地應(yīng)用于大型工程監(jiān)測中。因此，設(shè)計開發(fā)精度高、性能可靠、可長期監(jiān)測、適合工程應(yīng)用的位移傳感器具有重要的意義。
　　 一直以來，電類的位移傳感器被廣泛的使用。但作為電信號的裝備，有著難以克服的缺陷，例如易受電磁干擾，特別是存在零點(diǎn)漂移，監(jiān)測前有時需清零，所以無法進(jìn)行長期監(jiān)測。這些缺陷造成電類的位移傳感器難以應(yīng)用于一些特殊場合。
　　 光纖布喇格光柵位移傳感器具有靈敏度高，

2、波長絕對量測量，沒有零點(diǎn)漂移，耐腐蝕，不受電磁干擾，可長期監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電類位移傳感器在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的局限性與不足。
　　 目前，國內(nèi)外對光纖布喇格光柵位移傳感器做了一些工作，但這些傳感器大多是通過解調(diào)粘貼在懸臂梁表面的光纖布喇格光柵波長變化來獲得相應(yīng)的位移。由于粘貼不均勻而產(chǎn)生光柵間距的變形引起啁啾化，嚴(yán)重影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 本課題設(shè)計制作了光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器，解決了由于懸臂梁正反兩面直接

3、粘貼光纖布喇格光柵產(chǎn)生波形畸變的問題，使光纖布喇格光柵位移傳感器具有更高的可靠性，并提高了測量精度。
　　 鄭西高速鐵路某特大橋是一個轉(zhuǎn)彎半徑為7km的彎道橋，并且是簡支梁、連續(xù)梁組合型的橋梁。連續(xù)梁跨隴海鐵路線既有線，跨距很大。另一方面，該段鐵路又處于濕陷性黃土高原上，地基受水浸潤會產(chǎn)生不均勻的沉降，而且由于四季溫度的變化，相應(yīng)地導(dǎo)致梁體和鋼軌產(chǎn)生了一定的位移。為了保持鐵路在安全的條件下工作，鐵路爬行位移的程度應(yīng)該定量監(jiān)測。針

4、對以上問題，將該光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器成功地應(yīng)用到了此段高速鐵路的位移監(jiān)測中去。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是采用了受力環(huán)方法制作位移傳感器，解決由于懸臂梁正反兩面直接粘貼光纖布喇格光柵產(chǎn)生波形畸變的問題，使FBG位移傳感器更加適用于高速鐵路的位移監(jiān)測。
　　 經(jīng)檢測，光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器的線性度為0.86％FS，重復(fù)性0.6％FS，分辨率為0.1mm。在溫度變化80℃時，F(xiàn)BG環(huán)形位移傳感器工作時位移誤差不超

5、過0.45mm。各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足鄭西高速鐵路彎道梁大橋的位移監(jiān)測指標(biāo)。
　　 本人的主要工作如下:
　　 1、對位移傳感器的變形圓環(huán)進(jìn)行參數(shù)模擬和比較，在不同的圓環(huán)厚度、寬度下，用材料力學(xué)的知識對圓環(huán)進(jìn)行應(yīng)力計算，并對不同的結(jié)果進(jìn)行分析與比較，得到圓環(huán)的最佳尺寸，并利用ANSYS軟件建立了變形環(huán)的受力模型。
　　 2、設(shè)計了光纖光柵變形環(huán)位移傳感器整體裝置，通過PRO/E三維軟件建立了傳感器的模型，并加工成實(shí)物