【碩士】土木工程及模型試驗(yàn)中的光纖光柵傳感技術(shù)研究

內(nèi)容簡介

　　【學(xué)位年度】2009　　【摘要】　　對重大工程結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測和診斷，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷，并評估其安全性，預(yù)測結(jié)構(gòu)的性能變化和剩余壽命并做出維護(hù)決定，對提高工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)營效率，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集反應(yīng)結(jié)構(gòu)服役狀況的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用一定的損傷識別算法判斷損傷的位置與程度，及時(shí)有效地評估結(jié)構(gòu)的安全性，預(yù)測結(jié)構(gòu)的性能變化并對突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)警，是近年來國際學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)問題之一。在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，作為其基礎(chǔ)的傳感器系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，傳感器系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。在土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，光纖光柵傳感器已成為應(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，光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、可埋入結(jié)構(gòu)、可重復(fù)使用、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了自行研制的各種光纖光柵傳感器和其傳感特性以及光纖光柵傳感器在各種土木工程模型試驗(yàn)與實(shí)際工程中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：　　　　第一章為緒論。介紹了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念、意義及系統(tǒng)組成。重點(diǎn)介紹了在作為整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)--傳感器系統(tǒng)中，光纖光柵傳感器所具備的優(yōu)勢及其發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了用于測量各種物理量的光纖光柵傳感器，并引出本文的研究方向及內(nèi)容?！　　　?第二章主要描述了光纖光柵冰力、應(yīng)變和溫度傳感器的設(shè)計(jì)以及傳感特性研究。介紹了根據(jù)裸光纖光柵對于應(yīng)變的靈敏度系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓力的靈敏度系數(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，可直接測量冰力的光纖光柵冰力傳感器，并對該傳感器的溫度補(bǔ)償和偏心受壓影響第消除提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。針對模型試驗(yàn)提出一種微型光纖光柵應(yīng)變傳感器，對傳感器進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)，考察了傳感器的工作性能和在長期循環(huán)荷載作用下的工作穩(wěn)定性和可靠性。對現(xiàn)有的光纖光柵溫度傳感器的封裝工藝進(jìn)行了改進(jìn)，用于降低傳感器的封裝難度及封裝過程對裸光纖光柵的損壞率，并對其進(jìn)行溫度、應(yīng)變標(biāo)定對比試驗(yàn)，得到該種傳感器的應(yīng)變靈敏度系數(shù)?！　　　?第三章主要內(nèi)容是光纖光柵傳感器冰力傳感器和微型光纖光柵應(yīng)變傳感器在模型試驗(yàn)中的應(yīng)用。在冰激橋墩振動(dòng)模型試驗(yàn)中，光纖光柵冰力傳感器成功監(jiān)測了橋墩在不同冰速撞擊下受到的冰力，試驗(yàn)證明這種光纖光柵傳感器靈敏度高、可靠性好、對結(jié)構(gòu)自身的影響小，可直接測量冰的撞擊力，適合于模型試驗(yàn)中的冰力監(jiān)測。在大壩模型試驗(yàn)中，微型光纖光柵應(yīng)變傳感器成功監(jiān)測了大壩模型內(nèi)部的變形、壩體內(nèi)部的裂縫發(fā)展以及布設(shè)鋼筋對大壩的影響情況等。試驗(yàn)證明，該傳感器埋入結(jié)構(gòu)中能很好地與大壩結(jié)合，可以較早的監(jiān)測到模型內(nèi)部的開裂情況，且存活率高、安裝靈活可重復(fù)使用，適用于大壩模型試驗(yàn)的內(nèi)部變形監(jiān)測?！　　　?第四章介紹了光纖光柵傳感器在實(shí)際工程中的應(yīng)用。詳細(xì)描述了利用虛擬儀器技術(shù)和LabView軟件平臺開發(fā)一套可針對光纖光柵傳感器系統(tǒng)的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)在科技園創(chuàng)新大廈的應(yīng)用情況。另外對由光纖光柵傳感器組成的大連新30萬噸原油碼頭主引橋的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，給出了傳感器的布設(shè)方案、施工工藝以及監(jiān)測計(jì)劃。　　共79頁

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