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基于光纤光栅传感器的沥青路面性能监测研究

作　者: 王晓洁
导　师: 梁大开; 曾捷
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光纤光栅沥青路面性能监测封装技术压力传感车辙实验温度补偿图形用户界面
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

公路是各个地区的主要交通运输纽带,由于气候环境恶劣、车辆超载等问题,使得沥青路面通车几年就可能发生一些早期损坏,使用寿命缩短。本文对沥青路面性能监测系统进行实验与研究,采用光纤光栅传感器提取沥青路面在荷载作用下的内部性能指标,对沥青路面破坏进行预警,建立一个长期、有效的测试监测系统。本文所做工作如下:1、介绍光纤光栅的基本结构与工作原理;从理论上推导光纤光栅应变传感模型及温度传感模型;探讨光纤光栅应变和温度同时测量的几种方案;介绍光纤光栅传感网络,并归纳了一些常用的复用技术及各自的特点。2、探讨光纤光栅的封装技术:保护性封装、增敏或减敏封装,并对各种封装形式进行总结;在此基础上,设计了光纤光栅应力增敏封装,给出封装的具体形式,并对其进行实验研究;再者,针对沥青路面的载荷监测,设计出高灵敏度光纤光栅压力传感器,从理论上计算传感器的灵敏度,对传感器进行有限元分析,并对传感器的压力特性、温度特性、应变特性进行实验研究。3、研究传感器的埋入工艺,讨论传感器埋入沥青试块中碰到的问题并加以解决;为了实现传感器的温度补偿,设计温度传感器并对其进行实验研究;对埋入传感器的沥青试块进行静载和动载实验,同时,对购置的FRP传感器也进行静载和动载实验进行对比。4、最后,开发了监测系统的图形用户界面,针对静载和动载分别用matlab和VC++来完成人机界面的开发。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-19
  1.1 引言  14-15
    1.1.1 我国公路的发展  14
    1.1.2 公路的损坏  14-15
  1.2 研究的目的和意义  15
  1.3 光纤光栅传感技术研究与应用  15-18
    1.3.1 光纤光栅的发展  15-16
    1.3.2 光纤光栅传感特性概述及其应用  16-18
  1.4 本文研究的内容  18-19
第二章光纤光栅基本理论及传感原理  19-27
  2.1 光纤光栅传感器基本结构及工作原理  19-20
  2.2 光纤光栅轴向应变传感模型  20-22
  2.3 光纤光栅温度传感模型  22-23
  2.4 光纤光栅传感器应变和温度交叉敏感问题研究  23-24
  2.5 光纤光栅传感网络与复用技术  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章光纤光栅传感器封装技术研究  27-41
  3.1 光纤光栅的封装形式  27-31
    3.1.1 保护性封装  27-30
    3.1.2 增敏（减敏）封装  30-31
  3.2 光纤光栅应力增敏封装  31-34
    3.2.1 传感器结构及制作  31-33
    3.2.2 传感器模型计算  33
    3.2.3 传感器实验标定  33-34
  3.3 应用于沥青路面载荷监测的高灵敏度 FBG 压力传感器  34-40
    3.3.1 压力传感器结构  35-37
    3.3.2 压力传感器材料选择  37-38
    3.3.3 压力传感器制作  38-40
  3.4 本章小节  40-41
第四章光纤光栅压力传感器性能研究  41-53
  4.1 光纤光栅压力传感器灵敏度计算  41-42
  4.2 光纤光栅压力传感器有限元分析  42-45
    4.2.1 有限元法基本原理  42
    4.2.2 有限元法软件介绍  42-43
    4.2.3 有限元建模及分析  43-45
  4.3 光纤光栅压力传感器特性研究  45-52
    4.3.1 压力特性研究  45-48
    4.3.2 温度特性研究  48-50
    4.3.3 应变特性研究  50-52
  4.4 本章小节  52-53
第五章光纤光栅压力传感器应用测试及温度补偿  53-66
  5.1 沥青试块的制作及传感器的埋入  53-56
    5.1.1 传感器的埋入  53-54
    5.1.2 传感器埋入碰到的问题及改进方法  54-56
  5.2 传感器的温度补偿研究  56-58
    5.2.1 光纤光栅温度传感器的设计  56-57
    5.2.2 温度传感器标定  57
    5.2.3 温度传感器外力影响实验及结果分析  57-58
  5.3 埋入传感器的沥青试块静载实验  58-61
    5.3.1 静载实验  58-60
    5.3.2 静载实验中的温度补偿  60-61
  5.4 埋入传感器的沥青试块动载实验  61-65
    5.4.1 沥青混合料车辙试验机介绍  61
    5.4.2 动载实验  61-65
  5.5 本章小结  65-66
第六章监测系统应用软件设计  66-77
  6.1 基于静载的应用软件系统设计  66-70
    6.1.1 数据采集系统  66-68
    6.1.2 显示交互系统设计  68-70
  6.2 基于动载的应用软件系统设计  70-76
    6.2.1 MFC 消息映射机制  71-72
    6.2.2 网络编程  72-74
    6.2.3 多线程程序设计  74-75
    6.2.4 显示交互系统设计  75-76
  6.3 本章小结  76-77
第七章全文总结与展望  77-79
  7.1 全文工作总结  77
  7.2 研究展望  77-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
在学期间的研究成果及发表的学术论文  83

基于光纤光栅传感器的沥青路面性能监测研究

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